门式刚架轻型房屋钢结构常见问题
袁帅杰
江苏中石建筑设计有限公司 江苏海门 226100
摘要：门式刚架为一种常用的轻钢结构体系，广泛应用于工业、商业及文化娱乐公共设施等建筑中。在此类工程迅速发展的同时，也时常见到一些令人触目惊心的场面：房屋被压坏，漏水严重等。另外，也看到一些工程，框架太细，遇到大雨大风大雪很可能出问题。有的骨架立起来摇摇晃晃，没有支撑，说装上墙板就好了，好像有了墙板就可以不要支撑。现在排架多起来，用钢筋砼柱、轻钢梁，造价较低，但有的严重不合规定。以下就轻钢结构设计及施工的几点体会。
关键词：轻钢结构；门式刚架；结构形式判定；荷载选用。
引言
门式刚架为一种常用的轻钢结构体系，其具有受力简单、传力路径明确、构件制作快捷、便于工厂化加工、施工周期短等特点，因此广泛应用于工业、商业及文化娱乐公共设施等建筑中。
1 门式刚架轻型房屋钢结构设计的概述
《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》公布已经多年。这些年，《规范》对这类工程发展起了很大推动作用，但也陆续听到一些令人不安的情况。下面我就门式刚架房屋钢结构设计中的几个问题谈一下自己的看法。
2门式刚架轻型房屋钢结构设计常见问题
2.1 屋面活荷载取值
门式刚架结构设计的主要依据为《钢结构设计标准》（GB50017- 2017）、《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》（GB51022-2015）和《冷弯薄壁型钢结构技术规范》（GB50018- 2002）。对于屋面结构，《建筑结构荷载规范》规定活荷载为 0.5kN/m2，但《钢结构设计标准》规定仅有一个可变荷载且受荷水平投影面积大于60m2的可乘折减系数时，屋面均布活荷载取为 0.3kN/m2。《建筑结构荷载规范》规定屋面均布活荷载可不与雪荷载同时组合，但对于雪荷载大于 0.3kN/m2的地区应单独考虑雪荷载工况。实际工作中来看，荷载增加对钢架用钢量影响不大，仅对屋面板和檩条有影响。现在有的刚架梁柱和檩条截面过小，明显有克扣荷载现象，遇到大雪或其他原因造成容易超载，出安全问题。因此屋面荷载的取值决不能再小，不能在有限的荷载中盲目挖潜。
2.2 钢梁平面外计算长度取值
在做钢架设计，需要验算钢梁平面外稳定，而验算钢梁平面外稳定的关键在于钢梁的平面外计算长度的取值。过去，很多设计人员往往直接将两倍的檩条间距作为钢梁的平面外计算长度，这个假定是偏向于不安全的。在实际受力时，隅撑往往不能给钢梁平面外提供足够的固定支撑，仅仅是一个弹性支座。《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》提到，只有当隅撑构造满足7.1.6-4的三个条件时，才可考虑隅撑对钢梁平面外计算长度的作用。而且根据该条条文说明，在隅撑支撑下，钢梁的平面外计算长度也不应小于两倍的隅撑间距。在实际设计中，两倍的隅撑间距一般与屋顶钢系杆间距相差不大。考虑到满足7.1.6的三个条件会增加额外的成本，所以钢梁平面外计算长度，一般直接取屋顶钢系杆的间距即可。
2.3 钢柱换砼柱
少数单位设计的门式刚架，采用钢筋混凝土柱和轻钢斜梁组成，斜梁用竖放式端板与砼柱中的预埋螺栓相连，形成刚接，目的是想节省钢材和降低造价。在厂房中，的确是有用砼柱和钢桁架组成的框架，但此时梁柱只能铰接，不能刚接。多高层建筑中，钢梁与墙的连接也是如此。因为混凝土是一种脆性材料，虽然构件可以通过配筋承受弯矩和剪力，但在连接部位，它的抗拉、抗冲切的性能很差，在外力作用下很容易松动和破坏。
2.4 檩条计算不安全
檩条是冷弯薄壁构件，受压板件或压弯板件的宽厚比大，在受力时要屈曲。强度计算应采用有效宽度，对原有截面要减弱，不能像热轧型钢那样全截面有效。有效宽度理论是在GB50018 -2002冷弯薄壁型钢构件技术规范中讲的，有的设计人员可能还不了解，甚至有些设计软件也未考虑。但是设计光靠软件不行，还要能判断。软件未考虑的自己要考虑。再有设计人员往往忽略强度计算要用净截面，忽略钉孔减弱。这种减弱一般达6％～1 5％，对小截面窄翼缘的梁影响较大。刚架整体分析采用的是全截面，如果强度计算不用净截面，实际应力将高于计算值。《规范》4.1.8条规定“结构构件的受拉强度应按净截面计算”。有的单位看到国外资料中檩条很薄，也想用薄的。国外檩条普遍采用高强度低合金钢，但我国低合金钢Q345的冲压性能不行。
钢材壁厚用得薄，计算时还不考虑有效截面，荷载稍大时檩条就会存在安全隐患。
3 门式刚架轻型房屋钢结构设计中的施工问题
3.1 柱子拔出
刚架在安装过程中遇大风时友出或柱脚剪断，是在实际中经常出现的事故，主要是设计柱间支撑时，未考虑支撑传给柱脚的拉力，柱脚又没有采取可靠的抗拔措施，很可能将柱子拔出，因此，在风荷载较大的地区刚架柱受拉时，柱脚应考虑抗拔构造。如果施工单位没有按严格施工规范和施工组织进行施工，尤其是大跨度结构，在大风作用下柱脚易被剪断，所以设计人员应积极参与施工组织设计，在施工组织设计中安装顺序宜先从靠近山墙的有柱间支撑的两榀刚架开始，在刚架安装完毕后应将其间的檩条、支撑、隅撑等全部安装好，并检查其铅垂度。然后，以这两榀架为起点，向房屋另一端顺序安装，刚架在施工中必要时增设缆风绳使其充分固定。某工程由于在刚架安装过程中只将刚架依顺序立起四榀，而前两榀刚架未设置支撑、檩条、隅撑或临时支撑，在突遇大风时第一榀刚架柱脚被剪断，然后导致四榀刚架全部倒塌。事故出现后，甲方要求施工方严格按施工规范施工，在以后的施工过程中避免了同类事故的发生。
3.2 端板有缝隙
端板连接是结构的重要部位。设计中门式刚架梁柱节点处采用刚接，梁柱间不存在角位移。但由于部分工程在材料加工时要求不严，施工时强行用螺栓将梁柱拉在一起，留下很宽的缝隙，使梁柱间出现位移，产生附加弯矩，与设计假定不符，严格影响工程质量。
3.3 安装与运输
《钢结构工程施工质量验收规程》与《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》对刚架的制作、运输及安装都进行具体的要求，但是有些施工资质较低的单位，在运输、安装工程中造成构件尤其是大跨度的构件的翘曲。在此种问题出现后，再对构件进行矫正。轻钢构件的板件很薄，在矫正时可能造成构件存在质量缺陷，所以应对此类构件进行质量鉴定，合格后方可使用。
3.4 保温材料的胡乱安装
轻钢结构的保温材料一般采用玻璃棉，其厚度根据热功计算确定。正规做法是采用背面带铝箔隔汽层的玻璃棉，铝箔的主要作用是作隔汽层，防止冷凝水向室内滴水是房屋的使用要求之一。有些工程，玻璃棉不用任何隔汽层。另外，当采用内层钢板吊顶时，不是将保温卷材压在檩条上，而是将保温卷材剪断，放在檩条之间的吊顶上，形成冷桥。与此同时，又将吊顶钢板搭接方向弄反。加之，冬季混凝土地坪施工作业时，将周边门窗关闭，室内外温差大，大量水汽在屋顶凝集，由吊顶钢板搭接处流下，形成了“外面不下里面下”的状况，使工程不能交工。经验告诉我们，当保温卷材有隔汽层并保持接缝处密封时，卷材是干燥的，无隔汽层时卷材是湿的。在水分的长期浸泡下，随着时间的推移，保温棉将逐渐被压实，最终失去了保温作用，因此安装方法正确与否，是影响到生产的大问题，更可能涉及房屋安全的大问题。
结束语
综上所述，门式刚架房屋钢结构设计施工时的问题还很多。只有把这些问题搞清弄懂，实际的工程实践中才可以取得比较理想的结果。
参考文献：
[1]门式刚架轻型房屋的钢结构设计探析[J].张特.工程技术研究.2019（12）
[2]门式刚架轻钢结构设计形式及特点分析[J].孙毅.中国金属通报.2019（03）
[3]房屋钢结构施工工艺[J].杨川.中国战略新兴产业.2018（44）
[4]结构设计中钢结构设计的重要性与策略探讨[J].赵振鑫，老浩寅.中国住宅设施.2019（06）
[5]刘会丽.门式刚架轻型房屋钢结构设计的问题探析[J].建筑工程技术与设计，2018，（30）：884.
[6]马恩品.门式刚架轻型房屋钢结构设计的问题探析[J].安徽建筑，2018，24（4）：65，120.doi：10.16330/j.cnki.1007-7359.2018.04.029.
[7]石巍.门式刚架轻型房屋钢结构设计的问题分析[J].建筑工程技术与设计，2018，（32）：1112.
[8]闫超.门式刚架轻型钢结构房屋设计的若干要点分析[J].建筑工程技术与设计，2019，（2）：736.doi：10.12159/j.issn.2095-6630.2019.02.0696.