建筑鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)中的幾個(gè)問(wèn)題
        
                                  
                    
        作者：建筑鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)    					
        
					時(shí)間：2009-12-22 20:25:58					[收藏]
        
               
        
                
        				
        				
        

               
        
               
          
				（中國(guó)建筑金屬結(jié)構(gòu)協(xié)會(huì)建筑鋼結(jié)構(gòu)委員會(huì)專家組成員    薛發(fā)）
          

          
近年來(lái)，隨著我國(guó)鋼產(chǎn)量的迅猛增長(zhǎng)，再加上國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策的調(diào)整，在建筑工程中，鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用越來(lái)越廣泛，各地相繼建成許多高層，大跨度的鋼結(jié)構(gòu)工程，像幾十層的辦公商務(wù)樓，大型展館、會(huì)展中心、體育館、飛機(jī)庫(kù)、機(jī)場(chǎng)候機(jī)樓等；同時(shí)出現(xiàn)許多新型結(jié)構(gòu)體系，如索?梁、索?桁架、索穹頂，索?膜結(jié)構(gòu)、開(kāi)合結(jié)構(gòu)等等。網(wǎng)架和門(mén)式剛架為代表的輕鋼結(jié)構(gòu)建設(shè)規(guī)模達(dá)到每年幾百萬(wàn)m2的速度發(fā)展。住宅鋼結(jié)構(gòu)已進(jìn)入起步階段，鋼結(jié)構(gòu)加工制造企業(yè)也如雨后春筍般涌現(xiàn)，更出現(xiàn)了像蕭山這樣的鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)基地，這些都是非?？上驳默F(xiàn)象。但是，由于歷史的原因，過(guò)去建筑鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用相對(duì)較少，設(shè)計(jì)人員鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)較少，實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)較缺乏，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的加工制造方面知識(shí)了解不多。相對(duì)來(lái)說(shuō)，對(duì)鋼筋混凝土工程比較熟悉，做起來(lái)輕車熟路，也就不太愿意鉆研建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)，再加上施工單位和制造業(yè)內(nèi)，熟練的技術(shù)人員和技工相對(duì)匱乏，滿足不了發(fā)展形勢(shì)的需要，工程經(jīng)驗(yàn)不足。因此，目前建筑鋼結(jié)構(gòu)中存在一系列的問(wèn)題?，F(xiàn)在僅就鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的幾個(gè)問(wèn)題談點(diǎn)初淺看法：
          
一、對(duì)規(guī)范的認(rèn)識(shí)、理解、及使用上的問(wèn)題。國(guó)家頒布的各類設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，像結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（規(guī)范、規(guī)程、標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)定等）是一個(gè)時(shí)期內(nèi)，一個(gè)國(guó)家的科學(xué)技術(shù)水平、工程經(jīng)驗(yàn)及經(jīng)濟(jì)水平、綜合經(jīng)濟(jì)實(shí)力、自然資源狀況、社會(huì)財(cái)富的積累程度，以及設(shè)計(jì)水平、施工技術(shù)水平、材料供應(yīng)保證水準(zhǔn)等諸多因素的綜合反映。一個(gè)國(guó)家的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)是對(duì)結(jié)構(gòu)安全度的最低合格要求，它是保證在使用期間達(dá)到安全保證率的起碼的技術(shù)要求，而不是較高的要求。是結(jié)構(gòu)造價(jià)與安全風(fēng)險(xiǎn)的綜合平衡。一個(gè)國(guó)家頒布的規(guī)范是一個(gè)完整的系統(tǒng)，是自成體系的，是分層次的。因此，要做好鋼結(jié)構(gòu)工程中的設(shè)計(jì)、加工、安裝工作，就必須全面地了解熟悉鋼結(jié)構(gòu)工作中有關(guān)規(guī)范。更應(yīng)該了解這些規(guī)范在整個(gè)國(guó)家規(guī)范體系中的位置以及相互關(guān)系。現(xiàn)行的規(guī)范中，與建筑鋼結(jié)構(gòu)工程有關(guān)的，包括設(shè)計(jì)、加工制造、施工、安裝、材料標(biāo)準(zhǔn)、配件標(biāo)準(zhǔn)等不下幾百種、主要的也有幾十種，還有各種結(jié)構(gòu)類型專用規(guī)范，其中有國(guó)標(biāo)、行標(biāo)、地方標(biāo)準(zhǔn)。有通用標(biāo)準(zhǔn)，也有專項(xiàng)工程標(biāo)準(zhǔn)。
          
鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工規(guī)范、規(guī)程和材料及配件標(biāo)準(zhǔn)等都是國(guó)家的技術(shù)性法律文件，廣大設(shè)計(jì)、施工工程技術(shù)人員必須共同遵守。
          
1、規(guī)范的使用是分層次的。鋼結(jié)構(gòu)工程所涉及的規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)大體上可劃分為五個(gè)層次，見(jiàn)圖1。在現(xiàn)行規(guī)范體系中，《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》GB50068-2001是最高層次的標(biāo)準(zhǔn)，它是制定《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》Gb50011-2001及各種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)所遵守的準(zhǔn)則。它不僅適用于建筑物（包括構(gòu)筑物）的整個(gè)結(jié)構(gòu)以及組成的構(gòu)件和基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)，而且，也適用于結(jié)構(gòu)的使用階段以及結(jié)構(gòu)構(gòu)件的制作、運(yùn)輸、與安裝等施工階段。因此，有關(guān)建筑結(jié)構(gòu)施工及驗(yàn)收規(guī)范以及其它標(biāo)準(zhǔn)均是按其規(guī)定的原則制定的。
          


          
如門(mén)式剛架技術(shù)規(guī)程的1.0.3條：規(guī)程遵照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)“建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)”GB50068規(guī)定的原則，根據(jù)現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)術(shù)語(yǔ)和符號(hào)標(biāo)準(zhǔn)》…等的一般規(guī)定，立足于我國(guó)輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工的具體條件編制而成。1.0.4條規(guī)定：門(mén)式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、制作、安裝和維護(hù)要求，本規(guī)程未作規(guī)定者的均應(yīng)按現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。
          
2、對(duì)通用規(guī)范和專項(xiàng)規(guī)范的理解涉及到鋼結(jié)構(gòu)工程中的許多規(guī)范，有的是通用規(guī)范，無(wú)論哪一類工程都必須遵守其原則，如與之相抵觸，必以它為準(zhǔn)。這一類規(guī)范，如《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50017-2003，《冷彎薄型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》GB50018-2002；而有些標(biāo)準(zhǔn)是針對(duì)專門(mén)結(jié)構(gòu)類型及其構(gòu)件的，如“門(mén)式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程”CECS102-2002。同一類型結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)中，也分不同的層次，“門(mén)式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程”在門(mén)式剛架房屋中就是通用的，而“門(mén)式剛架輕型房屋鋼構(gòu)件”TG144-2002就屬于低一層次的，是針對(duì)門(mén)式剛架構(gòu)件制作的專用標(biāo)準(zhǔn)。一般來(lái)說(shuō)“GB”字樣多為必遵守的，而且是較為通用的，GB/T是屬于推薦性的標(biāo)準(zhǔn)。
          
3、有些工程類型，在另一個(gè)層次上，屬于大的結(jié)構(gòu)分類中，必須遵守上一層的原則。如門(mén)式剛架是屬于框架結(jié)構(gòu)中的一種，它除了遵守《門(mén)式剛架輕型型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》的規(guī)定外，還要遵守框架結(jié)構(gòu)的有關(guān)規(guī)定，例如，當(dāng)必需考慮抗震時(shí)，它就必須遵守《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》第8.3.6條的規(guī)定，該條是強(qiáng)制性條文，要求組合柱在梁翼緣上下各500mm節(jié)點(diǎn)范圍內(nèi)，柱翼緣與柱腹板間或箱型柱壁板間的連接焊縫，應(yīng)采用坡口全熔透焊縫，不允許采用角焊縫。另外，《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50017-2003的構(gòu)造規(guī)定是用于非抗震結(jié)構(gòu)的，而在抗震設(shè)計(jì)時(shí)，還應(yīng)按照《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》第8章來(lái)控制板的寬厚比和長(zhǎng)細(xì)比，如表8.3.2-1的規(guī)定。
          
4、構(gòu)造問(wèn)題：
          
對(duì)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)施工規(guī)范，必須全面系統(tǒng)地理解，要知道它制定的原因、背景及其使用條件。必須認(rèn)識(shí)到設(shè)計(jì)計(jì)算是一種手段，而不是設(shè)計(jì)的全部，而且規(guī)范中的構(gòu)造規(guī)定也是極為重要的。
          
例如，門(mén)式剛架規(guī)程并未嚴(yán)格規(guī)定使用何種屋面，該規(guī)程6.6.1條只是寫(xiě)了屋面板和墻板材料可選用建筑外用彩色鍍鋅或鍍鋁鋅壓型鋼板、夾心壓型復(fù)合板和玻璃纖維增強(qiáng)水泥板（GRC板）等輕質(zhì)材料。但此種結(jié)構(gòu)在整體剛度上是考慮存在“蒙皮效應(yīng)”的，屋面板對(duì)檁條、墻梁的受力都很重要，否則，將影響剛架的整體穩(wěn)定性，危及結(jié)構(gòu)的安全。如果不從規(guī)范的編制背景及結(jié)構(gòu)整體考慮，單純從1.0.2條和6.6.1條來(lái)機(jī)械理解，既然是可選用提到的幾種屋面板，那么也可以選用其他的輕型屋面，例如采用石棉瓦，在工程上就可能出問(wèn)題。6.6.1條也有些含混不夠準(zhǔn)確。  在實(shí)際工程中，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)下列問(wèn)題:
          
A）我們看到實(shí)際工程中，有的將屋面水平橫向支撐與柱間支撐放在不同跨間，這對(duì)抗震和房屋整體剛性都是不利的，無(wú)法形成獨(dú)立的空間支撐體系。
          
B）有些工程中，屋面支撐和柱間支撐采用柔性的圓鋼拉條，并未設(shè)張緊裝置，這種支撐要松馳，將起不到支撐作用，對(duì)抗風(fēng)和抗震都不起作用。
          
C）隅撐未設(shè)置或設(shè)置不當(dāng)。按規(guī)程規(guī)定，當(dāng)檁條或墻梁與剛架連接時(shí)，在斜梁下翼緣的受壓區(qū)和剛架柱內(nèi)側(cè)翼緣的受壓區(qū)應(yīng)設(shè)置隅撐，斜梁隅撐間距若不作計(jì)算時(shí)不得大于斜梁下翼緣寬度的16倍，若斜梁翼緣寬度為200mm,至少每隔一根檁條要設(shè)置一根隅撐。采用雙層屋面時(shí)也應(yīng)設(shè)置隅撐。但實(shí)際工程中，有的未按要求設(shè)置，有的設(shè)置很少或設(shè)置不當(dāng)。
          
5、關(guān)于墻梁?jiǎn)栴},最近看到一個(gè)門(mén)式剛架工程，跨度30m，檐高8.5m，外墻板采用了長(zhǎng)度等于柱距的復(fù)合金屬面保溫板，大波高，制作安裝質(zhì)量都相當(dāng)好，外形整美觀。但板是直接安裝在剛架柱上的，未設(shè)墻梁，這樣就出現(xiàn)了一個(gè)問(wèn)題，板的跨度太大，條板之間沒(méi)有連系，對(duì)結(jié)構(gòu)整體性和構(gòu)件平面外穩(wěn)定性沒(méi)有保證的。門(mén)式剛架的蒙皮效應(yīng)是靠檁條、墻梁、隅撐和墻面板及屋面板來(lái)共同完成的，因?yàn)樾绷汉椭邮枪ぷ中谓孛娴?，且平面外剛度較小，穩(wěn)定性是由墻梁隅撐俁證的。關(guān)于這一點(diǎn)，《冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》GB50018-2002的10.1.1條明確指出：剛架在其平面內(nèi)的整體穩(wěn)定，可由剛架柱的穩(wěn)定計(jì)算來(lái)保證，變載面剛架梁、柱在剛架平面外的穩(wěn)定性可由檁條和墻梁設(shè)置隅撐來(lái)保證，而且墻梁的設(shè)置還必須通過(guò)計(jì)算。門(mén)式剛架規(guī)程中6.4.4條有詳細(xì)規(guī)定，只當(dāng)外側(cè)設(shè)有壓型鋼板的實(shí)際剛架柱的內(nèi)側(cè)翼緣受壓時(shí)，可在內(nèi)側(cè)翼緣設(shè)置成對(duì)的隅撐，作為柱的側(cè)向支撐，隅撐的另一端連接在橫梁上。因此，完全取消墻梁是不適當(dāng)?shù)?，?huì)危及工程的安全性。
          
二、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖與計(jì)算問(wèn)題
          
在目前的工程中，門(mén)式剛架逐漸地發(fā)展到多層，如下面的圖2所示：
          


          
底層采用一般框架做法，采用10米左右的柱距，而上層為門(mén)式剛架，跨度達(dá)到30米左右，而邊框柱上下是不貫通的，即邊框把下部柱子的頂點(diǎn)作為上部門(mén)式剛架的基座，在計(jì)算時(shí)將上下層分別計(jì)算。這是不妥的，應(yīng)該將上下兩層作為整體進(jìn)行分析，考慮上下層的相互作用，相互影響，這樣才能較真實(shí)地反應(yīng)結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力情況。在某些多高層鋼結(jié)構(gòu)住宅中，采用框架?筒體結(jié)構(gòu)，筒體結(jié)構(gòu)是由樓梯間和衛(wèi)生間或廚房組成，用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，用于抵抗水平力的作用，而其余部分用鋼結(jié)構(gòu)框架。但是個(gè)別工程在與筒體相連接的某些部分取消了框架的鋼梁，如圖3所示，局部?jī)H用混凝土樓板來(lái)傳遞，這里的彎矩是很大的，只靠樓板是無(wú)法抵抗的。應(yīng)當(dāng)指出：
          


          
1、無(wú)論用那種方法計(jì)算，在構(gòu)造上是不妥的。
          
2、從受力情況看，產(chǎn)生了剛度不對(duì)稱，在地震的作用下，必然產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)。
          
3、樓板與RC筒體連接構(gòu)造也難以傳遞力的作用。
          
三、精心設(shè)計(jì)
          
在進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)時(shí)，必須對(duì)方案及結(jié)構(gòu)體系選型進(jìn)行周密的研究，力求在技術(shù)先進(jìn)、安全可靠的基礎(chǔ)上，經(jīng)濟(jì)適用地選出最佳的方案，否則會(huì)造成極大的浪費(fèi)和不安全。
          
A.某工程的屋面上擬作屋頂觀賞花園，屋面采用了密排的22米長(zhǎng)鋼梁，間距2.2米，梁高1.2米，其剖面如圖4所示：翼緣板厚度12mm，寬150mm,腹板厚20mm。  
          


          
1、	顯然采用密排大梁方案是不經(jīng)濟(jì)的，可以選用其他更合理的形式。
          
2、	梁的斷面也不合適，腹板過(guò)厚，既增加了自重，多用了材料，在受力上也無(wú)必要。
          
B、	設(shè)計(jì)不要提出過(guò)分高的要求
          
①、	對(duì)焊縫，應(yīng)該選用二級(jí)的不必要求一級(jí)，目前新修改后的規(guī)范中，已經(jīng)明確的給出了適用范圍，設(shè)計(jì)中提的要求過(guò)高，既浪費(fèi)了施工中能耗、人力和物力，在檢驗(yàn)時(shí)也費(fèi)時(shí)費(fèi)力。
          
②、	某工程采用內(nèi)灌外包混凝土的多層鋼骨砼框架柱，柱子鋼骨采用箱型骨架，鋼板又厚，很費(fèi)工。
          
（A）	不必作箱型骨架，加工、焊接，制作都很費(fèi)事，可以用十字型截面鋼骨。
          
（B）既然包在砼中，不必按獨(dú)立柱的要求來(lái)加工，可以放松一下。
          
四、 標(biāo)準(zhǔn)圖，包括，使用范圍，不能隨意改動(dòng)。
          

          
參考文獻(xiàn)
          
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