门刚结构房屋设计和审查常见问题分析

建筑理论与设计　门刚结构房屋设计和审查常见问题分析　摘要：回顾近三十年来，门式刚架轻型钢结构房屋快速发展、广泛应用的历史，结合工程实例和从业经验，对门式刚架轻型房屋　结构施工图设计和审查中，出现的适用范围、荷载取值、设计计算、构造措施、施工安全等方面的常见问题作分析，以便使工程技术　先进、经济合理、安全适用、确保质量。　关键词：适用范围；荷载取值；设计计算；构造措施；施工安全　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ　ｒｅｖｉｅｗ　ｏｆ　ｔｈｉｒｔｙ　ｙｅａｒｓ　ｏｆ　ｈｉｓｔｏｒｙ．Ｔｈｅ　ｒａｐｉｄ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ａｎｄ　ｗｉｄｅｓｐｒｅａｄ　ｕｓｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｔｅｅｌ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｏｆ　ｌｉｇｈ卜ｗｅｉｇｈｔ　ｂｕｉｌｄｉｎｇ．　Ｃｏｍｂｉｎｉｎｇｗｉｔｈ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｐｒａｃｔｉｃｅ　ａｎｄ　ｗｏｒｋ　ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ，Ｔｈｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｂｏｕｔ　ｔｈｅ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　ｒｅｖｉｅｗ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｔｅｅｌ　ｓｔｕｒｃｔｕｒｅ　ｏｆ　ｌｉｇｈｔ－ｗｅｉｇｈｔ　ｂｕｉｌｄｉｎｇ　ｗｉｔｈ　ｇａｂｌｅｄ　ｆｒａｍｅｓ，Ｓｐｈｅｒｅ　ｏｆ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ；Ｌｏａｄ　ａｓｓｕｍｐｔｉｏｎ；Ｄｅｓｉｎｇ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ；Ｃｏｎｓｔｕｒｃｔｉｏｎ　ｍｅａｓｕｒｅ；Ｓａｆｅｔｙ　ｉｎ　ｃｏｎｓｔｕｒｃｔｉｏｎ，Ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｍａｋｅ　ｔｈｅ　ｐｒｏｊｅｃｔ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｉｓ　ａｄｖａｎｃｅｄ，ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ　ｅｃｏｎｏｍｙ，ｓａｆｅｔｙ，ｅｎｓｕｒｅ　ｔｈｅ　ｑｕａｌｉｔｙ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｓｐｈｅｒｅ　ｏｆ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ；Ｌｏａｄ　ａｓｓｕｍｐｔｉｏｎ；Ｄｅｓｉｇｎ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ；Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｍｅａｓｕｒｅ；Ｓａｆｅｔｙ　ｉｎ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　目前，随着我国经济的迅速发展，工业建筑厂房、仓库；商业建筑物流仓　Ｏ．３ｋＮ／ｒｄ。《门规）ＣＥＣＳ１０２第３．２．２条注：对受荷水平投影面积大于６Ｏ　的刚架　储、超市、批发市场；体育馆及展示馆等单层建筑，广泛使用门式刚架结构，因　构件，屋面竖向均布活荷载的标准值可取不ｄｘ０．３ｋＮ／ｒｄ，三本规范均列为强　其具有柱距尺寸大，施工速度快，综合造价低和适用范围广等优点。在门式刚　条。设计和审查发现刚架计算中，部分设计人员在雪荷载标准值大于０．３ｋＮ／　架结构房屋施工图设计中，仍然存在一些对规范理解不清和过分追求经济效　（如０．３５ｋＮ／ｒｄ）的地区仍按０．３ｋＮ／ｒｄ计算，此情况也不满足《荷规）ＧＢ５０００９　益的设计，甚至存在工程结构安全隐患，本文对施工图设计和审查常见问题　第５．３．３条和《门规￣ＣＥＣＳ１０２第３．２．５条１款要求，存在一定的安全隐患。　进行分析，强调设计和审查人员应注意的地方，确保工程既经济又安全。　２．２风荷载　１适用范围　《门规）ＣＥＣＳ１０２第３．２．３条规定，垂直于建筑物表面的风荷载标准值，应　按本规程附录Ａ的规定计算。檩条和墙梁设计计算时未按本条计算风荷载，　１．１吊车设置　也未考虑风吸力的不利影响。基本风压ｗ０，未按现行国家标准《荷规》　《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》【　￣ＥＣＳ１０２：２００２（２０１２年版１（以下　ＧＢ５０００９的规定值乘以１．Ｏ５采用，构件计算有安全问题。　简称《门规）ＣＥＣＳ１０２）第１．０．２条规定，起重量不大于２０ｔ的Ａ１～Ａ５工作级别桥式　２．３屋面雪载　吊车或３ｔ悬挂式起重机的单层房屋，当有需要并采取可靠技术措施时，起重　《门规｝ＣＥＣＳ１０２第３．２．１条规定，屋面雪荷载应按现行国家标准《荷规》　量允许不大于５ｔ。　ＧＢ５０００９的规定采用。《荷规｝ＧＢ５０００９第７．２．１条规定屋面积雪分布系数按表　施工图审查中发现，仍有按《门规）ＣＥＣＳ１０２设计的使用６ｍ柱距３０ｔ吊车　７．２．１采用，审查中发现符合《荷规）ＧＢ５０００９表７．２．１项次９的，有女儿墙及其他　的工程，《门规））ＣＥＣＳ１０２已取消该条规定；起重量为５ｔ悬挂式起重机的工程未　突起物的屋面临女儿墙一定范围未按规范考虑积雪分布系数，刚架和檩条雪　见有可靠技术措施，此类问题是违反强制性条文的，不应存在。　荷载取值均偏小。　１　２使用环境　２．４吊车荷栽　《门规））ＣＥＣＳ１０２不适用于强侵蚀性介质环境中的房屋。由于结构构件的　《门规｝ＣＥＣＳ１０２第１．０．２条对吊车的工作级别和吊车吨位作了具体的规　截面较薄，用于此种环境是不适合的。设计和审查中应注意业主委托设计时，　定，基于门式刚架房屋构件薄而轻，刚度相对较弱，审查常见吊车吨位或工作　未确定工程使用功能，而大多为暂定工程防火等级的工业园区供出租的标准　级别超出《门规）ＣＥＣＳ１０２第１．０．２条规定的情况，仍采用《门规）＞ＣＥＣＳ１０２设计，　厂房，设计和审查应在施工图中注明《门规）ＣＥＣＳ１０２此条要求，避免日后业　且未见可靠的技术措施。如有工程悬挂吊车采用大于５ｔ悬挂式起重机，采用　主错误使用，产生不必要的安全和法律责任。　３０ｔ桥式吊车，个别工程甚至工作级别达Ａ６仍采用该规程。　１．３多层建筑　《荷规）ＧＢ５０００９第６．１．２条３款规定，吊车横向水平荷载应考虑正反两个　鉴于不少多层建筑的顶层采用了门式刚架轻型房屋钢结构及其屋盖，　方向的刹车情况，审查发现有计算制动桁架时，仅考虑正向刹车荷载，制动桁　《门规｝ＣＥＣＳ１０２第１．０．２条的条文说明中明确，该部分结构的设计、制作和安　架受拉，设计强度可满足要求，但考虑反向刹车荷载，制动桁架将受压并控制　装可参照本规程执行，但应进行整体分析，包括抗震分析，考虑其下部结构对　设计，计算表明制动桁架平面外受压稳定不足，存在安全问题。　顶层内力和位移的影响，设计中很多工程均未进行分析计算。　１　４建筑尺寸　３设计计算　《门规）ＣＥＣＳ１０２第４．２．２条规定，门式刚架的平均高度宜采用４．５～９ｍ；当　３．１抗震验算　有桥式吊车时不宜大于１２ｍ。此条未强制说明高度，但《门规）ＣＥＣＳ１０２附　《门规）ＣＥＣＳ１０２第３．１．４条条文说明中规定，当抗震设防烈度为７度时，一　录Ａ．０．２条，对房屋坡度ｏｃ不大于１Ｏ。、房屋平均高度不大于１８ｍ、房屋高宽比不　般不需做抗震验算；当为８度及以上时，横向刚架和纵向框架均需做抗震验　大于１、檐口高度不大于房屋最小水平尺寸，风荷载体型系数有采用规定。设　算。条文说明中规定由地震作用效应组合控制设计时，尚应针对轻型钢结构　计中少数工程高度超过了１８ｍ，也有高宽比大于１的。有的设计采取了将风荷　的特点采用相应的抗震构造措施。审查中部分工程未见有构件之间的连接采　载设计值适当增大的方法，但这是缺乏依据的。而此种情况，风荷载均应按现　用螺栓连接；斜梁下翼缘与刚架柱的连接处加腋提高该处的承载力，该处附　行国家标准《建筑结构荷载规范）＞￣ＧＢ５０００９—２０１２（以下简称《荷规｝ＧＢ５０００９１　近翼缘受压区的宽厚比适当减小；柱脚的抗剪、抗拔承载力适当提高，柱脚底　的规定计算，方可保证结构安全。　板设抗剪键，并采取提高锚栓抗拔力的相应构造措施；支撑的连接接支撑屈　２荷载取值　服承载力的１－２倍设计等。甚至存在８度及以上设防烈度工程未进行抗震验　算，地震作用工况下均存在安全隐患。　２　１屋面活载　３．２刚架计算　目前，我国建筑工程屋面活荷载设计取值，涉及多本规范，《荷规》　《门规）ＣＥＣＳ１０２第４．１．２条规定，多跨刚架中间柱与斜梁的连接可采用铰　ＧＢ５０００９表５．３．１规定，不上人屋面均布活荷载标准值０．５ｋＮ／ｒｄ，注：１中注明，不　接，即设成摇摆柱，实际工程中存在部分项目摇摆柱顶和斜梁焊死，这样计算　上人的屋面，对不同类型的结构应按有关设计规范的规定采用，但不得低于　简图与实际不符，造成工程事故，出现这种情况有两种可能，一是个别设计人　Ｏ．３ｋＮ／Ⅱｆ。《钢结构设计规范））ｆ３ＧＢ５００１７—２００３　ｆ以下简称《钢规｝ＧＢ５００１７）第　员认为中间柱均设成摇摆柱，结构体系的冗余不够，增加结构的冗余，按摇摆　３．２．１条注：对支承轻屋面的构件或结构（檩条、屋架、框架等），当仅有一个可　柱计算以后人为修改，好心办坏事。二是施工人员贪图省事觉得焊接很方便，　变荷载且受荷水平投影面积超过６０　时，屋面均布活荷载标准值应取为　对铰接和刚接的力学性能不清晰。审查中也有个别项目摇摆柱的计算长度系　‘１５’　口圈圆圈　建筑理论与设计　４．３隅撑设计　数取值小于１．０，不符合《门规）ＣＥＣＳ１０２第６．１．３条。　《门规｝ＣＥＣＳ１０２第５．１．２条规定，变截面门式刚架宜按平面结构分析内　力，一般不考虑应力蒙皮效应。当有必要且有条件时，可考虑屋面板的应力蒙　皮效应。基于规程这一条很多项目为了追求经济效益，不管工程的条件是否　《门规｝ＣＥＣＳ１０２第４．１．１条规定，主刚架斜梁下翼缘和刚架柱内翼缘出平　面的稳定性，由与檩条或墙梁相连接的隅撑来保证，《门规｝ＣＥＣＳ１０２第６．１．６　条６款规定，斜梁不需计算整体稳定性的侧向支承点间最大长度，可取斜梁受　满足规程，均采用应力蒙皮效应设计计算，设计人员应充分理解规程及条文　压翼缘宽度的１６Ｘｆ２３５／ｆｙ倍，有相当多的设计人员对规程要求理解不够清　解释的要求，方可在设计中考虑蒙皮效应。　晰，主要反映在隅撑设置间距未经计算，某工程斜梁翼缘（Ｑ３４５钢）２００ｍｍ宽，　３．３檩条设计　《门规｝ＣＥＣＳ１０２第６．３．４条、第７．２．１３条规定，檩条可设计成连续构件及明　条设置，实际隅撑间距３０００ｒａｍ，不满足计算要求。　确连续搭接的要求，审查中发现有檩条的搭接长度和连接螺栓的直径不满足　４．４连接设计　《门规｝ＣＥＣＳ１０２第７．２．１３条规定，个别项目存在计算为连续，施工图为简支。　《门规｝ＣＥＣＳ１０２第７．２．９条规定，端板的厚度ｔ不应小于１６ｍｍ，且应根据支　《门规｝ＣＥＣＳ１０２第６．３．５条规定，当檩条跨度大于６ｍ时，应在檩条跨度三　承条件计算，审查中发现有端板厚度小于１６ｒａｍ，计算公式与支承条件不一致　分点处各设一道拉条或撑杆。审查中发现有７．５ｍ跨仅设一道拉条，甚至有设　的设计；《门规｝ＣＥＣＳ１０２第７．２．２１条规定，梁与柱端板连接节点的刚度计算要　道拉条计算中按两道算。　求，此条文为新增条文，部分设计人员尚未重视，若梁与柱端板连接节点的刚　以上两种情况，前者可能仅是构造不满足，后者存在计算模型与施工图　度与理想刚节点相差较大，仍按理想刚架分析内力，这样的工程存在安全隐　一隅撑最大间距为２００ｘ１６　２Ｎ￣ｙ＝２６４１ｍｍ，檩条间距为１５００ｍｍ，隅撑间隔檩　不一致，有一定的安全隐患，墙梁设计中同样存在这些问题。　患。　《门规｝ＣＥＣＳ１０２第６．３．７条３款规定，在风吸力作用下，当屋面能阻止上翼　缘侧向位移和扭转时，受压下翼缘的稳定性应按本规程附录Ｅ的规定计算。审　查中发现有面板的基板厚度小于０．６６ｒａｍ或施工图未注明厚度的，仍按附录Ｅ　计算檩条，此设计不满足《门规｝ＣＥＣＳ１０２附录Ｅ条文说明，檩条截面尺寸严重　偏小（如设计中７．５Ⅱ　跨１．５ｍ间距采用Ｃ１６０ｘ６０ｘ２０ｘ２．５，经审查修正为Ｃ１８０ｘ　６０ｘ２０ｘ２．５）。　５施工安全　５．１制作安装　３．４柱脚验算　《门规｝ＣＥＣＳ１０２第８．１．４条规定，钢构件所用钢材、连接材料和涂装材料　应具有质量合格证书，并符合设计文件的要求和国家现行有关标准的规定。　此条为强制性条文，规程虽未具体规定，但施工图中如涉及钢材、连接和涂装　材料不作具体要求，存在安全隐患。　《门规￣ＣＥＣＳ１０２第８．２．５条９款规定，刚架在施工中应及时安装支撑，必要　时增设缆风绳充分固定。实际工程施工中经常遇到一阵风将未完成安装且未　《钢规｝ＧＢ５００１７第８．４．１４条和《门规｝ＣＥＣＳ１０２第７．２．２０条规定，柱脚底部的水　设缆风绳的刚架成片刮倒，造成较大损失，因此设计文件中应加以强调。　平剪力可由底板与混凝土基础间的摩擦力或设置抗剪键承受。规程的意思是　５．２隔热涂装　要通过计算，若不满足要求，则须设置抗剪键，审查中既有没有计算书不设抗　《钢规）ＧＢ５００１７第８．９．５条规定，受高温作用的结构，应根据不同情况采　剪键，也有没有计算书设抗置剪键，这样的施工图给人感觉特别随意。　取防护措施，且该规范第８．９．４条规定，对钢结构防火应进行设计，如建筑物的　耐火等级、构件耐火极限和防火做法及要求，均应满足现行规范，审查中发现　４构造措施　很多工程设计文件缺此内容。　４　１结构材料　《门规｝ＣＥＣＳ１０２第９．２．２条规定，设计时应对构件的基材种类、表面防锈　门刚结构有关结构材料方面设计文件常存在的问题，一是不符合《钢规》　等级、涂层结构、涂层厚度、涂装方法、使用状况以及预期耐蚀寿命等综合考　ＧＢ５００１７第１．０．５条和《门规｝ＣＥＣＳ１０２第８．１．４条，在钢结构设计文件中，未注明　虑后，提出合理的除锈方法和涂装要求，而设计文件未作要求的，实际工程使　所采用的钢材牌号、连接材料型号和对钢材所要求的力学性能等。二是不符　用会影响结构构件安全。　合《钢规｝ＧＢ５００１７第３．３节和《门规｝ＣＥＣＳ１０２第３．３．１条，如门式刚架、吊车梁　和焊接的檩条和墙梁等构件宜采用Ｑ２３５Ｂ或Ｑ３４５Ａ及以上等级钢。非焊接的　结语　檩条和墙梁等构件可采用Ｑ２３５Ａ钢。Ｑ３４５Ａ含碳量可满足焊接要求，但焊接　总之，通过对门刚结构房屋设计和审查常见问题的讨论和分析，希望设　性能不佳，重要结构，如起重量较大时的吊车梁，宜采用Ｑ３４５Ｂ及其以上等级　计和审查人员能思路清晰，概念清楚，同时能准确把握规范和规程的要求，使　的钢材，设计文件中虽注明，但针对性不强。　结构设计安全、合理、经济。　间支撑相连的柱要考虑支撑竖向分力的影响，设计中未按要求复核上拔力，　４．２支撑布置　《门规｝ＣＥＣＳ１０２第７．２．１９条规定，进行柱脚锚栓抗拔计算和设计时，与柱　参考文献　『１１　ＣＥＣＳ　１０２：２００２门式刚架轻型房屋钢结构技术规程【ｓ１．北京：中国计划　出版社．２００３．　《钢规｝ＧＢ５００１７第８．１．４条和《门规｝ＣＥＣＳ１０２第４．５．１，４．５．２条规定，体现支　撑的设置应满足￣－１￣１１，结构工程形成的空间稳定及几何不变结构体系，而　实际设计中经常出现如屋面横向水平支撑与柱间支撑布置不在同一开问，不　【２］ＧＢ５０００９－２０１２建筑结构荷载规范［ｓ］　北京：中国建筑工业出版社，　２０１２．　满足《门规｝ＣＥＣＳ１０２第４．５．１条２款；屋面横向水平支撑布置在端部第二开问，　未在第一开问的相应位置设置刚性系杆，不满足《门规｝ＣＥＣＳ１０２第４．５．２条１　款；当设有起重量不小于５ｔ的桥式吊车时，柱间支撑未采用型钢支撑，不满足　《钢规》ＧＢ５ｏ０１７第８．１．４条和《门规）ＣＥＣＳ１０２第４．５．５条规定；以上这些问题似　乎不是什么大问题，但是一旦某个问题存在使结构体系有缺陷，有点结构概　念的设计人员就知道后果的严重性。　（上接第９页）许就是罗斯金特有的魅力之处，也是他的艺术乃至哲学思想至　今仍然受到了许多人的推崇的原因。　参考文献　［３］ＧＢ５００１７—２００３钢结构设计规范［ｓ］．北京：中国计划出版社，２００３　作者简介　徐荣华，１９６６年１月出生，男，江苏金坛，常州市建设工程施工图设计审查中　心，高级工程师，一级注册结构工程师，大学本科学历，工学学士，长期从事建　筑工程结构施工图设计和审查。　［２］约翰・罗斯金．建筑的七盏明灯．山东画报出版社．２００６，４３页　［３】吴承照，遗产旅游原真性理论研究综述，华中建筑，２０１２．７，１４页　【４】约翰・罗斯金，建筑的七盏明灯，山东画报出版社，２００６，ｌ１Ｏ页　［５１４ｒ塔洛・卡尔维诺．看不见的城市．译林出版社．２０１２，１５页　［１】王发堂，罗斯金的艺术思想研究，《东南大学学报》２００９年６期，７８页　＜上接第１１页）策提供了支持。　【６】李向锋．建筑伦理还是建筑道德嘶建筑２０１１．６，１５ｏ页　善以及相关领域的发展都有着非常重要的意义。　参考文献：　水排水２００６（１５）　３结语　成方式的研究不仅能够给城市排水系统的发展带来新的活力，而且还能更好　地在研究的过程中不断促进科技的发展和进步，对于城市排水系统的不断完　１］徐速，陈吉宁，曾恩育，倪福勋．城市排水系统的集成化模拟研究Ｕ］中国给　城市排水系统集成模型是当今各国科学家研究的一个重要课题，这种集　【｛２１张杰．城市排水系统的现代观Ⅱ】．中国工程科学．２ｏｏ１（１Ｏ）　・１６・