有关钢结构设计与工程质量的常见问题.ppt

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1、有关钢结构设计与工程质量 的常见问题,钱国桢 2008.7,内容简介,一、有关施工验收规范强制性条文简介 二、有关设计构造方面强制性条文简介 三、基本设计规定方面的问题 四、支撑布置不符合规范规定问题 五、简图与实际情况不符合的问题 六、设计计算方面的问题 七、组合楼板问题,一、有关钢结构施工验收规范强制性条文简介 1.1 基 本 规 定,1.2 有关钢材质量要求,1.3 有关焊接材料的主控项目,1.4 连接用紧固件标准,1.5 钢构件焊接主控项目,1.6 超声波探伤问题,1.7 高强锚栓连接问题,1.8 吊车梁问题,1.9 单层钢结构整体偏差问题,1.10 多高层整体偏差问题,续 1.10

2、多高层整体偏差问题,1.11 网架挠度问题,1.12 一般涂料厚度问题,1.13 防火涂料厚度问题,二、有关设计构造方面强制性条文简介,8.3.6 对直接承受动力荷载的普通螺栓受拉连接应采用双螺帽或其他防止螺栓帽松动的有效措施。 8.9.3柱脚在地面以下的部分应采用强度等级较低的混凝土包裹（保护层厚度不应小于50），并应包裹的混凝土高出地面不小于150mm。当柱脚底面在地面以上时，柱脚底面应高出地面不小于100mm。 8.9.5受高温作用的结构，应根据不同情况采取下列防护措施： 1 当结构可能受到炽热熔化金属的侵害时，应采用砖或耐热材料做成的隔热层加以保护； 2 当结构的表面长期受到辐射热达1

3、50以上或在短时间内受到火焰作用时，应采取有效的防护措施（如加隔热层或水套等）。,抗震规范中新增加的强制性条文,在汶川地震以后，在抗震规范中新增加了这二条，即： 在屋脊处的双脊檩间应在其1/3处设拉条互相拉结； 压型钢板应与檩条可靠连接，瓦楞铁、石棉瓦、彩钢板等应与檩条拉接。,三、基本设计规定方面的问题,（一）、在设计总说明中未注明钢材的强度等级，质量等级，连接材料的型号，焊缝型式，焊缝质量等级，端面刨平顶紧部位及对施工的要求。 （二）、选用不合格的钢材与焊条：如对焊接钢结构选用Q235-A级钢，因其是不保证含碳量的性能条件，故可焊性无可靠保证，所以不应采用。对承受动力荷载需进行疲劳验算的结构

4、，应采用低氢型焊条（详见GB50017，第3.3.8条） （三）、未注明钢材除锈方法，除锈等级，配套涂料及涂层厚度（详GB50017，第8.9.1条）,（四）、未注明建筑物耐火等级，构件耐火极限和防火构造做法及要求。（详GB50017,第8.9.1条） （五）、钢柱脚在地面以下部分未要求砼包裹。（详GB50017,第8.9.3条，为强制性条文） （六）、在高层焊接钢结构，为对钢材的冷弯试验及含碳量等的合格保证未提出要求。（详JGJ 99-98 第2.0.2条） （七）、在抗震设计时，未对钢材性能指标提出最低要求，主要是要有较好的延性。(详见 JGJ 99-98 第2.0.3条与GB50011第

5、3.9.2条) 如： （1）强屈比不小于1.2； （2）伸长率大于20； （3）良好可焊性和合格的冲击韧性。,（八）、焊接钢板厚度40mm，若又承受厚度方向拉力时，未对钢板厚度方向的断面收缩率提出要求。（详GB50011第3.9.5条与GB5313） （九）、钢板厚度为18mm和20mm时，取用各强度设计值，未考虑新钢规已改变。如对Q235仍采用f215N/mm2。（GB50017第3.4.1条已改为厚度=16才提高，厚度18，20的f205N/mm2,四、支撑布置不符合规范规定,（一）、有关支撑布置的强制性条文 （二）、支撑布置不足 （三）、屋面横向水平支撑与柱间支撑不在同 一跨间 （四）、

6、屋面横向水平支撑的设计问题 （五）、刚性支撑按柔性支撑设计 （六）、未按规定设隅撑 （七）、有抗震要求时，支撑未按抗震要求设计,（一）、有关支撑布置的强制性条文,钢结构设计规范 8.1.4条: 结构应根据其形式、组成和荷载的不同情况，设置可靠的支撑系统。在建筑物每一个温度区间段或分段建设的区段中，应分别设置独立的空间稳定的支撑系统。,（二）支撑布置不足,1）未设柱间支撑，造成纵向失去抗水平荷载能力，可能在安装施工阶段就使厂房倒塌。 2）在屋盖天窗开洞范围内，屋脊点未设屋架上弦通常长水平刚性系杆。（按受压长细比） 3）天窗两侧未设竖向支撑，或除天窗端开间外，未每隔36m（有檩屋盖），或每隔30m

7、（无檩屋盖），各设一道竖向支撑。 4）在屋脊处，两脊檩间未设拉条。 5）在钢架转折处，多跨房屋中间柱顶，未在纵向全长设置水平刚性系杆。 6）屋架（大梁）端部高度=900mm时，在端开间大梁两端未设竖向支撑,（三）屋面横向水平支撑与柱间支撑 不在同一跨间,一般可将上述支撑同时布置在温度区段端部的第一开间或第二开间，不得两者交叉布置。 若个别无法布置在同一跨间时，可布置在相邻跨间，要有一定搭接区。如：若有吊车时，可将上柱柱支撑与屋面横向水平支撑同时布置在厂房两端，而将上下柱间支撑布置在端部相邻的第二跨间；而其他上下柱支撑按规定间距与屋面横向水平支撑布置在同一开间内，。,图十三,（四）、屋面横向水平

8、支撑的设计问题,（1）、其竖腹杆未按压杆设计 当屋面横向水平支撑布置在第二开间时，应在第一开间相应水平支撑的节点处布置刚性系杆与抗风柱相连。否则应将相应檩条按压弯构架验算和加强。 （2）、其节点与抗风柱不对齐 （3）、与抗风柱间连接无刚性系杆,图十四,（五）、刚性支撑按柔性支撑设计,柔性支撑可采用圆钢作拉条。（但必须设置张拉装置。其长细比限值比刚性支撑大，按受拉杆考虑）。 刚性支撑必须用型钢制作，其长细比限值更严。如对柱间支撑，它与抗震烈度有关。一般67度地区对柱间支撑长细比要求（详见抗震规范） 上柱支撑=10mm 斜杆交角=550 对于轻钢结构厂房，当采用20顿以上（含）吊车时，应采用刚性柱

9、间支撑,（六）未按规定设置隅撑,（1）、在钢架斜梁下翼缘受压和柱内侧翼缘受压区未设置隅撑。 （2）、在抗风柱与刚架斜梁连接处未设置隅撑和弹簧板。,图十五,图十六,（七）、钢框架中心支撑 设计的若干抗震措施规定,（1）不得将支撑的支点设置在柱中间，成为K字支撑 （2）当只能设单向受拉斜杆支撑时，应同时在另端设不同 方向的单斜杆支撑，且每层中间不同方向斜杆投影面 积差不大于10 （3）6、7度 钢框架中心支撑的杆件长细比 限值更严,小于12层,压杆 =150,拉杆 =200,大于等于12层 （见抗规8.4 节),=120,图十七,图十八,五、简图与实际情况不符,（一）、柱子与固定端的连接问题 （二

10、）、把门架分割为柱与人字梁的组合结构 （三）、轴力杆件承受节间荷载 （四）、将铰支的网架支座，构造设计成固定端 （五）、网架采用平板型支座时，把支座作三 向固定考虑 （六）、网架支座部分在柱上，部分在柱间梁上 时，把支座都按刚性考虑 （七）、两结构单元间的后设连梁,（一）、柱子与基础的固定端连接问题,所谓固端连接就是要保证既能传递垂直压力，还能传递水平剪力和弯矩，如果能产生位移和转动，即相当于一个活动铰，它就不能传递剪力和弯矩，这时会产生两个问题： 1、若屋盖与柱为铰接时，结构成为机动体系而倒塌。（图一） 2、若上部为框架，门架结构，将使上部柱角弯矩增大，梁内弯矩产生重分配。（图二）,图一,图

11、二,要避免出现这种问题，应在设计基础时必须注意基础的变形问题。 1）如采用独立基础时，必须有足够大的底面积与埋深。以保证它不会产生显著的转动或位移。特别是存在软弱下卧层的情况下，应按规范要求计算沉降与转动，并在设计上部结构时，应考虑这种基础变位的影响。 2）尽量不采用一柱一桩的独立基础，否则应考虑桩的弯曲变形对上部结构的影响。,（二）、把门架分为柱与人字梁的组合结构,若二者节点作固接设计，则问题不大，但其节点必须考虑能传递弯矩和剪力。内力分析要采用门架简图，因其为跨变结构。（图三）。 若二者节点作为铰接设计时，基础必须为固接，否则将成为机动体系（图四）。基础为固接时内力分析也不能将其按排架分析

12、，因一般这种结构存在推力，而且也是跨变结构。（图五）。,图三,图五,图四,（三）轴力杆件承受节间合载,大多数网架，网壳，桁架结构设计时都将这些杆件仅考虑轴力杆，所有荷载都通过节点。因此设计绝对不容许使杆件中间承受荷载。（作为上柱支点或悬挂重物），否则将使其成为压弯构件，而失稳破坏。（图六）,图六,（四）将铰支的网架支座，设计成为固定端,这样将使网架支点不能转动，因此会产生次弯矩，使结构产生弯矩。 若网架支撑在柱上时，将使柱顶产生次弯矩影响全柱弯矩重分配（图七） 若网架支撑在砖墙的圈梁上时，有可能将墙拉倒（图八）。,图七,图八,（五）网架采用平板型支座时，把支座边界条件作三向固定考虑,这与网架结

13、构设计指南第3.5条（1）款规定不符，因为这时支座底板上锚柱开的孔应呈椭圆形，使节点可沿法向作微量移动，所以不应作三向固定考虑。,图九,（六）网架支座部分在柱上，部分在柱间梁上时，不能把它们都作刚性支座考虑,这时应按弹性支撑考虑，计算时应考虑柱与梁的不同刚度。在上部网架与下部结构不是一家设计时，特别注意这种情况。,图十,（七）两结构单元间后设连梁,错误的作法是将连梁直接架在原结构上，这样将使两独立结构成为一连体结构，使其成为一个整体不规则结构，地震时会产生耦连。（图十一） 正确的作法是在两建筑间，另作基础与柱，使连廊成为一个独立的结构体系。（图十二）,图十一，不正确作法,图十二，正确作法,六、

14、设计计算方面的问题,（一）荷载遗漏。特别是安装，施工荷载，或设计变更 增加的新荷载。 （二）套用标准图不符。（高度，跨度，吊车，地区， 构造等不符。 （三）验算强度未按净截面，而采用毛截面。 （四）压杆稳定验算，仅验算了弯矩平面内的稳定，而 未验算弯矩平面外稳定。 （五）计算构件长细比时，未取最小回转半径，如角 钢，应在45度角时为最小，却取了平行轴的回转半径。 （六）工梁上翼或支座处受有较大集中荷载时，未设置 横向加筋肋或未进行腹板局部承压强度验算。,（七）抗风桁架，抗风柱皆应考虑左、右来风，若只考 虑一侧，则可能造成压杆按拉杆设计，或正负方向最大弯矩 计算有误。檩条、墙梁未考虑风吸力影响。

15、 （八）材料代换时只考虑面积，未考虑惯性矩，或未注 意重心轴位置改变而带来的附加偏心；或未考虑轴线净距变 化，而使其他相关杆件造成长度加工误差。 （九）钢梁受压翼缘自由长度l1与其宽度b1之比，及简支 箱形梁的h/b0，l1/b0超过规范限值时，未对钢梁进行整体稳定 分析。（详见GB50017第4.2.1条，第4.2.4条）。当为钢桥 梁，钢栈道梁等无侧向支撑时，要特别注意。 （十）门架未复合水平剪力能否由底板与砼基础间的摩 擦力承受，否则柱脚应设抗剪键。在柱间支撑处的柱脚螺栓 未复合风载作用下由山墙传来的上拔力。,（十一）未计算屋面横向水平支撑、柱间支撑、抗风柱及刚架结构连接节点。（详CEC

16、S102第3.1.3条，第3.1.4条，第7.2节）。 （十二）轴心受压构件（包括格构式柱）未计算剪 力（GB50017给出计算公式， ),（十三）桁条腹杆平面内外的计算长度均取轴线长度。（平面内一般腹杆应取0.8l，斜平面内取0.9l，支座杆件与平面外所有杆件皆为l） （十四）用于减小轴心受压柱自由长度的支撑，未考虑支撑力，而仅按构造长细比确定支撑截面。（支撑力计算详见GB50017第5.1.7条公式）,（十五）刚性的交叉支撑（交叉点相互连接时）平面 外计算长度误取与平面内相同（节点中心到交叉点的距 离）。详见GB50017第5.3.2条公式；应按此公式取。 （十六）平面外有支撑的框架柱的计

17、算长度，仍误取 柱全长。（应取支承点的距离）。 （十七）工字形轴心受压构件与受弯构件的翼缘板宽 厚比二者混淆。GB50017第5.4.1条规定： 轴心受压构件： 压弯构件：,当 30时，取 30，则二者相同。,（十八）箱型截面偏心受压柱，对受压翼缘的宽厚比未进行计算，否则易产生局部稳定问题。（详见GB50017第5.4.3条公式）。 （十九）圆管截面受压柱，外径d/壁厚t100(235/fy);轴心受压焊接T型钢腹板高厚比不满足规范第5.4.4条公式：,（二十）工字型截面偏心受压柱的腹板，计算高度与厚度tw之比不满足规范要求，又未设纵向加劲肋，且计算时又考虑腹板全截面。（规范GB50017,第

18、5.4.6条规定）。,此时可仅考虑腹板计算高度边缘范围内两侧宽 度各为 的部分。,（二十一）格构式压弯构件，仅计算整体构件的强度和稳定，未计算单支杆件的强度和稳定（GB50018，第5.5.7条）,（二十二）实腹式檩条未考虑屋面能否约束其侧向失稳与扭转，并未验算垂直于屋面方向的挠度。,七、组合楼板设计问题,（一）连续组合梁按塑性分析内力时，钢梁受压区腹 板、翼缘宽厚比均未符合高钢规范第7.1.2条规定。 （二）计算组合梁挠度时，未将其整体截面折算为钢 梁截面。组合梁挠度计算应为钢梁施工阶段与组合梁使用阶 段整体挠度等于二者的叠加，二者都应满足。 （三）组合梁翼缘板的横向钢筋最小配筋梁不符合规

19、范要求。（JGJ99第7.2.17条） （四）处于高温度环境处组合梁的负弯矩区裂缝宽度 超限。 （五）组合梁在支座剪跨区（负弯矩区Mmax 0） 内的剪力连接件数量不满足计算要求。,（六）连续组合梁负弯矩区段内，钢梁下部受压翼缘 处未设置侧向支撑。 （七）在集中荷载作用下，抗冲切计算不满足规范要 求或未进行此项验算。 （八）梁翼缘上的栓钉长度太短，使焊后栓钉高度大 于压型钢板波高+30mm。或钉面保护层15mm。 （九）未进行施工阶段强度与变形验算。 （十）组合楼板的受力筋与大梁腹板平行时，梁顶部设置的抗裂钢筋不足（跨中钢筋的1/3）。 （十一）压型钢板与砼间未设可靠的连接措施，一般采用纵向波槽，槽上大下小；开小孔；加横向钢筋；在底板加锚固件等。,（十二）挠度限值误按l/200取值，实际上施工阶段应 l/180（YB9238-92，第4.1.1条），使用阶段分别按标准组合 和准永久组合计算，应l/360。（JGJ7.3.7条）。 （十三）压型钢板未采用双面热镀锌钢板，而采用电 镀锌板。（JGJ99第7.4.4条） （十四）当楼板耐火极限为1.5h时，未采取任何保护措 施。（板顶部厚度不小于50mm，总厚不小于90mm，详 JGJ99第12.2.3条。,