门式刚架轻钢结构在安装时失稳倒塌的原因及预防措施全套.docx
门式刚架轻钢结构在安装时失稳倒塌的原因及预防措施全套门式刚架轻钢结构在安装时发生倒塌,已不是个别现象,许多钢构公司发生过这类事件。轻钢结构是靠各构件连接在一起相互约束才形成具有空间稳定的结构,才具有设计预定的承载能力,在安装时,单个构件不受约束,或约束很少,是极不稳定的,突出的问题是,正在安装的门式刚架被风侧向吹倒（面外倒塌）。下面用一个算例来分析在施工中两个阶段的门式刚架安全问题:某一轻型门式刚架厂房,跨度L=30m,柱距9m檐高H=9m,坡度1:10,B类场地,当地风压0.6kNm2,施工时的风压按30%估算（相当于67级风力）,风荷体型系数取13梁柱截面尺寸见（图1）,钢材Q345o1.按施工第一阶段各类支撑尚未安装,此时为独立一根无支撑刚架屋盖梁受风荷载:qL=ppshovb=1.0×1.3X0.75X（0.6X0.3）=0.176kNm柱子受风荷载：qz=lzPshoo=1.0×1.3×0.65×（0.6×0.3）=0.152kNm屋盖梁的侧向弯矩:My=I9.8kNm屋盖梁侧向抗弯模量Wy=51.2cm3屋盖梁应力d=345Nmm2屋盖梁已开始屈服,有倒塌的危险柱子底部弯矩Mz=29.92kNm柱子抗弯模量W=192cm3柱子底部应力6=156Nm2<fy=345Nmm2,无问题。柱底4个M24锚栓按15OmmXI50mm分布,柱底板离混凝土基础面有70mm（考虑柱底采用螺母调节安装标高,灌浆层需加大20mm）作为灌浆层,在灌浆之前,水平力作用在柱顶犹如拨钉之杠杆使锚栓分别承受拉、压力作用,见（图2）.每个锚栓受力Nl=9.7kN（d为锚栓间距）,查钢结构手册,每个M24锚栓受拉承载力N=49.4kN<99.7kN,刚架将因错栓被拉、压破坏而倒塌.为防止出现此种状况,可设置临时风缆绳,使风荷载由缆绳承担,可保证结构安全。但如果风缆绳设置不正确很!J仍有安全问题,例如在施工安装中,有的施工队为风缆绳固定方便起见,在屋盖梁跨中设一道风缆绳斜向固定在基础上,如（图2）中实线所示。现粗估一下当中的问题,每根风缆绳支持6根屋盖梁,斜向设置的风缆绳将对半跨屋盖梁产生一个轴向压力：N=(6×1.25×qL×0.5D)×159=(6×1.25×0.176×0.5×30)×159=33kN屋盖梁的侧向弯矩：M=0.125×ql×(0.5L)2=0.125×0.176×(0.5×30)2=4.95kNm此时按压弯构件计算其稳定性为：=511kNm此应力大于屈服强度Jy=345Nmm2,刚架将因屋盖梁存在轴向压力而侧向弯曲失稳倒塌,在此应注意到,屋盖梁的轴向压力虽然很小,但因绕弱轴的长细比太大而接近临界应力;屋盖梁的侧向弯矩不大,但因轴向压力带来的P效应使应力放大到3.5倍。估算中采用构件小头按等截面计算偏保守,但忽略了风缆绳竖向分力引起的平面内弯矩,使估算应力编小,两者相抵。如果要交叉设置风缆绳很!J应对称布置,即沿(图3)中的虚线增加布置,以消除附加轴向力。2.按施工第二阶段各类支撑全部安装到位,但柱底尚未灌浆。由于所有支撑均已安装到位,屋盖梁处的缆绳都可以拆除,但要特别注意,在柱底灌浆并凝固之前,柱列处的风缆绳仍不可拆除。此时如果拆除风缆绳则设有柱间支撑的柱底4个锚栓依靠自身的抗弯来抵抗柱间支撑的偏心引起的弯矩,十分危险,见（图4）。设每个柱间支撑承担6根刚架的柱顶水平力,可以计算一个柱间支撑承受力为:NV=I9.9kN在上拨力作用下,锚栓轴向应力：l=14kN支撑对柱底偏心距el（见图4）引起的锚栓轴向应力:62=38Nmm2灌浆前支撑水平分力引起的悬臂锚栓弯曲应力:63=220Nmm2（注:rp为塑性发展系数,e为锚栓悬臂高度,见图4o）=al+a2+a3=14+38+220=272Nmm2>fy=235Nmm2很危险!锚栓可能因受弯屈服而导致刚架建筑倒塌。在土建工程中,为了能够调节柱底板下的标高定位螺母,设计将灌浆层预留70mm,但施工人员常常图方便将灌浆层预留得更大些,有的甚至高达15Omm,如果这样,则在更小的风荷载作用下就可使建筑物倒塌本算例中的两个施工阶段中三种倒塌模式在实际工程中都发生过,因此要重视以下几点：（1）钢结构安装过程中最容易出现倒塌的情况是没有及时安装屋盖梁和柱子上的各种支撑,刚架没有形成空间稳定体又没有设临时风缆绳,悬臂式柱底锚栓在柱顶水平力产生的杠杆撬力作用下,被拉、压破坏导致刚架倒塌。(2)临时风缆绳有必要根据假定的风荷载去进行计算,确定风缆绳数量及正确布置。当有台风预警发布时,需相应布置更多的抗风缆绳以策安全。(3)当刚架所有支撑均已安装到位,仅可拆除屋盖梁处的风缆绳,但不能拆除柱列处的风缆绳,在柱底灌浆前,柱间支撑的水平分力使得地脚错栓仍存在弯曲破坏而导致刚架倒塌的危险,只有在柱底灌浆完成并凝固后,方可拆除柱列处的风揽绳。(4)在柱底灌浆之前,如要拆除柱列处的风缆绳,应在柱底板两边加焊有足够抗弯强度的固定脚撑方可,如(图5)所示(此脚撑可采用角钢与混凝土基础上的预埋件焊牢后可以作为永久性抗剪件考虑以代替柱底焊抗剪键的做法,柱底焊抗剪键通常需要混凝土基础预留抗剪槽,不方便施工,抗剪槽内的泥土很难清除干净)。有关施工第二阶段锚栓弯曲破坏的安全问题在重型厂房结构中可能不存在,因重型厂房柱脚锚栓规格大且数量多,尤其是埋入式柱脚更不会有这类问题,但埋入式柱脚不方便安装调整,故轻钢门式刚架宜采用上述讨论的柱脚形式。
