轻钢结构次结构的质量问题与监督

孔长青

2008年1月10日全国19个省级行政区均发生了雪灾、冰冻等自然灾害。交通运输、电力输送、通讯发生中断，房屋设置受损，造成了人民生命和财产的巨大损失。在建筑领域灾害主要造成轻钢厂房和厂房的轻钢屋面的破坏。南京江宁区也有一些轻钢厂房和设施的损坏 （其中包括施工图纸已经过施工图审查机构审查合格的工程）。灾后对这些厂房的破坏情况的调查发现，虽然实际雪荷载超过了设计值，但轻钢结构的次结构（以下简称次结构）在这次雪灾中却成为结构破坏的突破口。这是因为压型钢板与檩条等次结构提供主结构的侧向支撑，确保平面外稳定，一个构件的破坏将导致连锁反应引起整个系统的破坏，因此要求屋面板、檩条应具有抵抗超载的能力。这就要求加强次结构的质量控制和质量监督，消除结构隐患，提高结构的安全储备。根据调查情况，从工程设计、施工两个方面进行分析，总结次结构存在的主要问题、产生原因以及改进措施。根据问题，我在正常的工程质量监督控制基础上加强了对次结构的质量监督，提出了一些监督措施，还结合规范提出一些建议。

一、次结构的定义

次结构在轻钢结构中主要是檩条、墙架柱、墙梁以及附属构件。屋面和墙面承受风、雪等结构荷载的作用，并将这些荷载通过围护结构传到次结构上。次结构接受由屋面及墙面传来的荷载，并将其均匀地传到钢架梁、柱上，同时对钢架梁、柱提供有效的侧面约束。

二、次结构存在的主要质量问题、原因以及改进措施

1.设计方面的主要质量问题、原因以及改进措施

虽然设计图纸一般通过了施工图审查机构的审查，但审查机构一般重点对主结构进行审查，次结构的审查深度有限。次结构设计方面的质量问题得不到重视，直接影响到工程质量，因此应特别注意。

（1）设计未进行设计交底或交底不清楚

原因分析：设计交底是设计为了使参加工程建设各方了解工程设计的主导思想、材料构配件的使用等要求、施工中应当特别注意的事项、掌握工程关键的技术要求、保证工程质量所进行的系统的技术交底工作。由于部分设计人员对次结构不重视或认识不清，从而不进行次结构交底或交底不清楚，不能指定施工。

改进措施：设计人员应认识到设计交底的重要性，加强对次结构的设计交底，并做好设计交底记录。

（2）设计图纸对次结构设计深度不够，如通常只标注板厚，未标注板型与檩条的连接方式，可能造成结构计算模型与实际不符，存在安全隐患。

原因分析：大量采用的实腹式檩条的计算在《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB50018－2002及《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》CECS102：2002（以下简称《门式刚架规程》）中均把屋面板能否阻止檩条的侧向位移和扭转作为计算条件，相应的计算公式也不同。 《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB50018－2002认为只有屋面板材与檩条有牢固的连接，即用自攻螺钉、螺栓、拉铆钉和射钉等与檩条牢固连接且屋面板材有足够的刚度，才能认为能阻止檩条侧向失稳和扭转，可不验算其稳定性。目前大量使用的单层暗扣板或者冷断桥支座固定的屋面，在支座处均可以产生纵向滑移，支座在檩条上有一定的转动能力，均不能认为可以阻止檩条的侧向位移和扭转。另外，屋面板厚和板型选择如果不合适，不能保证其有足够的刚度，也应不能认为可以阻止檩条的侧向位移和扭转。有些设计人员计算时不注意计算的技术限定条件，造成计算模型与图纸做法不符，存在一定的结构质量隐患。

改进措施：加强图纸的设计深度，使图纸设计与计算模型、计算条件一致，提高设计图纸的质量。

（3）冷弯薄壁型钢檩条屋面，当檩条跨度大于4m时，未合理设置拉条、斜拉条及撑杆体系。

原因分析：冷弯薄壁型钢檩条通常采用Z型钢和卷边槽钢檩条，由于其重心高，弱轴抗弯能力差。当檩条跨度大于4m时，应设置拉条、斜拉条及撑杆体系，以提高其侧向刚度与承载力，减少其在安装和使用阶段的侧向变形和扭转。

改进措施：根据《门式刚架规程》CECS102第 6.3.5条和 6.3.6条的规定，当檩条跨度大于 4m不大于6m时，应在檩条跨中设置一道拉条，当檩条跨度大于6m时，应在檩条跨度 3分点处各设一道拉条，拉条宜设置在距檩条上翼缘 1／3腹板高度范围内。为了防止檩条向屋脊方向弯扭失稳，在设置拉条的同时，应在檐口处增设斜拉条和撑杆；为了承受屋面的坡向分力，在屋脊处 （有天窗时在天窗处）亦应增设斜拉条和撑杆；当屋面坡面过大时，在檐口和屋脊之间的适当位置必要时也宜增设斜拉条和撑杆。当门式刚架跨度不大、屋面对称屋脊布置且坡度较小时，屋脊处可不设斜拉条和撑杆。拉条应根据最大的屋面坡向分力按拉杆计算确定，撑杆则按压杆设计，如图1所示：

图1 檩条间拉条布置示意

当采用圆钢做拉条时，圆钢直径不宜小于10mm。当在风吸力作用下檩条下翼缘受压时，拉条宜在檩条上下翼缘附近适当布置。当采用扣合式屋面板时，拉条的设置应根据檩条的稳定计算确定。

（4）长坡屋面檩条的拉杆和斜拉杆孔在较大荷载作用下，孔壁先于拉杆屈曲破坏。

原因分析：长坡屋面水平分力较大，实腹式檩条多采用冷弯薄壁型钢，孔壁承载能力不如拉条，在雪灾等高荷载作用下易先于拉杆破坏。

改进措施：加强对檩条孔壁承载力的验算；长坡屋面适当增加一些斜拉条，使水平分力分段导向主结构梁上；加强孔壁处的构造措施，如加设垫板等构造措施来提高孔壁的承载能力。

（5）设计时未充分考虑到雪荷载的不利布置和大风作用对次结构的影响。

原因分析：雪在屋面上堆积由于屋面坡度的大小、形式以及风的作用，产生了雪的不均匀分布。特别是高低跨以及女儿墙根部易造成雪的“堆积”现象，以及融雪后雨水管冻结，造成屋面局部荷载远远超过 《建筑结构荷载规范》GB50009－2001（以下简称荷载规范）的设计值。在台风作用地区，由于风荷载远远超过荷载规范设计值，经常造成围护结构的破坏。

改进措施：从灾害情况看，门式刚架结构对雪载非常敏感，应提高雪荷载的承载能力。在荷载规范不能改动的情况下，设计人员可加大其不均匀系数，来确保其在极端不利布置时的结构安全；在构造上加强对不利部位构件的加强措施，提高安全储备。对于台风作用地区，为防止风灾，有必要在屋面四周檩条适当加密，周边加设防台风锚栓。

2.施工方面存在的主要质量问题、原因及改进措施

钢结构施工企业大都成立时间较晚，从业人员专业素质普遍较差，制作、安装、管理水平均较低，质量、安全事故层出不穷。施工方面是造成质量问题的主要原因。次结构质量问题主要表现在以下几个方面。

（1）不认真仔细熟悉审查图纸。

原因分析：施工的依据是合法有效的图纸。对图纸认真仔细的熟悉和审查是施工单位在开工前必须做到的。有些施工单位不认真仔细熟悉审查图纸，参加图纸会审流于形式，不能解决实际施工问题。工程深化设计水平差，对图纸中不清楚的部分不能及时与设计沟通，常常按照以往经验施工。如现场施工过程中有施工单位将设计单位设计的连续檩条施工成简支檩条的情况。

改进措施：施工单位应加强对图纸的熟悉和审查，特别是设计深度不足的图纸应在充分了解设计意图的基础上，对设计图纸进行深化设计，并在报原设计确认后方可进行制作加工。对一些不常用的材料及构造作法，施工单位应引起注意，加强制作与安装的交底。

（2）为安装方便，随意改变设计构造作法。

原因分析：由于施工单位从业人员专业素质低，企业管理水平差，造成钢结构施工精度差。为了工程能安装完成，施工单位在构件制作时，经常改变设计构造作法。例如将檩条上的拉杆孔、隅撑安装孔等安装孔由设计的圆孔改为长圆形孔，或在无法安装时采用电焊进行构件固定、用天沟代替边檩等。以上行为均造成连接方式或作法与设计图纸不符，存在结构隐患。

改进措施：制作厂家必须按照经原设计认可的深化设计图纸进行制作。加强安装工人的技术培训，提高安装工艺水平和精度。若产生制作误差、安装误差后，施工应拿出处理方案报原设计认可后进行整改施工，并做好整改记录。

（3）檩条的拉撑杆设置不按设计图纸施工，且紧固程度差。

原因分析：设计图纸拉杆、撑杆设置的方式以及安装在檩条的位置是由檩条的稳定计算所决定的。施工单位在施工时有时按照经验或常见作法设置，布置在檩条中部或上部三分之一处，且张拉紧固程度差，可能造成与图纸不符。在雪荷载作用下，拉、撑杆不能对檩条进行有效约束，引起檩条的变形破坏。

改进措施：施工单位在施工前应加强交底，明确檩条间拉、撑杆的设置方式。施工时应严格按照图纸要求施工。施工完毕后应加强对螺帽紧固程度的检查，确保紧固到位。对于受力较大部位，建议设置双螺帽防止松弛。

（4）隅撑设置不符合设计要求，特别是在有内衬板时。

原因分析：隅撑设置的主要作用是约束梁、柱的受压翼缘，防止其平面外失稳。其两端支座分部设置在檩条和受压翼缘或附近的腹板加劲肋上。在檩条下部设置内衬板时，施工单位为了安装美观，将隅撑用自攻螺钉与内衬板和檩条下翼缘固定。在荷载较大时自攻螺钉剪断，隅撑失效。

改进措施：隅撑必须用螺栓直接连接到檩条的腹板上。在有内衬板时，应在板上开槽，确保隅撑的受力。自攻螺钉只能用于围护结构，不能用于次结构。

三、次结构的质量监督措施

针对次结构存在的设计、施工方面的主要问题，在正常的工程质量监督基础上增加一些监督措施，来确保次结构的质量。

1.加强对参建各方责任主体行为监督的措施

在对参建各方责任主体行为监督方面，应加强设计交底和施工单位图纸会审的监督。要求施工单位对设计图纸进行深化，将深化设计图纸报原设计认可后方可进行制作加工。

2.加强对次结构实体质量监督的措施

（1）加强对结构吊装前构件制作质量、材料堆放条件等的监督检查

在吊装前对次结构构件进行监督抽查，重点检查其质量保证资料情况、外观质量以及是否按图施工。次结构构件本身刚度差，易变形和锈蚀。现场应设置有效的堆放场地，防止变形和锈蚀。对不符合要求的构件，应按照施工质量验收规范的要求进行处理。

（2）建立施工样板

要求施工单位在施工过程中，在第一个稳定结构单元形成后，设置次结构样板，各方责任主体认可后，再进行大面积施工。

（3）加强对结构边缘构件的抽查

结构边缘构件包括屋脊、檐口、女儿墙根部等，均可能是受力较大的部位，应加强监督抽查，确保次结构的安装质量。

四、总 结

通过增加上述针对次结构质量监督的措施后，我区轻钢结构次结构的工程质量水平得到了一定水平的提高。但从大环境来说，提高轻钢结构的质量水平仍有很长的路要走。目前，设计方面多采用优化设计、满应力设计，使轻钢结构的安全储备很小；施工方面的材料供应情况、制作和加工水平均达不到标准和规范的要求，造成轻钢结构质量水平普遍较低。

另一方面，从设计规范来看，荷载规范与轻钢结构存在先天的不匹配，CECS102：2002中对雪荷载的规定与实际有一定差距，并且构造措施也不能满足实际的需要；从施工规范看， 《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205－2001规定在单层钢结构安装工程验收中，檩条、墙架等次结构的验收为一般项目，要求不是很高，重视程度不足。

五、建 议

1.建议CECS102：2002修订时，对雪灾、台风等极端天气对轻钢结构影响情况应有所考虑，构造措施应适当加强。

2.建议 《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205－2001修订时，对单层钢结构安装工程验收中，檩条、墙架等次结构的验收该为主控项目。

3.经历过雪灾和风灾的轻钢结构，建议对次结构进行检查，防止由于螺栓的松弛、次结构的变形造成承载能力的下降。

［1］GB50018－2002，冷弯薄壁型钢结构技术规范.

［2］CECS 102：2002，门式刚架轻型房屋钢结构技术规程.

［3］GB50009－2001，建筑结构荷载规范.

［4］GB50205－2001，钢结构工程施工质量验收规范.

［5］薛发.暴风雪中轻钢结构房屋受灾调查与受损思考. 建筑结构，2007.11，9－10