鋼結(jié)構(gòu)房屋柱腳設(shè)計(jì)的探討

關(guān)鍵詞:輕型鋼結(jié)構(gòu);柱腳;無(wú)收縮砂漿;密實(shí);抗剪鍵

　　對(duì)于建筑物,基礎(chǔ)的安全是保證建筑物安全的核心,而如何將柱腳的內(nèi)力安全有效地傳遞到基礎(chǔ)上是基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。所以對(duì)建筑物基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理都應(yīng)引起足夠的重視。然而對(duì)輕型鋼結(jié)構(gòu)房屋柱腳的現(xiàn)場(chǎng)處理存在影響結(jié)構(gòu)安全的不利因素,尤其是柱底板和基礎(chǔ)頂面之間的二次找平層處理及柱腳抗剪鍵的設(shè)計(jì),在各地區(qū)均較為突出,筆者經(jīng)過(guò)多年的設(shè)計(jì)和工程的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐,提出以下幾點(diǎn)想法,愿與業(yè)內(nèi)人士共同探討。

　　1 構(gòu)造要求?

　　鋼結(jié)構(gòu)房屋及高層鋼結(jié)構(gòu)建筑的基礎(chǔ)處理,有一個(gè)共同的技術(shù)要求:必須嚴(yán)格控制柱基標(biāo)高,使其結(jié)構(gòu)的安裝誤差滿足規(guī)范要求,以保證上部結(jié)構(gòu)標(biāo)高的準(zhǔn)確性?？墒菍?duì)同一建筑物,混凝土基礎(chǔ)頂標(biāo)高施工驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)的允許誤差遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于鋼結(jié)構(gòu)施工驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)允許誤差,兩種不同材料,不同施工工藝的結(jié)構(gòu)形式,統(tǒng)一在同一建筑物上,于是產(chǎn)生了驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)在同一建筑物上的沖突。為解決這一沖突,《高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(JGJ 99-98)中第11、2、6條規(guī)定:可采用在柱底板下留有一定空隙,在底板下的地腳螺栓上加一調(diào)整螺母的方法精確控制底板標(biāo)高。

　　《門式鋼架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(CECS102:2002)第8、2、5條中規(guī)定:在柱腳底板和基礎(chǔ)頂面之間留有一定空隙,柱腳鉸接時(shí)不宜大于50mm,柱腳剛接時(shí)不宜大于100mm,可用調(diào)整螺母對(duì)柱腳底板的水平度及標(biāo)高進(jìn)行精確調(diào)整。規(guī)定解決了兩種驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)在同一建筑物上的沖突。

　　2 材料及工藝要求?

　　用螺母調(diào)整柱底板標(biāo)高及柱垂直度在現(xiàn)有工程中已廣泛應(yīng)用,然而在操作過(guò)程中有些工程卻忽略了柱底板下預(yù)留空隙二次灌漿的材料和密實(shí)度,給整體結(jié)構(gòu)帶來(lái)了極大的隱患,在“規(guī)程”(JGJ 99-98)第11、2、6條的說(shuō)明中明確規(guī)定:柱子底板下預(yù)留的空隙宜用不收縮砂漿以捻漿法填實(shí)?！耙?guī)程”(CECS 102:2002)第7、2、18條規(guī)定:錨栓的直徑不宜小于24mm,且應(yīng)采用雙螺帽;第8、2、5條規(guī)定:應(yīng)對(duì)柱腳底板與基礎(chǔ)頂面之間空隙采用灌漿料填實(shí)。其目的是灌漿前保證螺栓有必要的穩(wěn)定性,灌漿后使鋼柱腳能有效地將混凝土基礎(chǔ)與柱底板形成軸力、剪力、彎矩(柱腳剛接時(shí))有效地傳遞到混凝土基礎(chǔ)上。

　　為滿足規(guī)程要求,保證結(jié)構(gòu)安全,材料必須是無(wú)收縮砂漿,采用特種膨脹水泥配制,或用配制好的具有膨脹性的二次灌漿料。其施工方法有兩種:一種是干硬性砂漿用捻漿法;一種是流動(dòng)性砂漿用灌漿法。兩種施工方法都要求柱腳底板與混凝土基礎(chǔ)頂面之間必須填實(shí),不留空隙,也不應(yīng)在砂漿硬化過(guò)程中因收縮而產(chǎn)生空隙。灌漿時(shí),應(yīng)采用流動(dòng)性較好的漿料,此時(shí)需將邊板封閉后再由灌漿孔灌漿,因此需在底板中部適當(dāng)部位預(yù)留灌漿孔;捻漿法應(yīng)采用專用工具,以保證填充密實(shí)。

　　3 工程施工現(xiàn)狀?

　　雖然規(guī)程中對(duì)填實(shí)柱底板和混凝土基礎(chǔ)之間的空隙提出了施工方法和材料要求,可是在大量工程調(diào)查中發(fā)現(xiàn),有許多工程未按照規(guī)程要求施工,柱底板下僅留有50mm調(diào)整空隙,通過(guò)調(diào)整螺母保證了柱底板的標(biāo)高及柱子垂直度,對(duì)但所留空隙填充的密實(shí)度與規(guī)程要求相差太遠(yuǎn),只是用比基礎(chǔ)混凝土強(qiáng)度等級(jí)高一級(jí)的普通細(xì)石混凝土填墊,其施工方法是用木質(zhì)方棒向50mm空隙內(nèi)撥搗,有的是做廠房地面施工時(shí)填墊,所用材料就是做地面的普通混凝土。

　　一般高層鋼結(jié)構(gòu)柱底板下的空隙施工時(shí)控制較嚴(yán)格;門式鋼架輕型鋼結(jié)構(gòu)房屋柱底板下空隙,只有極少數(shù)工程使用膨脹水泥配制的無(wú)收縮砂漿填實(shí),大多數(shù)工程使用普通砂漿填實(shí),很難保證空隙填充砂漿的密實(shí)度,更甚者是在底板的邊緣填充,中間是空的,所有軸力全由調(diào)整螺母承擔(dān),柱底板和基礎(chǔ)混凝土面沒有接觸或接觸面甚小,或因混凝土收縮柱底板和基礎(chǔ)混凝土之間產(chǎn)生間隙,柱底板和基礎(chǔ)混凝土之間摩擦力幾乎為零。當(dāng)?shù)卣鹱饔脮r(shí),水平剪力全由地腳螺栓承擔(dān),螺栓容易被剪斷,造成因螺栓剪斷后柱根位移而導(dǎo)致建筑物倒塌,由此帶來(lái)的嚴(yán)重后果應(yīng)引起設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理單位的重視。

　　4 組織措施?

　　保證工程質(zhì)量是設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理三方配合的結(jié)果,首先是設(shè)計(jì)施工圖應(yīng)詳盡說(shuō)明二次灌漿的材料要求,施工方法及密實(shí)度要求;施工單位必須按規(guī)程及設(shè)計(jì)要求認(rèn)真施工,用灌漿設(shè)備確保密實(shí)度,尤其是柱底板尺寸較大時(shí),不用灌漿法無(wú)法灌實(shí),柱底板下會(huì)出現(xiàn)空洞,給結(jié)構(gòu)造成極大隱患;監(jiān)理人員要學(xué)習(xí)有關(guān)規(guī)程,明白柱底板下空隙灌實(shí)的重要性并作為重點(diǎn)部位監(jiān)理,按隱蔽工程專項(xiàng)驗(yàn)收,監(jiān)督施工單位所用材料和工藝。

　　柱底板下二次灌漿工程是鋼柱和混凝土基礎(chǔ)的交接部位,也是設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理容易忽略的部位,密實(shí)度也無(wú)法檢查,設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理單位必須共同負(fù)責(zé),確保工程質(zhì)量。

　　在“規(guī)程”(JGJ 99-98)和“規(guī)程”(CECS 1 02:2002)修訂時(shí)將二次灌漿的材料和施工要求列入強(qiáng)制性條文,同時(shí)規(guī)程中應(yīng)增加灌漿時(shí)間。當(dāng)主剛架及檁條安裝完畢,安裝屋面板及墻面板之前灌漿為宜,保證結(jié)構(gòu)在未受風(fēng)載和雪載之前灌完。

　　同時(shí)建議單層輕鋼結(jié)構(gòu)當(dāng)柱底板長(zhǎng)邊小于和等于600mm時(shí),二次灌漿的空隙仍應(yīng)執(zhí)行“規(guī)程”(CECS 102:2002)中第8.2.5條中規(guī)定,封閉三邊留一長(zhǎng)邊,用比基礎(chǔ)混凝土強(qiáng)度高一級(jí)的干硬性膨脹細(xì)石混凝土從長(zhǎng)邊向里搗實(shí),當(dāng)長(zhǎng)邊大于600mm時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)程要求施工。

　　6 抗剪鍵的設(shè)置與要求

　　在風(fēng)荷載較大或抗震設(shè)防烈度較高地區(qū),其基底水平剪力較大,往往需要在柱底板下加抗剪鍵,以彌補(bǔ)柱底板與混凝土間摩擦力的不足。如何設(shè)置抗剪鍵在“規(guī)程”(CECS 102:2002)第7、2、20條僅規(guī)定水平剪力可由柱底板與混凝土間的摩擦力或設(shè)置抗剪鍵承受。在條文說(shuō)明中要求抗剪鍵采用在剛架平面方向截面剛度較大的工字鋼等垂直焊接在柱底板的底面,其截面和連接焊縫的抗剪能力應(yīng)進(jìn)行計(jì)算。并在基礎(chǔ)頂表面做坑以便安裝時(shí)將其插入,然后進(jìn)行二次灌漿。

　　規(guī)程中對(duì)抗剪鍵承受的剪力是全部基底剪力還是部分基底剪力以及抗剪鍵截面和連接焊縫的抗剪能力如何計(jì)算沒有明確規(guī)定。大多數(shù)設(shè)計(jì)程序也沒有抗剪鍵的設(shè)計(jì)模塊,有的程序只提到要加抗剪鍵,但沒有給出抗剪鍵的截面和焊縫長(zhǎng)度,現(xiàn)有工程中抗剪鍵的設(shè)置有的不盡合理,如某工程柱底板下空隙僅50mm,柱底板尺寸600mm×1150mm,抗剪鍵為8,L=200mm垂直柱底板放置,導(dǎo)致在基礎(chǔ)表面做坑,基礎(chǔ)頂面上的坑內(nèi)插入一槽鋼,無(wú)法清除坑內(nèi)雜物,也無(wú)法檢驗(yàn)插入槽鋼的坑內(nèi)是否灌漿,更無(wú)法檢驗(yàn)是否密實(shí),如不密實(shí)不但抗剪鍵起不到任何作用,反而削弱了基礎(chǔ)截面。所以,一般不要在基礎(chǔ)表面做坑將抗剪鍵插入。

　　抗剪鍵起作用是建立在柱底板下的空隙灌漿密實(shí)的基礎(chǔ)上,密實(shí)是二次灌漿與混凝土基礎(chǔ)及柱底板共同工作的前提,因此,抗剪鍵的作用除抗剪鍵本身的截面和焊縫高度與長(zhǎng)度外,還取決于灌漿的密實(shí)度。

　　抗剪鍵常用工字鋼、槽鋼、角鋼、鋼板,長(zhǎng)度方向平行柱底板放置為宜,同樣材料平行柱底板放置與垂直柱底板放置相比可具有較大抗剪截面和較長(zhǎng)的抗剪焊縫,還可避免在基礎(chǔ)上做坑。柱底板下的灌漿空隙以滿足抗剪鍵不與基礎(chǔ)表面接觸,留有一定空隙,使柱底標(biāo)高有調(diào)整余量為準(zhǔn),確保抗剪鍵起作用.保證工程安全。

　　7 結(jié) 語(yǔ)

　　以上涉及的內(nèi)容只是在調(diào)查與工作中所遇到的,不甚全面,尤其是所提建議和計(jì)算內(nèi)容,可能有不妥之處,愿與業(yè)內(nèi)人士共同探討,以期達(dá)到提高輕鋼房屋工程質(zhì)量的目的。

　　參考文獻(xiàn)?

　　[1]CECS 102:2002門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程.

　　[2]JGJ 99-98高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程.

　　[3]GB 50017-2003鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范.

　　[4]GB 50205-2001鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范.