門(mén)式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)在安裝時(shí)失穩(wěn)倒塌的原因及預(yù)防措施全套門(mén)式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)在安裝時(shí)發(fā)生倒塌,已不是個(gè)別現(xiàn)象,許多鋼構(gòu)公司發(fā)生過(guò)這類事件。輕鋼結(jié)構(gòu)是靠各構(gòu)件連接在一起相互約束才形成具有空間穩(wěn)定的結(jié)構(gòu),才具有設(shè)計(jì)預(yù)定的承載能力,在安裝時(shí),單個(gè)構(gòu)件不受約束,或約束很少,是極不穩(wěn)定的,突出的問(wèn)題是,正在安裝的門(mén)式剛架被風(fēng)側(cè)向吹倒(面外倒塌)。下面用一個(gè)算例來(lái)分析在施工中兩個(gè)階段的門(mén)式剛架安全問(wèn)題:某一輕型門(mén)式剛架廠房,跨度L=30m,柱距9m,檐高H=9m,坡度1:10,B類場(chǎng)地,當(dāng)?shù)仫L(fēng)壓0.6kN/m2,施工時(shí)的風(fēng)壓按30%估算(相當(dāng)于6~7級(jí)風(fēng)力),風(fēng)荷體型系數(shù)取1.3,梁柱截面尺寸見(jiàn)(圖1),鋼材Q345。1.按施工第一階段各類支撐尚未安裝,此時(shí)為獨(dú)立一榀無(wú)支撐剛架屋蓋梁受風(fēng)荷載:qL=p·ps·ho·vb=1.0×1.3×0.75X(0.6×0.3)=0.176kN/m柱子受風(fēng)荷載:qz=1z·Ps·ho·o=1.0×1.3×0.65×(0.6×0.3)=0.152kN/m屋蓋梁的側(cè)向彎矩:My=19.8kN·m屋蓋梁側(cè)向抗彎模量Wy=51.2cm3屋蓋梁應(yīng)力d=345N/mm2屋蓋梁已開(kāi)始屈服,有倒塌的危險(xiǎn)柱子底部彎矩Mz=29.92kN·m柱子抗彎模量W=192cm3柱子底部應(yīng)力e=156N/m2<fy=345N/mm2,無(wú)問(wèn)題。柱底4個(gè)M24錨栓按150mm×150mm分布,柱底板離混凝土基礎(chǔ)面有70mm(考慮柱底采用螺母調(diào)節(jié)安裝標(biāo)高,灌漿層需加大20mm)作為灌漿層,在灌漿之前,水平力作用在柱頂猶如撥釘之杠桿使錨栓分別承受拉、壓力作用,見(jiàn)(圖2).每個(gè)錨栓受力N1=9.7kN(d為錨栓間距),查鋼結(jié)構(gòu)手冊(cè),每個(gè)M24錨栓受拉承載力[N]=49.4kN<99.7kN,剛架將因錯(cuò)栓被拉、壓破壞而倒塌.為防止出現(xiàn)此種狀況,可設(shè)置臨時(shí)風(fēng)纜繩,使風(fēng)荷載由纜繩承擔(dān),可保證結(jié)構(gòu)安全。但如果風(fēng)纜繩設(shè)置不正確,則仍有安全問(wèn)題,例如在施工安裝中,有的施工隊(duì)為風(fēng)纜繩固定方便起見(jiàn),在屋蓋梁跨中設(shè)一道風(fēng)纜繩斜向固定在基礎(chǔ)上,如(圖2)中實(shí)線所示?，F(xiàn)粗估一下當(dāng)中的問(wèn)題,每根風(fēng)纜繩支持6根屋蓋梁,斜向設(shè)置的風(fēng)纜繩將對(duì)半跨屋蓋梁產(chǎn)生一個(gè)軸向壓力:N=(6×1.25×qL×0.5D)×15/9=(6×1.25×0.176×0.5×30)×15/9=33kN屋蓋梁的側(cè)向彎矩：M=0.125×q1×(0.5L)2=0.125×0.176×(0.5×30)2=4.95kN·m此時(shí)按壓彎構(gòu)件計(jì)算其穩(wěn)定性為：e=511kN·m此應(yīng)力大于屈服強(qiáng)度∫y=345N/mm2,剛架將因屋蓋梁存在軸向壓力而側(cè)向彎曲失穩(wěn)倒塌,在此應(yīng)注意到,屋蓋梁的軸向壓力雖然很小,但因繞弱軸的長(zhǎng)細(xì)比太大而接近臨界應(yīng)力;屋蓋梁的側(cè)向彎矩不大,但因軸向壓力帶來(lái)的P△效應(yīng)使應(yīng)力放大到3.5倍。估算中采用構(gòu)件小頭按等截面計(jì)算偏保守,但忽略了風(fēng)纜繩豎向分力引起的平面內(nèi)彎矩,使估算應(yīng)力編小,兩者相抵。如果要交叉設(shè)置風(fēng)纜繩,則應(yīng)對(duì)稱布置,即沿（圖3）中的虛線增加布置,以消除附加軸向力。2.按施工第二階段各類支撐全部安裝到位,但柱底尚未灌漿。由于所有支撐均已安裝到位,屋蓋梁處的纜繩都可以拆除,但要特別注意,在柱底灌漿并凝固之前,柱列處的風(fēng)纜繩仍不可拆除。此時(shí)如果拆除風(fēng)纜繩則設(shè)有柱間支撐的柱底4個(gè)錨栓依靠自身的抗彎來(lái)抵抗柱間支撐的偏心引起的彎矩,十分危險(xiǎn),見(jiàn)（圖4）。設(shè)每個(gè)柱間支撐承擔(dān)6榀剛架的柱頂水平力,可以計(jì)算一個(gè)柱間支撐承受力為:Nv=19.9kN在上撥力作用下,錨栓軸向應(yīng)力：e1=14kN支撐對(duì)柱底偏心距e1(見(jiàn)圖4)引起的錨栓軸向應(yīng)力:e2=38N/mm2灌漿前支撐水平分力引起的懸臂錨栓彎曲應(yīng)力:e3=220N/mm2(注:rp為塑性發(fā)展系數(shù),e為錨栓懸臂高度,見(jiàn)圖4。)e=a1+a2+a3=14+38+220=272N/mm2>fy=235N/mm2?很危險(xiǎn)!錨栓可能因受彎屈服而導(dǎo)致剛架建筑倒塌。在土建工程中,為了能夠調(diào)節(jié)柱底板下的標(biāo)高定位螺母,設(shè)計(jì)將灌漿層預(yù)留70mm,但施工人員常常圖方便將灌漿層預(yù)留得更大些,有的甚至高達(dá)150mm,如果這樣,則在更小的風(fēng)荷載作用下就可使建筑物倒塌本算例中的兩個(gè)施工階段中三種倒塌模式在實(shí)際工程中都發(fā)生過(guò),因此要重視以下幾點(diǎn):(1)鋼結(jié)構(gòu)安裝過(guò)程中最容易出現(xiàn)倒塌的情況是沒(méi)有及時(shí)安裝屋蓋梁和柱子上的各種支撐,剛架沒(méi)有形成空間穩(wěn)定體又沒(méi)有設(shè)臨時(shí)風(fēng)纜繩,懸臂式柱底錨栓在柱頂水平力產(chǎn)生的杠桿撬力作用下,被拉、壓破壞導(dǎo)致剛架倒塌。(2)臨時(shí)風(fēng)纜繩有必要根據(jù)假定的風(fēng)荷載去進(jìn)行計(jì)算,確定風(fēng)纜繩數(shù)量及正確布置。當(dāng)有臺(tái)風(fēng)預(yù)警發(fā)布時(shí),需相應(yīng)布置更多的抗風(fēng)纜繩以策安全。(3)當(dāng)剛架所有支撐均已安裝到位,僅可拆除屋蓋梁處的風(fēng)纜繩,但不能拆除柱列處的風(fēng)纜繩,在柱底灌漿前,柱間支撐的水平分力使得地腳錯(cuò)栓仍存在彎曲破壞而導(dǎo)致剛架倒塌的危險(xiǎn),只有在柱底灌漿完成并凝固后,方可拆除柱列處的風(fēng)攬繩。(4)在柱底灌漿之前,如要拆除柱列處的風(fēng)纜繩,應(yīng)在柱底板兩邊加焊有足夠抗彎強(qiáng)度的固定腳撐方可,如（圖5）所示(此腳撐可采用角鋼與混凝土基礎(chǔ)上的預(yù)埋件焊牢后可以作為永久性抗剪件考慮以代替柱底焊抗剪鍵的做法,柱底焊抗剪鍵通常需要混凝土基礎(chǔ)預(yù)留抗剪槽,不方便施工,抗剪