某门式刚架轻钢结构厂房的结构加固处理
摘 要:本文根据对某轻钢结构厂房的现场检测和结构分析计算结果,对该厂房的门式刚架平面外稳定不足、柱间支撑布置不足等问题提出了结构加固处理方案。关键词:门式刚架 平面外稳定 加固1前言
轻型钢结构房屋具有质量轻、工业化程度高、施工周期短、综合经济效益高、柱网布置灵活等优点,目前已广泛的应用于轻型厂房、仓库、建材等交易市场、大型超市、体育馆、加层建筑等。通常,在轻钢结构设计中,承载力要求基本都能满足,但是稳定性问题在个别设计中没有引起足够的重视。本文结合一工程实例,介绍门式刚架轻钢结构厂房的加固处理方法。
2工程概况
浙江某公司的一幢轻钢结构厂房的平面呈矩形状,长107.27m,宽27.24m,柱距5.91m,采用双坡双跨结构形式,柱顶标高为8m,所有柱脚铰接。梁、柱采用实腹式焊接H型截面,檩条和墙梁均采用冷弯薄壁卷边C型钢C160×60×20×2.5,檩条间距为1.5m。厂房的围护结构标高1.2m以下采用240mm厚的水泥空心砖;标高1.2m以上采用彩色压型钢板,结构平面布置示意图见图1。
由于该厂房未按图施工,并增设了电动葫芦,为确保厂房的结构安全和正常使用,我们受托对该厂房进行结构鉴定。
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图1 结构平面布置示意图
3房屋现状调查
现场检测时,对房屋的各个部位都进行了仔细调查,结果表明,部分柱间支撑和墙梁拉条未按原设计图设置;局部增设了夹层(12轴~19轴);厂房共增设了5台起重量为0.8T的电动葫芦。其余结构构件是按原设计图施工的。
4结构验算
由于厂房未按图施工,并新增设了5台起重量为0.8T的电动葫芦,必须对原有结构进行验算。
验算使用的屋面恒荷载按实际结构荷载取值0.30kN/m2(刚架自重程序自动计算);其余荷载按《建筑结构荷载规范》(GB 50009-2001)取值:屋面活荷载0.5 KN/m2;基本风压0.30kN/m2;基本雪压0.45kN/m2。由于电动葫芦安装在两榀刚架梁上,为了便于计算,将电动葫芦的荷载折算成集中活荷载施加在刚架梁上。本工程设计使用年限为25年,依据相关规范,结构重要性系数取0.95;而且该地区为非抗震设防区,所以不考虑抗震方面的有关要求。
根据原设计图纸和上述计算条件,采用同济大学的3D3S软件,取受力最复杂的一榀刚架按平面结构进行计算,主体刚架柱、梁截面尺寸为346×174×6×9,钢材采用Q235B,其计算简图见图2。
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验算时,考虑了5种荷载组合工况:
1)1.2恒+1.4活;
2)1.2恒+1.4风(左、右);
3)1.2恒+1.4×0.9活+1.4×0.9风(左、右)。
验算结果见表1。
验算结果表明,柱的平面外稳定不足,平面外长细比196>[λ]=180;由于新增电动葫芦,梁的平面外稳定不足,需要对上述构件进行加固处理。
表1 结构验算结果(强度和整体稳定为(应力/设计强度))
单元号
强度
绕2轴
整体
稳定
绕3轴
整体
稳定
绕2轴
抗剪
应力比
绕3轴
抗剪
应力比
绕2轴
长细比
绕3轴
长细比
绕2轴
W/l
绕3轴
W/l
验算
结果
1
0.64
1.13
0.65
0.07
0.00
196
161
0
0
不足
2
0.62
0.65
0.62
0.20
0.00
76
93
1/411
0
满足
3
1.05
1.12
1.05
0.24
0.00
76
93
1/411
0
不足
4
0.36
0.85
0.47
0.02
0.00
196
147
0
0
不足
5
1.00
1.06
1.00
0.20
0.00
76
93
1/483
0
不足
6
0.57
0.61
0.57
0.25
0.00
76
93
1/483
0
满足
7
0.60
1.12
0.66
0.07
0.00
196
161
0
0
不足
5结构加固处理方案
(1)柱子平面外稳定性可以通过下述方法解决:一是设置平面外的支点,以减小平面外计算长度;二是增加柱翼缘的宽度,以增加平面外截面的回转半径,从而减小柱子的长细比。针对本工程实际情况,采取第一种加固措施。中柱2轴至11轴在6.5m处增设刚性系杆,并且在9轴至10轴间增设柱间支撑以作不动支点,从而使平面外长细比165<[λ]=180,12轴至19轴利用夹层楼板作平面外支撑;由《冷弯薄壁型钢结构技术规范》可知,在刚架平面外,实腹式梁和柱的计算长度,应取侧向支撑点间的距离。作为侧向支撑点的檩条、墙梁必须与水平支撑、柱间支撑或其他刚性杆件相连,否则,一般不能作为侧向支撑点。但当屋面板、墙面板采用压型钢板、夹芯板等板材,而板与檩条、墙梁有可靠连接时,檩条、墙梁可以作为侧向支撑点。因此,对于边柱而言,考虑利用现有墙梁作为侧向支撑点,不做处理。加固位置和做法见图3。
(2)由《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》可知,主刚架斜梁下翼缘出平面的稳定性,由与檩条相连接的隅撑来保证。因此,针对本榀刚架梁采取在未设置隅撑的檩条处增设成对隅撑,从而使面外计算长度由3m缩短为1.5m。具体的加固位置和做法见图4。
(3)按照原设计图纸补设柱间支撑和墙梁拉条。补设构件的位置和做法见图3。
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图3 增设构件位置图(一)
6结语
(1)门式刚架轻钢结构厂房一旦荷载有所改变(如本工程在刚架梁上增设电动葫芦),需要对原结构进行复核验算。
(2)当验算刚架平面外稳定不足时,在不改变原截面尺寸的情况下,柱子可以通过增设刚性系杆,梁可以通过增加隅撑的数量等措施加固。
(3)在轻钢结构中,支撑体系是保证结构整体刚度的重要组成部分,它不仅对抵制水平荷载和抗地震有利,而且会直接影响结构的正常使用。因此,在施工中不能随意更改柱间支撑的布置,当确有困难时,应设置纵向刚架。
(4)根据规范可知,在檩条、墙架处设置隅撑可以作为梁、柱的侧向支撑点,应该注意的是,檩条和墙架应具有一定的刚度。
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