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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