玻璃厂门式刚架轻型钢结构厂房的加固.pdf

国外建材科技 2008 年第 29 卷第 4 期玻璃厂门式刚架轻型钢结构厂房的加固刘玉峰(中国建材国际工程有限公司,蚌埠 233018)摘 要:门式刚架轻型 钢结构厂房的受力 模型同 实际情况 比较吻合,因此能够在设计 中充分利用 钢材的受力特性,具有非常经济合理的效果但同时其安全 储备相对 较低,如果在施工 阶段出 现较大的 质量问 题或在 使用中 外部荷载和作用发生变化,则刚架就易处于不安全的状态而必须进行 加固才能保 证安全使用该文通过 2 个工程实 例讨论门式刚架厂房加 固常用的方法关键词:门式刚架;钢结构;加固(China Triumph International Engineering Co,Ltd,Bengbu 233018,China)The bearing model of portal frame light steel structure wor kshop building is relatively consistent with the realsituation,therefore,it has much reasonable economic effect if it is possibleto make sufficient use of steel bearing characteristics during the design,but at the same time its safety margin is relatively low.If serious quality problem appears during construction stage or external load&function change during its usage,the frame is liableto unsafe condition,so that it has to bestrengthened for the safety purpose.The paper discusses the normal method for strengt hening of portal frame workshopbuilding through 2 engineering examples.portal frame;steel structure;streng thening 近几十年随着我国建筑业的蓬勃发展,建筑钢结构技术有了极大的进步。

其中门式刚架因其结构简单、受力明确、施工方便、造价低廉、工期短等特点在玻璃厂中得到了广泛的应用由于门式刚架的工作计算模型与实际情况吻合较好,因此在设计中能够充分利用钢材的受力特性,具有非常好的经济效果但同时其安全储备相对较低,如果在施工阶段出现较大的质量问题或在使用中外部荷载和作用发生变化,则刚架就易处于不安全的状态或是局部构件的承载力不满足,或是厂房整体刚度不满足,必须进行加固才能保证安全使用在工程建设中出现比较大的质量问题直接危害到建筑物的安全性的情况时有发生,而且建设单位也会随着其生产状态的改变要求改变建筑物的使用状态,这些都要求对所建设或使用的门式刚架进行加固处理因此对其加固方法进行讨论和总结具有很强的实用价值本文中就结合笔者所设计的 2个工程项目对门式刚架的加固进行探讨工程实例一.工程概况该工程是 2005 年 5 月为印尼一家公司设计的工厂,该项目主体工程结构形式见图 1由图 1 可见,下部为混凝土框架结构,上部为钢结构,屋架的跨中设有 1 台 5 t 的悬挂吊车结构设计是完全按中国规范进行的,钢结构主体采用了Q345B 级钢材,其余次要的钢结构构件都采用Q235B 级钢由于跨度比较大,有吊车结构对位移97国外建材科技 缝连接加固的形式。

2008 年第 29 卷第 4 期图 1要求限制严格,所以钢结构柱脚采 用了刚接方式考虑到印尼降雨量很大,同时也为了减轻钢梁的竖向挠度,以保证吊车的正常使用,屋面的坡度按印尼习惯取为 15该工程于 2005 年年底开始施工,施工方为韩国人在印尼开的一家建筑公司2006 年年中应印尼建设方的要求到施 工现场提供技 术支持到了现场经过调查发现,施工方采用的钢材为美国标准 A36 钢该等级 的钢材的 屈服点为 245N/mm 左右,仅和我 国的 Q235 级钢材是一个等级这和笔者当初的设计存在着巨大的差异,由于施工方在未进行材料核实的情况下擅自用达不到设计要求的材料进行了钢结构的制作,给工程带来了极大的安全隐患最后在几方的共同协商下,甲方同意施工方对已经制作好的钢结构进行合理的加固后继续使用加固情况该工程在设计中屋架钢梁受挠度的限制,其截面比较大,应力应用的不充分,具有较大的富裕度对荷载进行了细算,基本按工作的实际情况取值,荷载分项系数不变,经过验算用 A36 级钢刚好能满足要求,基本不需要进行加固但是对于钢柱来说,在设计时应力应用的很高,达到了270 290 N/mm,对于这部分使用A36钢远远达不到设计要求。

必须进行加固悬挂吊车梁设计时就是选用的 Q235 钢工字钢,此部分未受影响,由于问题发现的比较早,钢结构还未进行安装,因此加固起来相对方便一些对于本工程钢柱要采用增大截面的方法来减小应力钢结构增加截面加固采 用的传统方法 主要有:焊缝连接加固,摩擦型高强螺栓连接,焊缝和高强螺栓混和连接加固新兴的方法有建筑结构胶粘钢板法,经过对照比较高强螺栓连接和混合连接,因为要在柱翼缘上开螺栓孔,对构件截面有所消弱;粘钢法虽然方便快捷但由于受弯构件中胶体的协同变形能力不太好,其耐火性耐热性都不好,加之胶体耐久性也达不到设计年限的要求由于本工程跨度比较大,又有 5 吨吊车,慎重起见采用了最常用的焊9822图 2增大柱子截面可以在翼缘外侧用焊缝贴钢板也可以像图 3 中那样增加型钢来加强考虑到檩托板已经焊接就位,如果再清除掉打磨贴钢板的话费工费时虽然 B 型截面不像 A 型截面那样截面扩展,利用率高但是 A 型存在局部失稳的问题,必须添加很多加劲板实际操作起来比 B 型要麻烦很多因此最终定采用图 3中 B 型截面进行加固图 3经过修改计算模型重新计算之后,考虑到尽量减少刚架柱脚内力的变化,减小对下部结构的影响。

最后像图 2 所示那样,在中间系杆以上的部分进行加固,经过计算钢柱应力调整为 190 200 N/mm2,同时对焊缝的连 接也进行了验 算,基本满 足要求梁柱连接节点内力随柱子刚度的增加有所增大,对该节点像图 4 中示意的那样把节点外侧几排高强螺栓加大一级以满足受力要求最后比较经济合理的解决了柱子加固的问题图 4国外建材科技 工程实例二.工程概况工程二是 2002 年为一家工厂设计的小型厂房结构形式为下端铰接的门式刚架,初始设计吊车为三吨悬挂吊车钢材使用 Q235B 级钢一 次设计中经过优化钢梁、钢柱、以及位移均控制的接近规范限值经过几年的生产使用,2006 年年初甲方想扩大生产规模,决定将 3 t 的悬挂吊车改换为 5 t 的悬挂吊厂房仍考虑利用原有厂房加固后继续使用加固情况由于钢梁,钢柱均用变截面,若采用加大截面的方式困难比较多最后决定如图 5 所示在梁柱连接的角部区域以不影响吊车使用为前提增设斜撑,形成一个刚性区域,来减小钢柱和钢梁在平面内的计算长度同时增设!使钢柱应力变化变缓,而且能够进一步加强刚架在平面内的刚度来减小柱顶的位移经过计算梁柱应力以及柱顶位移均满足安全使用的要求屋面的水平支撑和柱间支撑也均进行了加强以抵抗由于吊重增大而加大的水平荷载。

该厂房加固后经过几个月的使用未发现有何异常以后还要继续观察,不过可以初步判定收到了不错的效果2008 年第 29 卷第 4 期长度不足,杆件切口过长,使截面削弱过多等等2)结构经长期使用,出现不同程度的锈蚀、磨损以及操作不正常等,造成结构缺陷,使结构构件截面严重削弱3)工艺生产条件变化,使结构上荷载增加,原有结构不能适应4)使用的钢材质量不符合要求5)意外、自然灾害对结构损伤严重6)由于地基基础下沉,引起结构的变形和损伤加固原则结构或构件加固是一项复杂的工作,要考虑的因素很多加固方法应从施工方便、不影响生产、经济合理、效果好等方面来选择,一般原则如下:1)加固应尽可能做到不停产或少停产,因停产的损失往往是加固费用的几倍或几十倍能否在负荷下不停产加固,取决于结构的应力应变状态一般构件的内应力小于钢材设计强度的 80%,且构件损坏变形等不是太严重时,可采用负荷不停产加固方法2)结构加固方案要便于制作、施工、检查3)结构制造组装应尽量在生产区外进行4)连接加固应尽可能采用高强螺栓或焊接采用高强螺栓加固时,应验算钻孔截面削弱后的承载能力;采用焊接加固时,实际荷载产生的原有杆件应力最好在钢材设 计强度 60%以下,极限不得 超过80%,否则应采取相应的措施才能施焊。

确定加固方案前应搜集下列资料:1)原有结构的竣工图(包括更改 图)及验收记录2)原有钢材材质报告复印件或现场材质检验报告3)原有结构构件制作、安装验收记录4)原有结构设计计算书5)结构或构件破损情况检查报告6)现有实际荷载和加固后新增加荷载的数据图 5.加固方法加固的主要方法有:减轻荷载、改变计算图形、加大原结构构件截面和连接强度、阻止裂纹扩展等当有成熟经验时,也可采用其他的加固方法经鉴定需要加固的钢结构,根据损害范围一般分为局部加固和全面加固局部加固是对某承载能力不足的杆件或连接节点处进行加固,有增加杆件截面法、减小杆件自由长度法和连接节点加固法全面加固是对整体结构进行加固,有不改变结构静力计算图形99心得和体会笔者所列的两例轻型门式刚架的加固情况比较简单,不过需要考虑的内容却也不少,总的来说我对所涉及到的内容以及个人体会如下,希望能够得到大家的批评和指正常见的需加固补强的主要原因1)由于设计或施工中造成钢结构缺陷,如焊缝国外建材科技 加固法和改变结构静力计算图形加固法两类增加或加强支承体系,也是对结构体系加固的有效方法3.4.1改变结构计算图形加固法改变结构计算图形加固法是指采用改变荷载分布状况、传力途径、节点性质和边界条件,增设附加杆件和支撑、施加预应力、考虑空间协同工作等措施对结构进行加固的方法。

此方法有效且多种多样,其费用也大大下降改变结构计算图形的加固过程,除应对被加固结构承载能力和正常使用极限状态进行计算外,尚应注意对相关结构构件承载能 力和使用功能 的影响,考虑在结构、构件、节点以及支座中的内力重分布,对结构(包括基础)进行必要的补充验算,并采用切实可行的合理构造措施采用改变结构计算图形的加固方法,设计与施 工应紧密配合,未经设 计允许,不得擅自修改设计规定的施工方法和程序采用调整内力的方法加固结构时,应在加固设计中规定调整内力(应力)或规定位移(应变)的数值和允许偏差及检测位置和检验方法改变结构计算图形加固法通常采用的具体措施如下:1)增加结构或构件的刚度(1)增加支撑以加强结构空间刚度,采用按空间结构进行验算,挖掘结构潜力2)加设支撑以增加刚度,或调整结构的自振频率,增强结构的抗震性能,并改善结构的动力特性3)增设支撑或辅 助杆件,以减少构件的 长细比,提高构件的稳定性4)重点加强某一构件的刚度,以承受更多的内力,从而减轻其他构件的内力2)改变构件的截面内力(受弯为主的构件)(1)改变荷重的分布情况如将一个集中荷重分为多个集中荷重2)变更端部的连接如将铰接变为刚接3)增加中间支座或将简支结构端部连接使之成为连续结构。

4)调整连续结构的支座位置5)将构件变为撑杆式结构6)施加预应力3.4.2加大构件截面加固法采用加大截面加固钢构件时,所选截面形式应有利于加固技术要求并考虑有缺陷和损伤的状况加固构件受力分析计算简图,应反映结构的实际条件,考虑损伤及加固引起的不利变形、加固期间及前后作用在。