门式钢架钢结构厂房加固设计

1、    门式钢架钢结构厂房加固设计    于德顺 王峥强提要:门式刚架轻型房屋钢结构的受力模型与实际受力情况比较接近，因而能够在设计 中充分利用材料的承载特性，同时其安全储备相对较低，如果在使用过程中外部荷载或作用发生变化，则钢架很容易处于不安全状态而必须进行加固。关键词：门式刚架；钢结构；加固设计abstract: the door frame of light steel structure housing the stress of the model and the actual stress close to, and thus be able

2、 to make full use of the materials in the design of the load carrying characteristics, and its security reserve relatively low, if in use process by external load or role change, the steel is very easy to is in not safe state and must be reinforced.key words: the door frame; steel structure; reinfor

3、cement design：s611 ：a 随着近些年我国经济发展，门式刚架钢结构厂房在我国使用越来越广泛。这种结构厂房有突出的优点，施口速度快，用钢量较少（单位面积）、造价相对较低，受力情况与计算模型较接近，在设计中能充分利用钢材的物理性能，但安全储备较低，如果在使用过程中，出现超载或支撑杆件有缺欠时结构变形较大，可能超过规范规定的限值，同时工作应力也可能超过钢材的强度设计值，在此情况下，为了保证安全使用，需经加固处理才能达到使用要求，而且工程费用相对较低。下面结合一个工程实例，介绍对钢架加固的方法。1 工程的基本情况葫芦岛工业区“h”型钢构件厂，采用轻钢结构厂房，厂房沿纵向分为两部分，一部

4、分有夹层，下部为生产车间，上部为办公用房；另一部分为生产车间。平面立面见图1、图2。厂房占地：54mx120m，由14榀27m×2跨门式刚架组成。每两榀刚架间距9m、10m不等，厂房檐高8m，屋顶标高9.2m，厂房其中的一跨带夹层。该工程不设吊车。柱与梁截面采用焊接工字钢。下层夹层柱出于装修方便采用箱形截面，钢材采用q235。该工程屋面的设计活荷载为0.4kn/m2，恒荷载为0.4kn/m2，雪荷载0.4kn/m2，楼面恒荷载3.5kn/m2，活荷载2.0kn/m2。葫芦岛地区基本风压0.6kn/m2，按6度抗震设防。图1所示为结构平面，根据以上计算条件，采用pkpm进行计算，计算模

5、型以平面结构10m柱距的单榀刚架为准。荷载组合为：（1）1.2恒0.85×1.4（活+风）； （2）1.2恒+1.4活（3）1.2恒+1.4活；（4）1.2恒+1.3地震实际计算表明，结构受第一种荷载组合控制，根据上述的设计要求，取10m柱距钢架为控制计算，计算出的截面结果见表1从图2可以看出，刚架的最大应力为291.4mpa该工程在2006年8月建成，在竣工验收中发现：（1）由于实际使用的需要，建设单位擅自改变原设计厂房用途，将原设计h型钢构件生产厂房改为冶炼综合利用厂房，将水管线、汽管线、电缆等吊挂到纵向刚架顶端。该段刚架上新增加荷载6.0kn/m，相当于增加该段梁上集中荷载恒荷

6、载1.2×6.0×l，其中l相当于两榀刚架中线的间距，这样做，严重超出设计条件。在验算中发现，大多数梁的应力和变形仍在规范许可范围内，但10 m柱距的刚架应力超出设计值。这时验算结果如表2所列。从表2可以看出，梁的强度已严重不能满足安全要求。但是刚度尚可。所以必须对它进行强度加固。（2）建设单位为了办公层美观，在办公室装饰时，将三个柱间支撑杆件断面改小，并取消了连接的节点板，引起夹层所有装饰面板开裂，连洗手间墙面也出现大量的垂直、或斜向裂缝。考虑到结构发生这种情况完全是由于荷载增加所致，而不是由于设计错误或施工质量问题，并且发生问题的范围很小，为了节约资金，决定对该项工程进

7、行加固处理。2 工程加固设计2.1加固方法的选择常见的加固方法有以下几种：1、改变结构的计算模型（计算图形），或者缩小梁的有效跨度。2、加大构件截面；3、连接节点加固；4、改变荷载的传递路径或卸载，减少原杆件受力，从而减小杆件变形。2.2加固方案本工程是由于使用荷载大于设计值，同时部分支撑杆件减弱，造成部分刚架实际应力超过钢材的设计强度，同时也造成了较大变形。由于增大了使用荷载所引起的应力过大，又无法改变荷载传递路径情况下，可以考虑增大截面法加以解决。但由于此时已处于试生产状态，特别是10m柱距下边是变电室，变电设备处于工作状态，不许停电。这样上部结构不允许动火（包括电焊焊接和火焰切孔）。而工

8、作面（在吊顶以上部分）只有0.9m，所以选择采用粘钢板和螺栓相结合的方法进行加固。对于工字钢采取增大截面进行加固，一般情况下都是加大上下翼缘，这样可以最大限度地降低原构件的应力，充分发挥加固钢材的作用，通常采用下两种方法，如图3这三种方式各有优缺点，图3a加固法施工方便，但要求翼缘上下不能有别的构件与之相连。图3b不会增加梁高，由于本工程加固时屋面已铺装完毕，而且加固工期短，不可能把屋面板拆下来，因而本工程最后采用图c加固方式，优点是既能加高梁高度，又对屋面不破坏。加固采用的建筑结构胶的剪切强度为30kn/mm2，设计中考虑其耐久性，取3.0 kn/mm2，据此设计两侧粘钢距离为2m。由于建设

9、单位私自改变厂房的使用用途，部分柱间支撑减弱，导致刚架整体变形过大，则必须将柱间支撑按原设计恢复，但可变换一种较为美观的形式。2.3加固计算（1）卸荷下的补强加固在原位置上将构件完全卸载或采用临时支承结构承担后增加的荷载，进行补强加固，构件的承载能力按补强加固后的截面进行计算。其计算方法与新结构计算方法相同。（2）负荷状态下补强或加固应先根据加固时的实际荷载值，按强度和稳定性验算原结构承载力，通常当承载能力富裕20%以上时，才允许在负荷状态下进行加固，加固方法如下 ：k f式中s考虑荷载分项系数后的荷载效应；w加固后构件的截面几何特性；加固后按整个截面计算的构件稳定系数，当强度计算时=1f钢材

10、的强度设计值；k加固拆减系数，其值取0.9.i后=i原+(i加固+ s加固×b2)式中i后加固后截面惯性矩；i原加固前截面惯性矩；i加固加固钢板本身的截面惯性矩s加固钢板的截面面积b加固截面到原结构面积质心的距离。最后使用这种加固后截面几何参数重新计算截面的承载力。需要注意的是，对于加固后的结构应满足规范规定的安全储备。对于本工程，从表2可知，只需要将靠近中柱的2m段梁采用图3b的方法上下各粘贴一定厚度的钢板，采用上面介绍的方法计算即可。本工程最后采用10mm厚的钢板，加固后计算结果见表3这三种方式各有优缺点，图3a加固法施工方便，但要求翼缘上下不能有别的构件与之相连。图3b不会增加

11、梁高，由于本工程加固时屋面已铺装完毕，而且加固工期短，不可能把屋面板拆下来，因而本工程最后采用图c加固方式，优点是既能加高梁高度，又对屋面不破坏。加固采用的建筑结构胶的剪切强度为30kn/mm2，设计中考虑其耐久性，取3.0 kn/mm2，据此设计两侧粘钢距离为2m。由于建设单位私自改变厂房的使用用途，部分柱间支撑减弱，导致刚架整体变形过大，则必须将柱间支撑按原设计恢复，但可变换一种较为美观的形式。2.3加固计算（1）卸荷下的补强加固在原位置上将构件完全卸载或采用临时支承结构承担后增加的荷载，进行补强加固，构件的承载能力按补强加固后的截面进行计算。其计算方法与新结构计算方法相同。（2）负荷状态下补强或加固应先根据加固时的实际荷载值，按强度和稳定性验算原结构承载力，通常当承载能力富裕20%以上时，才允许在负荷状态下进行加固，加固方法如下 ：k f式中s考虑荷载分项系数后的荷载效应；w加固后构件的截面几何特性；加固后按整个截面计算的构件稳定系数，当强度计算时=1f钢材的强度设计值；k加固拆减系数，其值取0.9.i后=i原+(i加固+ s加固×b2)式中i后加固后截面惯性矩；i原加固前截面惯性矩；i加固加固钢板本身的截面惯性矩s加固钢板的截面面积b加固截面