門式剛架超載失效分析及加固方案

摘要：為追求經濟效益，門式剛架輕鋼結構常采用滿應力設計，對材料承載特性的充分利用使得結構的安全儲備偏低，因此荷載的增加易導致原結構失效。本文結合一工程實例，對門式剛架超載失效進行分析并給出加固方案。

關鍵詞：輕鋼結構 門式剛架 加固設計

一、工程概況

陜西省安康市某超市采用輕型門式剛架結構，其平面尺寸29.65m×35.7m，柱頂標高8.7m，建筑總高度17.66m，屋面坡度30°。剛架跨度29.65m，柱距從4m至6.2m不等，梁柱均采用實腹式焊接H形截面，構件均采用Q235鋼，構件尺寸見表1。

結構屋面設計恒載0.59kN/㎡，活荷載0.5 kN/㎡，墻面恒載0.91 kN/㎡，基本風壓0.35 kN/㎡，抗震設防烈度8度，分組為第一組，場地類別Ⅱ類。建設時甲方為立面美觀，在屋面掛瓦，使屋面恒載增至為1.08 kN/㎡。導致剛架變形過大，柱最大側移50mm。

表1 構件尺寸

二、加固設計

（一）實際荷載作用下的受力分析

取最大柱距一榀剛架按平面結構建模，計算簡圖如圖1。驗算實際荷載作用下剛架內力及變形，考慮下面四種最不利組合：

1.2恒載+1.4活載； 1.35恒載+1.4×0.7活載+1.4×0.6風載；1.2恒載+1.4×0.7活載+1.4×1.0風載；1.2×1.0風載+1.2×0.5活載+1.3×1.0水平地震。

由于地震作用及風載不起控制作用，故忽略不計。屋面活載根據具體情況取0.25 kN/㎡，屋面恒載取增大后的恒載1.08 kN/㎡，墻面恒載取0.91 kN/㎡。按圖1建模計算結構在實際荷載作用下結果如表2。

表2 實際荷載作用下計算結果

從表2可知：梁柱都已經發生了較大的不可恢復的變形；剛架柱、變截面梁段平面外失穩且剛度不足。

三、加固方案及加固后的校核驗算

考慮到結構穩定應力超過鋼材的設計強度值，且結構變形較大。為縮短工期節約資金，對結構進行加固處理。鑒于加固方案應能使柱的側向變形和梁的豎向變形得到控制并恢復，梁平面外的應力需降低，確定如下加固方案：

（1）先拆除屋面的掛瓦，對屋面進行卸荷。

（2）設臨時支柱并安裝千斤頂將屋脊節點頂起至柱恢復到原位，然后在梁柱交接處設橫向剛性拉桿（截面ф32）。

（3）在剛架梁增設四道水平系桿XG-2（截面50*5等肢角鋼T形截面），以改善剛架梁平面外的穩定性。

加固后結果見表3。加固后梁柱的強度、平面內和平面外穩定及剛度均滿足要求，且梁柱的變形明顯減小。

表3 加固后計算結果

四、結論

（1）表2的結果表明該結構設計時安全儲備較低，在荷載稍增大后，主剛架的應力超限，且結構整體變形過大。

（2）當驗算不滿足規范時，要進行加固設計。該結構只存在梁柱不同程度的平面外應力比超限，卸荷并設拉桿后柱的應力滿足要求，設側向支撐后梁的應力滿足要求。

（3）本工程主剛架加固總用鋼量2759㎏，取得良好的經濟效益，且該加固方案施工方便，計算簡便。

參考文獻：

[1]廖新軍，王元清，石永久.門式剛架輕型房屋鋼結構廠房的加固設計[J].工業建筑，2001年第31卷第8期

[2]CECS102:98 門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程[s].

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