門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)廠房的加固設(shè)計(jì)

現(xiàn)階段，我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，工業(yè)化建設(shè)發(fā)展速度極快，多數(shù)廠房為臨建項(xiàng)目，選擇造價(jià)低、施工簡(jiǎn)便、移動(dòng)性良好的廠房是工業(yè)建設(shè)的首選。輕鋼結(jié)構(gòu)廠房符合上述廠房特點(diǎn)，因此，受到很多建設(shè)工程的偏愛。但是，在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)大環(huán)境中，施工單位為追求利益最大化，通常滿負(fù)荷設(shè)計(jì)輕鋼廠房，一旦廠房受到超負(fù)荷壓力時(shí)，極可能引發(fā)安全事故，因此，對(duì)輕鋼廠房進(jìn)行加固處理十分重要。

1 工程實(shí)例

某工業(yè)項(xiàng)目是一個(gè)預(yù)建設(shè)面積為10760m2、高度為13.4m的工業(yè)廠房，選用輕鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行建設(shè)，采用單層多跨式雙坡工藝對(duì)輕鋼進(jìn)行焊接操作，以門式鋼架作為負(fù)荷承載截面，截面面積為10584m2，共有八根支柱，支柱之間距離為9m，7個(gè)跨度，跨距均為21m。該輕鋼結(jié)構(gòu)廠房在遭受一場(chǎng)雪災(zāi)后，廠房結(jié)構(gòu)部分破損，尤其以承載負(fù)荷的部位損壞最為嚴(yán)重。圖1可見M點(diǎn)和D點(diǎn)之間房屋受損嚴(yán)重，M點(diǎn)和L點(diǎn)之間17到20跨、M點(diǎn)和L點(diǎn)之間、E點(diǎn)和D點(diǎn)之間22到23跨廠房頂部出現(xiàn)坍塌。

圖1 平面效果圖

結(jié)合輕鋼廠房實(shí)際受損現(xiàn)象進(jìn)行分析，廠房檁條處的承受符合能力較弱，所受壓力超過一定限值會(huì)造成檁條彎曲受損。鋼柱上部結(jié)構(gòu)破損嚴(yán)重，墻壁向側(cè)彎曲明顯。受雪災(zāi)后的廠房部分結(jié)構(gòu)變形嚴(yán)重，一部分是由于積雪壓力所致變形，另一部分結(jié)構(gòu)形變是由于廠房基礎(chǔ)不均勻沉降引起的結(jié)果變形。

2 加固設(shè)計(jì)原則

(1)積雪引起的壓強(qiáng)取0.50kN/m2，由于大風(fēng)造成的壓強(qiáng)取0.50kN/m2;(2)恒荷載數(shù)值應(yīng)以廠房實(shí)際工作情況確定;(3)屋頂積雪分布系數(shù)按照設(shè)計(jì)規(guī)范中給出的系數(shù)適當(dāng)提高，以項(xiàng)目所在地的積雪分布荷載為基礎(chǔ)，該項(xiàng)目取2～4，承重鋼件的重要性系數(shù)取1.1;(4)計(jì)算檁條過程中，積雪荷載取值可參照本次雪災(zāi)的積雪分布規(guī)律進(jìn)行計(jì)算;(5)未受損的部件和各部件連接處也可能受損，加固設(shè)計(jì)中也應(yīng)考慮這部分因素;(6)加固方案應(yīng)保證實(shí)際工作方便，可操作，減少加固工程對(duì)正常生產(chǎn)運(yùn)行的影響;(7)加固過程中應(yīng)保證生產(chǎn)安全、方案合理可行;(8)根據(jù)實(shí)際情況，可將修復(fù)、加固工作分階段實(shí)施操作。

3 鋼架加固

3.1 加固設(shè)計(jì)方案

按照上述工程實(shí)例情況，基于目前加固設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和操作規(guī)范，結(jié)合事故檢測(cè)報(bào)告中提及的問題進(jìn)行分析，本文設(shè)計(jì)了2種鋼架加固方案，進(jìn)行篩選。

方案一:通常廠房荷載計(jì)算只選取恒荷載，一般為50年最大風(fēng)雪荷載量進(jìn)行計(jì)算。這種方案計(jì)算所得的輕鋼廠房強(qiáng)度并不能滿足實(shí)際工作需求，也不能達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。為解決上述問題，本方案對(duì)承重梁進(jìn)行加腋處理，以緩解焊接重量，柱翼緣選擇對(duì)稱焊接，以提高承載能力。該方案所需焊接工作量大，對(duì)生產(chǎn)過程的影響也大。

方案二:對(duì)上述工程實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析可知，廠房懸掛荷載較低，鋼架所承受恒荷載為0.3kpa。按照上述數(shù)據(jù)可知，輕鋼廠房外部構(gòu)件穩(wěn)定性不達(dá)標(biāo)，在柱翼緣處加入剛性系桿，以緩解這一問題。該加固方案工作量較少，對(duì)廠房?jī)?nèi)部設(shè)備生產(chǎn)運(yùn)行影響也小。對(duì)廠房實(shí)際工作情況進(jìn)行分析，在廠房運(yùn)行過程中不能有灰塵產(chǎn)生，兩種方案進(jìn)行對(duì)比分析，選取方案二進(jìn)行加固處理。

3.2 荷載取值范圍

在計(jì)算過程中確定荷載取值范圍，選擇輕鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以按照相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范選取合理數(shù)值。通常情況，雪壓、風(fēng)壓選取50年內(nèi)最大值，本工程分別選取0.5kpa和0.55kpa;恒荷載量取0.3kpa，懸掛荷載量取0.1kpa;房屋自重計(jì)算得 0.2kpa。

按照上述荷載取值范圍進(jìn)行核算，該數(shù)值是按照單向剛接計(jì)算所得，而實(shí)際工作中是雙向剛接，應(yīng)對(duì)上述數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。根據(jù)上述數(shù)據(jù)可見，輕鋼結(jié)構(gòu)中主要存在超負(fù)荷工作現(xiàn)象，大部分鋼架外部穩(wěn)定應(yīng)力超過承受限值。經(jīng)分析可知，保證鋼架柱穩(wěn)定應(yīng)力不超過1，面部長(zhǎng)度應(yīng)取5.5米進(jìn)行計(jì)算。此外，鋼架梁所承受的應(yīng)力也超極限運(yùn)行，要保證穩(wěn)定性達(dá)標(biāo)，面外長(zhǎng)度應(yīng)取3米進(jìn)行計(jì)算。

3.3 剛架結(jié)構(gòu)的加固

如圖2所示，剛架結(jié)果加固處理即在柱間設(shè)置剛性系桿，以降低軸面外部的長(zhǎng)度，設(shè)計(jì)規(guī)范中規(guī)定，面積應(yīng)小于5.5m2，該工程計(jì)算0.9m×5.85m=5.25m2，符合規(guī)范條件。

圖2 柱間剛性系桿

4 維護(hù)結(jié)構(gòu)的加固設(shè)計(jì)

4.1 檁條的加固設(shè)計(jì)

在對(duì)檁條進(jìn)行加固設(shè)計(jì)中，應(yīng)首先確定檀條部分的荷載數(shù)值。參考本次雪災(zāi)積雪分布規(guī)律進(jìn)行計(jì)算。在進(jìn)行加固處理時(shí)，應(yīng)輕輕揭開廠房外頂板，為確保廠房能夠正常運(yùn)行，廠房?jī)?nèi)部環(huán)境不受影響，應(yīng)將廠房?jī)?nèi)頂板留于廠房頂部，為緩解承載應(yīng)力作用，應(yīng)增加檁條數(shù)量。檁條加固設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)結(jié)合實(shí)際積雪荷載量和分布范圍，選擇最為經(jīng)濟(jì)合理的檁條位置和數(shù)量進(jìn)行加固設(shè)計(jì)。積雪較少的位置處檁條可以不改變布設(shè)位置，在原檁條位置加設(shè)2.5毫米厚的C狀檀條;在積雪符合較大的區(qū)域，在原檁條處加設(shè)3毫米厚的C狀檀條，加設(shè)的C狀檀條高度應(yīng)與原檀條保持一致;在積雪最嚴(yán)重的區(qū)域，可利用25a熱軋槽或者H型鋼檁條焊接到原檀條位置，對(duì)受損部位進(jìn)行焊接修復(fù)處理，以加強(qiáng)原檁條的承載能力。

4.2 其他結(jié)構(gòu)的加固設(shè)計(jì)

屋面支撐材料的加固應(yīng)遵循設(shè)計(jì)規(guī)范中規(guī)定的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，加設(shè)剛性系桿以提高屋面整體的承載能力，同時(shí)，設(shè)計(jì)者還應(yīng)考慮實(shí)際加固施工的可操作性，選取最方便可行的設(shè)計(jì)方案。墻梁加固設(shè)計(jì)中，可在需要加固的墻梁部位增設(shè)一道墻。懸掛梁加固時(shí)應(yīng)在連接處加設(shè)剛性系桿，以增強(qiáng)梁的承載力。雨篷加固，可將槽鋼焊接在橫梁上，增大衡量的抗扭強(qiáng)度。

5 結(jié)束語

輕鋼結(jié)構(gòu)廠房質(zhì)量輕便，施工程序簡(jiǎn)單，在實(shí)際建設(shè)中有很大優(yōu)勢(shì)，但在后期運(yùn)行過程中，因輕鋼廠房承載力較差，在遭遇雨雪天氣時(shí)，很可能造成不同程度的損壞，因此，對(duì)于輕鋼結(jié)構(gòu)廠房各部位加固工作尤為重要。在加固設(shè)計(jì)中，要考慮廠房需加固的部位結(jié)構(gòu)以及施工實(shí)際條件，按照廠房所在環(huán)境的實(shí)際情況，選擇合理的加固設(shè)計(jì)方案，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的設(shè)計(jì)原則和要求進(jìn)行加固設(shè)計(jì)。在加固設(shè)計(jì)過程中，還應(yīng)盡量減少焊接、粘結(jié)等方式的用量，降低加固成本。在加固施工過程中，應(yīng)結(jié)合廠房實(shí)際情況，本文工程實(shí)例中的廠房?jī)?nèi)部環(huán)境不能產(chǎn)生灰塵，同時(shí)應(yīng)保證廠房?jī)?nèi)空氣的清潔。按照方案二進(jìn)行加固處理后的廠房，再次遭遇雪災(zāi)，屋頂和墻面沒有出現(xiàn)坍塌情況，可見加固方案二作用顯著。