一種采用嵌套L型檁條將簡(jiǎn)支C型檁條加固為連續(xù)檁條方法的分析研究

文/王彥召 江蘇環(huán)保產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院股份公司 江蘇南京 210000

1、前言

隨著我國(guó)輕型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)的迅猛發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)建筑由于其自重輕、造價(jià)低、工期快、節(jié)能環(huán)保、工業(yè)化程度高等諸多優(yōu)點(diǎn)，已深入到各個(gè)建筑領(lǐng)域，其可適用于大跨度工業(yè)廠房、倉(cāng)儲(chǔ)庫(kù)房、體育館、飛機(jī)場(chǎng)、客運(yùn)站、民用住宅等。目前，在既有屋頂新增光伏、空調(diào)等項(xiàng)目越來越多，許多屋頂采用簡(jiǎn)支C 型檁條，承載能力有限，很難滿足新項(xiàng)目的承載要求。直接加大檁條截面或加密檁條等方法因涉及到拆除及恢復(fù)屋頂?shù)龋庸坛杀緲O其高昂，導(dǎo)致許多新增屋頂分布式光伏等項(xiàng)目難以實(shí)施。隨著新規(guī)范《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范GB51022-2015》的實(shí)施，在不增加新荷載的情況下，原有許多檁條已不滿足新規(guī)范的承載力要求，存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)。因此急需一種簡(jiǎn)單可行且成本低廉的加固方法來解決檁條強(qiáng)度不足的問題。而C 型連續(xù)檁條的用鋼量指標(biāo)較低，方便施工，承載力強(qiáng)，應(yīng)予推廣[1]。筆者通過理論與實(shí)際經(jīng)驗(yàn)結(jié)合，提出一種采用嵌套L 檁條將簡(jiǎn)支C 型檁條加固為連續(xù)檁條的方法，本文嘗試通過對(duì)比研究和理論分析，對(duì)該方法的可靠性和可行性進(jìn)行充分論證。

2、現(xiàn)有C 型簡(jiǎn)支檁條加固為連續(xù)檁條方法分析

《新鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)》[2]中卷邊C 型檁條可采用不同型號(hào)的卷邊C 型鋼套置搭接。搭接長(zhǎng)度2a 及其連接螺栓直徑應(yīng)根據(jù)連續(xù)梁中間支座處的彎矩確定。手冊(cè)中采用將搭接段嵌套在C 型檁條內(nèi)的內(nèi)置方法。

進(jìn)一步的《C 型連續(xù)檁條的可行性研究》[1]，作者詳細(xì)研究了C 型簡(jiǎn)支檁條改變?yōu)檫B續(xù)檁條的可行性，論文中采用整段C 型檁條嵌套搭接的方法，經(jīng)過試驗(yàn)驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)C 型連續(xù)檁條較簡(jiǎn)支檁條跨中彎矩明顯減少，減少幅度約30%，說明搭接模型與實(shí)際工作情況是接近一致的，建立的搭接模型是可靠的。試驗(yàn)中采用將搭接檁條包套在C 型檁條外的外置方法。

對(duì)于新建廠房，此兩種方法都無可厚非。但對(duì)于已建廠房，檁條和彩鋼瓦已經(jīng)通過螺栓等連接件安裝就位，檁條在屋頂處于高位，原先施工時(shí)的腳手架早已拆除。假如采用外套搭接，必須將彩鋼瓦掀開，且原有檁條須移動(dòng)至少一個(gè)翼緣寬度的距離，將外套檁條放置就位后再將原有檁條復(fù)位。該方法的施工難度大且成本高昂，對(duì)已建廠房幾乎沒有可操作性，不建議推廣。假如采用內(nèi)嵌搭接，因檁條翼緣有彎折段，搭接檁條如要塞入原有檁條內(nèi)部，勢(shì)必比原有檁條截面小很多，兩個(gè)翼緣必有一個(gè)不能與原有檁條互相貼合，而如采用規(guī)范中上下翼緣完全貼合的形式，施工時(shí)不拆除原有檁條和彩鋼瓦是塞不進(jìn)去的，此種方法對(duì)已建廠房也幾乎沒有實(shí)際可操作性，不建議推廣。

以上兩種方法所用搭接檁條是非標(biāo)的，生產(chǎn)需另外開模，而搭接段因尺寸較短，只約有原有檁條長(zhǎng)度的10%，極大提高了實(shí)際造價(jià)，無太大實(shí)用價(jià)值。

3、采用嵌套L 型檁條將簡(jiǎn)支C 型檁條加固為連續(xù)檁條方法

3.1 方法介紹

專利：ZL2017 2 1453802.3，通過在簡(jiǎn)支C 型檁條支座附近附加兩根類L 型檁條，使檁條受力形態(tài)由簡(jiǎn)支C 型檁條變?yōu)檫B續(xù)檁條，以提高檁條承載能力，從而達(dá)到加固檁條的目的。具體方案如下圖：

圖3.1 嵌套雙L 型檁條加固方法示意圖

加強(qiáng)件均由成品C 型檁條切割而成，或直接采用冷彎技術(shù)制作而成，施工時(shí)不需要拆除屋頂，不需要移動(dòng)原有檁條，只需將原有檁條支座處螺母松開，將兩根L 型檁條依次上下嵌套進(jìn)原有檁條，然后在搭接端頭和支座處用螺栓固定即可。

該方法與行業(yè)內(nèi)現(xiàn)有的加固方法（如加密、更換檁條等）相比，具有不需要拆除屋頂、施工簡(jiǎn)易、周期短、費(fèi)用小、可靠性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，目前已得到多個(gè)實(shí)際項(xiàng)目驗(yàn)證，可行性高，具有很強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

3.2 嵌套搭接雙L 型檁條加固方法可靠性分析

假定論文[1]中搭接段C 型檁條截面模量為W1，且W1=W 上翼緣+W 腹板+ W 下翼緣；本方法中所有搭接段雙L 型檁條截面模量為W2，且W2≈W 上翼緣+2＊W 腹板+ W 下翼緣。很明顯同等條件下W2＞ W1。因此可推斷，采用該方法可以達(dá)到論文[1]實(shí)驗(yàn)中所能達(dá)到的加固效果，且更為可靠。

《連續(xù)檁條設(shè)計(jì)中的搭接長(zhǎng)度分析》中提出在支座腹板處增加加強(qiáng)片承擔(dān)全部剪力來防止檁條腹板屈曲的發(fā)生。而采用雙L 檁條搭接，支座處實(shí)際有三道腹板，無意間巧妙地解決了該問題。

由此可見該方法在解決搭接連續(xù)檁條強(qiáng)度方面可靠性強(qiáng)。

3.3 嵌套搭接單L 型檁條加固方法可靠性分析

目前行業(yè)內(nèi)有部分工程師采用單根L 型檁條翼緣朝上搭接加固簡(jiǎn)支C 型檁條（如圖3.2），筆者以為不妥。假定該種方法截面模量為W3，則W3≈W 上翼緣+W 腹板。同等條件下W3＜W1，該方法是否可靠，需要另外做實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

圖3.2 嵌套單L 型檁條加固方法示意圖1

如果風(fēng)荷載較大，而屋頂恒載較輕，風(fēng)吸力情況下可能在跨中產(chǎn)生可觀的負(fù)彎矩，而支座處反而產(chǎn)生較大的正彎矩，此時(shí)該方法因底部未有連續(xù)的翼緣抵抗該部分正彎矩，存在較大的安全風(fēng)險(xiǎn)。

同理，采用單L 檁條翼緣朝下的加固方法（如圖3.3）則存在相反缺陷，相關(guān)論證方法同上，此處略去。

圖3.3 嵌套單L 型檁條加固方法示意圖2

這兩種方法的可靠性較差，建議進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)分析，因地制宜，慎重采用。

結(jié)論：

通過以上研究分析，得出如下結(jié)論：

（1）外套或內(nèi)套非標(biāo)C 型搭接連續(xù)檁條，對(duì)于新建廠房連續(xù)檁條的實(shí)現(xiàn)有一定意義，而對(duì)于既有廠房檁條加固，這兩種方法成本高，施工難度大，經(jīng)濟(jì)效益低，不建議推廣。

（2）采用嵌套雙L 檁條將簡(jiǎn)支C 型檁條加固為連續(xù)檁條方法從理論上是可靠性強(qiáng)，與規(guī)范比較貼合，且該方法尚能有效防止支座處腹板屈曲。實(shí)際操作中可行性高，成本低，具有極高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，建議大規(guī)模推廣應(yīng)用。

（3）采用嵌套單L 檁條將簡(jiǎn)支C 型檁條加固為連續(xù)檁條方法有一定局限，需要進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)論證分析，極端情況下安全風(fēng)險(xiǎn)較大。實(shí)際項(xiàng)目中應(yīng)因地制宜，慎重采用，不建議大規(guī)模推廣應(yīng)用。