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1、 單層鋼結(jié)構(gòu)廠房的檢測和加固優(yōu)化設(shè)計研究 2.寧夏建筑科學(xué)研究院股份有限公司寧夏銀川750021摘要：隨著各地新建廠房的數(shù)量迅速增加。鋼結(jié)構(gòu)因其施工速度快，重量輕，抗震性能好，利于環(huán)保等顯著優(yōu)點在國內(nèi)外市場中應(yīng)用越來越廣泛。與此同時，許多鋼結(jié)構(gòu)廠房在建設(shè)過程中出現(xiàn)了設(shè)計、制造和施工不符合規(guī)范的現(xiàn)象，為結(jié)構(gòu)的安全性、適用性和耐久性埋下了隱患。關(guān)鍵詞：單層鋼結(jié)構(gòu)；廠房；檢測；加固；優(yōu)化設(shè)計前言通過對加固方案的可操作性、施工周期、對工廠生產(chǎn)的影響和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)等多方面的綜合考量，確定針對各個受力體系的最優(yōu)加固方案，包括屋蓋體系加固優(yōu)化設(shè)計、柱間支撐加固優(yōu)化設(shè)計、排架柱加固優(yōu)化設(shè)計，并驗算了相關(guān)的結(jié)構(gòu)加

2、固方案的加固效果。1建筑鋼結(jié)構(gòu)檢測鑒定理論檢測鑒定理論方法：目前一般建筑物的檢測鑒定方法主要劃分為三種：傳統(tǒng)經(jīng)驗法、實用鑒定法、可靠概率鑒定法。（1）傳統(tǒng)經(jīng)驗法。有經(jīng)驗的專家通過現(xiàn)場觀察和簡單的計算分析，以原設(shè)計規(guī)范為依據(jù)，根據(jù)個人專業(yè)知識和工程經(jīng)驗對建筑物進(jìn)行檢測鑒定。該方法簡單，在工程應(yīng)用上多處于保守。（2）實用鑒定法。實用鑒定法是在傳統(tǒng)經(jīng)驗法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，應(yīng)用各種檢測手段對建筑物及其環(huán)境進(jìn)行調(diào)查、檢查和測試，應(yīng)用計算機(jī)技術(shù)、試驗技術(shù)以及其他相關(guān)技術(shù)和方法分析建筑物的性能和狀態(tài)，全面分析建筑物所存在問題的原因，以現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范為依據(jù)，按照統(tǒng)一的檢測鑒定程序，從安全性、適用性多個方面綜合

3、評定建筑物的可靠性水平。在檢測鑒定過程中，主要有三方面的工作：l）結(jié)構(gòu)或構(gòu)件計算，2）整體結(jié)構(gòu)解析評定，3）結(jié)構(gòu)或構(gòu)件試驗。與傳統(tǒng)經(jīng)驗法相比，實用鑒定法十分強調(diào)檢測手段和試驗數(shù)據(jù)，對建筑物的性能狀態(tài)認(rèn)識較客觀準(zhǔn)確，而且具有合理、統(tǒng)一的評定標(biāo)準(zhǔn)。（3）可靠概率鑒定法，可靠概率鑒定法運用概率論和數(shù)理統(tǒng)計原理，采用非定值統(tǒng)計規(guī)律對建筑物的可靠度進(jìn)行鑒定。建筑物的作用效應(yīng)S，結(jié)構(gòu)抗力R以及影響建筑物的諸多因素并非固定不變，而是在一定范圍內(nèi)波動的隨機(jī)變量，按照現(xiàn)有規(guī)程、規(guī)范進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析和應(yīng)力計算屬于定值法范圍內(nèi)，用定值法的固定值去分析既有建筑的隨機(jī)變化2建筑鋼結(jié)構(gòu)檢測體系中的相互關(guān)系建筑鋼結(jié)構(gòu)的檢測體系

4、分為4個層次，檢測總體上是自下而上的過程，因此各個層次之間的聯(lián)系非常重要。要使抽樣檢測的構(gòu)件能夠全面、準(zhǔn)確的反映結(jié)構(gòu)的整體狀況，從而進(jìn)行整體計算，需要從兩個關(guān)鍵方面進(jìn)行保障：一是抽樣的原則，抽樣構(gòu)件的樣本容量必須滿足一定的要求。建筑結(jié)構(gòu)檢測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（GB/T50344一2004）按構(gòu)件的重要性規(guī)定了建筑結(jié)構(gòu)抽樣檢測的批次和最小的樣本容量，鋼結(jié)構(gòu)健康檢測的樣本容量也不應(yīng)該低于這本規(guī)范的要求。二是抽樣批的選擇，盲目的擴(kuò)大樣本容量也是沒有用的。需要在對構(gòu)件進(jìn)行抽樣檢測時，按構(gòu)件所處環(huán)境、使用條件、荷載作用狀況、構(gòu)件功能等條件，滿足一定相似條件的構(gòu)件進(jìn)行分類，按照相同類別的構(gòu)件進(jìn)行足夠樣本容量的抽樣。

5、應(yīng)盡量使抽樣構(gòu)件的缺陷分布函數(shù)與整體構(gòu)件的缺陷分布函數(shù)基本吻合，從而使抽樣的構(gòu)件能夠反應(yīng)所有構(gòu)件損傷狀況的全貌。3屋蓋體系加固優(yōu)化設(shè)計（1）加固方案比選，方案一：卸除廠房原有的彩鋼板代之以預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板屋面，將屋面板直接焊接在屋架上，板與板之間以細(xì)石混凝土灌縫。采用的混凝土大型屋面板尺寸為1.5m7.5m，混凝土屋面板需另設(shè)找平和隔熱層，上鋪小石子的油氈防水層，重量為2.53kN/m2，屋蓋承重結(jié)構(gòu)截面尺寸較大。方案二：在原廠房基礎(chǔ)上合理增設(shè)屋面支撐系統(tǒng)。就加固后屋蓋體系整體性而言，方案一優(yōu)于方案二，大型屋面板可以有效傳遞水平荷載，但屋面荷載顯著增大，需對屋架和排架柱等多個受力體系進(jìn)行

6、加固，造成加固成本急劇上升和加固周期的延長。在原廠房上合理增設(shè)屋面支撐系統(tǒng)可使廠房滿足空間剛度和整體穩(wěn)定性要求，因加固而增加的屋面荷載較小，對其他受力體系的影響也較小，且加固成本低易操作。在對兩方案優(yōu)缺點進(jìn)行比較后擬采用方案二，即在原廠房基礎(chǔ)上合理增設(shè)屋面支撐系統(tǒng)以達(dá)到對屋蓋體系加固的目的。（2）加固設(shè)計：1）增設(shè)屋面拉條、斜拉條和檁條撐桿，拉條采用圓鋼，在屋脊和檐撐桿以受壓，撐桿由拉條外套圓鋼管組成。為形成幾何不變體系，應(yīng)同時增設(shè)斜拉條。加固時應(yīng)注意，由于冷彎薄壁C形檁條自身抗扭轉(zhuǎn)剛度很弱，在豎向荷載作用下，由于檁條的重心與形心不重合，這就產(chǎn)生了一個扭轉(zhuǎn)力矩，因此拉條應(yīng)設(shè)在距檁條上翼緣1/3

7、腹板高度的范圍內(nèi)，使拉條拉力產(chǎn)生抵抗力矩，防止檁條發(fā)生扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)。拉條如圖所示。拉條作為檁條的側(cè)向支撐點，同時受拉和受壓，因此應(yīng)在屋脊和檐口的檁條間增設(shè)。圖拉條位置詳圖2）增設(shè)屋面水平支撐和系桿，屋面水平支撐包括上（下）弦橫向水平支撐和上（下）弦縱向水平支撐，均采用型鋼L9010，屋面水平支撐采用型鋼單角鋼，以減少屋架平面外側(cè)移。系桿采用圓鋼管，沿廠房縱向通長設(shè)置；3）驗算加固結(jié)果，工程設(shè)計驗算按鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范（GB50017-2003），建筑抗震設(shè)計規(guī)范（GB50011-2010），建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范抗震設(shè)防烈度6度，場地類別類，100t塔式吊車，工作級數(shù)A6，風(fēng)荷載為0.45kN/m2。采用S

8、AP2000軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)驗算，為簡化計算取廠房主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行計算，同時對天窗進(jìn)行簡化，計算簡圖見圖所示。在恒荷載、活荷載、雪荷載、積灰荷載、風(fēng)荷載、水平地震作用下按照SAP2000的工況組合，增設(shè)的拉條、系桿和水平支撐承載力均能滿足要求。通過對桿件在有地震參與的最不利工況組合的內(nèi)力與無地震參與的最不利工況組合的內(nèi)力的對比發(fā)現(xiàn)，地震對拉條、系桿和水平支撐承載力不起控制作用。圖生產(chǎn)車間計算簡圖（3）排架柱加固優(yōu)化設(shè)計，1）加固用材.材料強度取值：屋架（如圖）、柱采用Q235鋼，f=215N/mm2，fv=125N/mm2。圖屋架示意2）承載力計算，采用10mm厚Q235鋼板，焊腳尺寸為hf=6mm的

9、側(cè)面角焊縫（fwf=160N/mm2）。加固截面強度、排架平面內(nèi)穩(wěn)定性、排架平面外穩(wěn)定性、腹板局部穩(wěn)定計算滿足要求。取焊縫長度為300mm，屈曲部位上下各150mm（如圖）。圖排架柱加固示意（a）焊腳；（b）屈曲部位4加固方案及建議根據(jù)工業(yè)建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)，對該廠房結(jié)構(gòu)可靠性評定為二級。其主要承重構(gòu)件如廠房柱、吊車梁等大面積防銹漆脫落、銹蝕且大量積灰，耐久性降低較大。尤其是吊車梁及輔助結(jié)構(gòu)出現(xiàn)較嚴(yán)重銹蝕破損現(xiàn)象，影響廠房安全使用，需要立即采取措施。（1）由檢測得到的數(shù)據(jù)可知，該鋼圖1柱子加固示意圖結(jié)構(gòu)廠房的柱子、吊車梁腐蝕較重，故全面暫停生產(chǎn)作業(yè)，及時加固柱子圖一施工技術(shù)措施示意圖圖二安全管

10、理體系圖及吊車梁，以便后期更換大噸位吊車。本廠房選取“加大構(gòu)件截面法”，采用同種材料進(jìn)行柱子及吊車梁的加固，加固所用鋼板與原鋼柱采用焊接方式，吊車梁下方增加一小梁與吊車梁為螺栓連接。如圖1和圖2所示。該方法具有幾乎不改變結(jié)構(gòu)形狀，工期短，后期維護(hù)工作量小等優(yōu)點，該加固方法在某些條件下，還可以在不卸載的情況下進(jìn)行加固施工，不影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行，帶來較好的經(jīng)濟(jì)效益。圖2吊車梁加固示意圖（2）廠房基礎(chǔ)基本完好，部分基礎(chǔ)混凝土破損處可進(jìn)行修補補強。（3）屋面結(jié)構(gòu)積灰嚴(yán)重，個別桿件彎曲變形及部分屋面檁條銹蝕嚴(yán)重需更換；屋面彩涂板、天窗及天溝破損嚴(yán)重需更換。（4）對廠房鋼結(jié)構(gòu)件，如廠房柱、支撐、吊車梁系統(tǒng)

11、、屋面系統(tǒng)應(yīng)進(jìn)行除塵除銹，重刷除銹漆及面漆。（5）由于工業(yè)廠房長時間使用作業(yè)生產(chǎn)，使用期間應(yīng)定期對廠房結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢查、維護(hù)。結(jié)束語廠房的柱子及吊車梁的鋼板進(jìn)行了強度檢測、厚度檢測、化學(xué)元素含量和鋼柱垂直度檢測及房屋沉降情況調(diào)查。為加固設(shè)計提供了必要的工程數(shù)據(jù)。根據(jù)檢測數(shù)據(jù)表明，廠房的柱子及吊車梁腐蝕嚴(yán)重，無法滿足吊車噸位加大的要求，因此采取了“加大構(gòu)件截面法”，對柱子及吊車梁進(jìn)行了加固，該加固方法在保證正常生產(chǎn)的情況下進(jìn)行加固施工，提高了企業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益。通過對加固后的廠房進(jìn)行承載能力驗算得知，加固后廠房柱及吊車梁均滿足規(guī)范要求，具有良好的耐久性能。參考文獻(xiàn)：1萬清平.郝慶.淺談單層鋼結(jié)構(gòu)廠房的檢測技術(shù)開發(fā)，2014.2張重清.李明.吳永久.等.單層房屋鋼結(jié)構(gòu)廠房的加固設(shè)計.工業(yè)建筑，2013. -全文完-