單層鋼結(jié)構(gòu)廠房的檢測(cè)和加固優(yōu)化設(shè)計(jì)研究

馬潔

【摘要】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(diǎn)在國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)中應(yīng)用越來(lái)越廣泛。與此同時(shí)，許多鋼結(jié)構(gòu)廠房在建設(shè)過(guò)程中出現(xiàn)了設(shè)計(jì)、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。本文介紹了某單層鋼結(jié)構(gòu)廠房在檢測(cè)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的不滿足規(guī)范的現(xiàn)象，并提出了加固處理方案。

【關(guān)鍵詞】單層鋼結(jié)構(gòu)；廠房；檢測(cè)；加固；優(yōu)化設(shè)計(jì)

前言：

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，工業(yè)廠房建設(shè)量多面廣，且以單層廠房居多。

目前，我國(guó)單層工業(yè)廠房以鋼結(jié)構(gòu)為主，且普遍釆用壓型鋼板、夾芯板等輕質(zhì)

材料作為屋面的有檁體系，圍護(hù)墻也以這些輕型材料為主?，F(xiàn)代工業(yè)廠房較傳統(tǒng)工業(yè)廠房形式發(fā)生了很大變化，但它的設(shè)計(jì)方法多沿用過(guò)去傳統(tǒng)的簡(jiǎn)化方法。在簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)方法中，存在很多不完善的地方，可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)安全隱患。

1.建筑鋼結(jié)構(gòu)檢測(cè)鑒定理論

檢測(cè)鑒定理論方法：

目前一般建筑物的檢測(cè)鑒定方法主要?jiǎng)澐譃槿N：傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)法、實(shí)用鑒定法、可靠概率鑒定法。

a.傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)法

有經(jīng)驗(yàn)的專家通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀察和簡(jiǎn)單的計(jì)算分析，以原設(shè)計(jì)規(guī)范為依據(jù)，根據(jù)個(gè)人專業(yè)知識(shí)和工程經(jīng)驗(yàn)對(duì)建筑物進(jìn)行檢測(cè)鑒定。該方法簡(jiǎn)單，在工程應(yīng)用上多處于保守。

b.實(shí)用鑒定法

實(shí)用鑒定法是在傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，應(yīng)用各種檢測(cè)手段對(duì)建筑物及其環(huán)境進(jìn)行調(diào)查、檢查和測(cè)試，應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)、試驗(yàn)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(wèn)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(cè)鑒定程序，從安全性、適用性多個(gè)方面綜合評(píng)定建筑物的可靠性水平。在檢測(cè)鑒定過(guò)程中，主要有三方面的工作：（l）結(jié)構(gòu)或構(gòu)件計(jì)算，（2）整體結(jié)構(gòu)解析評(píng)定，（3）結(jié)構(gòu)或構(gòu)件試驗(yàn)。與傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)法相比，實(shí)用鑒定法十分強(qiáng)調(diào)檢測(cè)手段和試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)建筑物的性能狀態(tài)認(rèn)識(shí)較客觀準(zhǔn)確，而且具有合理、統(tǒng)一的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)。

c.可靠概率鑒定法

可靠概率鑒定法運(yùn)用概率論和數(shù)理統(tǒng)計(jì)原理，采用非定值統(tǒng)計(jì)規(guī)律對(duì)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(dòng)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(jì)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，顯然是不合理的。可靠概率鑒定法在理論上是完善的，但目前離實(shí)際應(yīng)用還有距離。困難在于結(jié)構(gòu)物的不定性，這種不定性來(lái)自于材料強(qiáng)度的差異和計(jì)算模型的差異，同時(shí)對(duì)于結(jié)構(gòu)體系的可靠度還正處在研究階段?？偟膩?lái)說(shuō)，從發(fā)展趨勢(shì)上講，可靠概率鑒定法仍是檢測(cè)鑒定方法的發(fā)展方向，本文也基于可靠度理論，建立針對(duì)建筑鋼結(jié)構(gòu)的檢測(cè)鑒定框架

2.建筑鋼結(jié)構(gòu)檢測(cè)鑒定層次體系及相互關(guān)系

2.1建筑鋼結(jié)構(gòu)檢測(cè)層次體系

（1）整體檢測(cè)單元

首先我們知道，衡量一個(gè)結(jié)構(gòu)的健康狀況，其整體的可靠度是最關(guān)鍵的，

結(jié)構(gòu)的局部破壞，最終要反映到是否對(duì)結(jié)構(gòu)整體造成影響，其整體的健康狀態(tài)

是檢測(cè)的最終目的

（2）檢測(cè)子系統(tǒng)

接下來(lái)的一個(gè)層次是檢測(cè)子系統(tǒng)，本文根據(jù)建筑鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，將鋼結(jié)構(gòu)

整體劃分為鋼結(jié)構(gòu)傳力系統(tǒng)、鋼結(jié)構(gòu)圍護(hù)系統(tǒng)和鋼結(jié)構(gòu)其他系統(tǒng)三個(gè)功能模塊：

鋼結(jié)構(gòu)傳力系統(tǒng)是鋼結(jié)構(gòu)的骨架，是結(jié)構(gòu)承載能力的主要保障，主要包括

鋼結(jié)構(gòu)地基基礎(chǔ)和鋼結(jié)構(gòu)上部結(jié)構(gòu)兩部分

（3）結(jié)構(gòu)構(gòu)件

同時(shí)，鋼結(jié)構(gòu)的整體及其各個(gè)系統(tǒng)，均是由其結(jié)構(gòu)構(gòu)件有機(jī)構(gòu)成的，因此

框架的第三個(gè)層次，是鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)件。

2.2建筑鋼結(jié)構(gòu)檢測(cè)體系中的關(guān)鍵理論

由上節(jié)我們知道，建筑鋼結(jié)構(gòu)的檢測(cè)體系分為4個(gè)層次，檢測(cè)總體上是自

下而上的過(guò)程，因此各個(gè)層次之間的聯(lián)系非常重要。要使抽樣檢測(cè)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(jì)算，需要從兩個(gè)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?！督ㄖY(jié)構(gòu)檢

測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50344一2004）[3]按構(gòu)件的重要性規(guī)定了建筑結(jié)構(gòu)抽樣檢測(cè)的批次和最小的樣本容量，鋼結(jié)構(gòu)健康檢測(cè)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(méi)有用的。需要在對(duì)構(gòu)件進(jìn)

行抽樣檢測(cè)時(shí)，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(lèi)，按照相同類(lèi)別的構(gòu)件進(jìn)行足夠樣本容量的

抽樣。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.鋼結(jié)構(gòu)廠房加固優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.1屋蓋體系加固優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.1.1加固設(shè)計(jì)

由于屋面檁條間因未設(shè)置拉條、斜拉條和檁條撐桿，各檁條無(wú)法組成穩(wěn)定的受力體系，因此應(yīng)增設(shè)拉條、斜拉條和檁條撐桿。拉條采用圓鋼，通過(guò)螺栓與檁條連接。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(shí)增設(shè)斜拉條。加固時(shí)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(gè)扭轉(zhuǎn)力矩，因此拉條應(yīng)設(shè)在距檁條上翼緣1/3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3所示。拉條作為檁條的側(cè)向支撐點(diǎn)，同時(shí)受拉和受壓，因此應(yīng)在屋脊和檐口的檁條間增設(shè)。由于生產(chǎn)車(chē)間未設(shè)置屋面水平支撐和系桿，導(dǎo)致水平風(fēng)荷載無(wú)法有效傳遞，各剛架無(wú)法組成空間穩(wěn)定體系，房屋縱向剛度不足，因此應(yīng)增設(shè)屋面水平支撐和系桿。系桿采用圓鋼管，沿廠房縱向通長(zhǎng)設(shè)置；水平支撐采用交叉單角鋼，以減小屋架平面外側(cè)移。

3.1.2驗(yàn)算加固結(jié)果

采用SAP2000軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)驗(yàn)算，為簡(jiǎn)化計(jì)算，取廠房主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)對(duì)天窗進(jìn)行簡(jiǎn)化處理.在永久荷載、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(guò)對(duì)桿件在有地震參與的最不利工況組合的內(nèi)力，與無(wú)地震參與的最不利工況組合的內(nèi)力的對(duì)比，發(fā)現(xiàn)地震對(duì)拉條、系桿和水平支撐承載力不起控制作用。

3.2柱間支撐加固優(yōu)化設(shè)計(jì)

本工程因車(chē)間采用格構(gòu)柱，考慮到雙片支撐易使兩個(gè)柱肢受力均勻，支撐斜桿與翼緣節(jié)點(diǎn)板焊接時(shí)更易操作，上段柱和下段柱柱間支撐均采用雙片支撐，其截面形式采用等邊或不等邊角鋼。

小結(jié)：

綜上，在本文的單層鋼結(jié)構(gòu)廠房的檢測(cè)方法和加固措施的過(guò)程中，我們可以看出，一方面要根據(jù)該廠房的實(shí)際情況出發(fā)，另一方面還要考慮到檢測(cè)和加固的可操作性，以便于提高單層鋼結(jié)構(gòu)廠房檢測(cè)和加固的質(zhì)量和效率，從而促進(jìn)單層鋼結(jié)構(gòu)廠房施工過(guò)程的順利進(jìn)行。

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