论文部分内容阅读
摘要：建筑物屋面的荷载力在不断变大，会导致钢梁承载力的不足，这就要对钢梁进行加固，可以对钢梁的结构进行改变，形成张弦梁，并且要结合支撑法进行钢梁加固，这种方法采用的是机械连接的方法，可以实现在结构负荷的情况下进行施工，使得施工变得方便。厂房结构中对于门式刚架轻钢结构的应用是非常广泛的，经过长久的使用会出现破损的情况，使得结构的稳定性变低，所以要对其进行加固处理。本篇文章将以某门式钢轻钢结构厂房为研究对象们进行新型加固技术的具体探讨。
关键词：门式钢架;钢结构;厂房;加固技术
引言：门式钢架钢结构厂房的自重是比较轻的、抗震性是比较强的、施工速度是比较快的，所以被广泛应用在工业厂房的施工建设中。在使用的过程中屋面的荷载会不断增大，构件也会出现老化的现象，这就导致钢构结构不能满足实际的需求，会存在很多安全问题，所以要对其进行加固。本篇文章将以某工程为例，对新型的钢梁加固方法进行应用，将型钢梁转换为张弦梁的形式，采用支撑加固法减少钢梁的跨度。下面将为大家介绍门式钢架钢结构厂房新型加固技术的具体应用。
1、门式钢架轻钢结构的特点
钢架柱、钢架斜梁、支撑、系杆、檩条、山墙骨架等构成了门式钢架钢结构，而圆钢、小角钢构成了轻型钢架结构，这种轻型钢结构被应用在跨度小于18m，并且起重机起重量小于5t的，没有高温度、高湿度和侵蚀环境的厂房和屋面建筑中。门式钢架轻钢结构的主要承重结构是单跨或者实腹式门式钢架。门式钢架轻钢结构与传统的混凝土结构相比是具有一定的优势的，其重量是比较轻的，所以在承受相同荷载的情况下，门式刚架轻钢结构的质量会远远小于混凝土结构。其抗震性能也是比较强的，所以门式钢架结构的传力路径就是比较明确的，并且整体会十分的轻巧，其抗震周期也是比较小的，所以其抗震性能要比钢混结构更强。门式钢架结构的投入成本也是比较低的，施工周期是比较短的，施工活动也是不会受到其他因素的影响的。门式钢架轻钢结构的内部会有较大的使用空间，比较适合工业厂房进行应用。而且门式钢架还具有非常好的经济效益、环保效益和社会效益。但其自身还存在着一些缺陷，其防火性能和防腐性能会没有钢筋混凝土结构更加优越。
2、门式钢架轻钢结构概况
某门式钢架轻钢结构厂房采用的是双坡两跨的结构，其跨度为18m， 中间柱
距为 6 m，边柱柱距为5.5 m，边柱柱顶标高为10 m，屋架坡度为5%，左右对称。屋架采用 H400× 200×6×8 的钢梁，边柱采用H455×225×6×8 型钢，中柱400 mm×700 mm 的 C30 混凝土柱子，钢构件材质均采用Q235。
3、加固方案
由于在厂房上部增加光伏板进行发电， 导致厂房上部荷载增大，钢梁变形较大，承载力不满足要求，因此要对厂房进行加固。 钢梁的加固方法主要有改变梁支座计算简图加固法、支撑加固法、吊杆加固梁方法、下支撑构架加固法 和增大梁截面加固法。改变梁支座计算简图加固法是将各单跨梁连续起来，在支座部分的梁上下翼缘焊上钢板，使其变成连续体系。 采用该法进行加固时将导致柱荷载增加，而且施工较为困难。 吊杆加固梁法主要适用于上部柱可固定吊杆的结构。增大梁截面加固法主要通过增大截面面积来提高承载能力，但是却增加了钢梁的自重，而且施工难度大，成本太高。 同时上述施工过程均涉及到焊接施工，因此需要对钢梁先进行卸载。 结合施工的可行性、经济性和工期问题，在传统加固方法的基础上进行改进，提出了改变钢梁的结构形式与支撑相结合的新型加固法。 将型钢梁改变成张弦梁来增加屋架的强度和刚度，同时采用支撑加固法来减小钢梁的计算长度，并将部分荷载传递给混凝土中柱。该加固法与钢梁连接处均采用机械连接，可在钢梁负荷作用下进行施工。
4、荷载选取
4.1自然条件
基本风压：Wo=0.40 kN/m2（50 年一遇）地面粗糙度：B 类;基本雪压：Wo=0.35
kN/m2（50 年一遇）;抗震设防烈度：7 度 0.1g，设计地震分组第一组;建筑物场地土类别：III 类。
4.2荷载取值
屋面恒载：0.3 kN/m2，檩条和屋面板;屋面光伏组件荷载：0.15 kN/m2，按
恒载考虑;屋面活荷载：0.3 kN/m2，不上人屋面取雪荷载和活载中的较大值;屋面积灰荷载：不考虑，周围无钢厂或水泥厂;屋面风荷载：因屋顶坡<10°，为风吸荷载，对结构有利，仅需复核夹具承载力。
4.3刚架模型
建立刚架作为整体计算模型，柱距为 6 m，选取中间区一榀刚架进行单独计算。 门式刚架的钢梁与钢柱节点为刚接，钢梁与混凝土中柱为铰接，钢边柱柱脚为铰接，混凝土中柱柱脚为刚接。根据荷载取值，对屋面施加面荷载，建立模型后转换为单榀刚架钢梁线荷载。
4.4加固前剛架验算
根据软件计算结果，加固前，钢梁最大变形为-62.3mm=1/289L>1/400L=45 mm，超出《门式钢架轻型房屋钢结构技术规范》（GB51022—2015）中受弯构件的挠度限值的38%，对钢梁的应力比进行分析，结果表明强度应力比为1.324，绕钢梁 2 轴稳定应力比为1.343，绕3轴稳定应力比为 1.431，超出限制。钢梁需要加固。
4.5刚架加固验算
上节对钢梁计算分析表明，钢梁竖向变形过大，应力比超限，根据本文提出的加固方法，对钢架进行加固，并进行 分析验算。通过建立分析模型，施加相同荷载，计算表明，钢梁最大竖向挠度为-27.6 mm<45 mm， 钢梁最大应力比为 0.56，均小于 1。 通过计算分析，加固后的钢梁刚度较大，变形较小，满足规范要求。加固后的钢梁强度提高较大，应力比均小于1，钢梁安全度较高。 表明该新型加固方法在理论分析中效果较好。 4.6张弦梁加固技术应用
张弦梁加固法下弦杆承受拉力，为节约成本，方便施工，下弦杆采用 Φ20 钢拉杆。钢拉杆之间采用花篮螺杆连接，方便钢拉杆的安装与调节。钢拉杆与钢梁之间通过钢板进行焊接，同时截面 1-1 和截面 2-2 采用角钢焊接而成的三角形来保障新形成的张弦梁的稳定性。该厂房处于负载状态下， 焊接连接在施工中是不允许的，根据该加固方法的特点，张弦梁加固法节点采用机械连接， 即在工字钢翼缘开2个孔，通过连接耳板进行螺栓固定。为了节约材料，保证加固杆件只承担轴力作用，钢拉杆与钢拉杆之间，钢拉杆与三角支撑之间均按照铰接设计。为了避免钢拉杆施工中由于误差的原因，导致钢拉杆无法收紧，起到下弦杆的作用。本工程巧妙的将钢拉杆分成两段，通过花篮螺栓进行连接，张弦梁成型后，通过调节花篮螺栓使钢拉杆绷紧。为了避免钢梁端部受力较大， 下部钢拉杆并未直接连接于梁端，同时采用支撑法对钢梁梁端进行加固。该加固方法在某厂房加固中得到了较好的应用。该厂房加固完成后，经历了 2017 年大雪，屋面积雪平均深度达到 100 mm，厂房未出现安全问题，得以验证该加固方法的可靠性。
5结束语：
门式钢架轻钢结构在工业厂房中有着非常广泛的应用，门式钢架轻钢结构厂房会比其他结构的厂房具有很多的优势，但是很多门式钢架轻钢结构经常会受到其他因素的影响导致其自身的承载能力也发生变化和受到影响，为了保证门式钢架轻钢结构能够安全稳定的使用，就需要对其进行加固设计，本篇文章以某钢结结构厂房为例进行了分析和研究，并且提出了新型加固技术，将型钢梁转变为张弦梁，并且采用支撑加固的方法降低了钢梁的跨度，这种加固方法是具有非常好的强度和刚度的，可以实现很好的加固，在节点连接方面都采用的机械连接，减少了高空施焊作业，能够在钢梁负荷的情况下进行施工，有效的缩短了施工周期，节约了大量的钢材，有效的降低了工程投入成本，并且该门式钢架轻钢结构厂房已经经历了大雪，其结构仍然处于安全、稳定的状态，并且使用状况非常良好。
参考文献
[1]浅谈钢结构厂房屋顶安装光伏电站的加固方法[J]. 邵燕，李春阳，罗易，周承军. 中国新技术新产品. 2018（07）
[2]某钢结构厂房加固改造设计工程实践[J]. 施澄宇. 建筑結构. 2017（20）
[3]钢结构加固新技术及其应用研究[J]. 王元清，宗亮，施刚，石永久. 工业建筑. 2017（02）
[4]负载状态下钢结构工程加固技术模拟分析及监测[J]. 田娥，李毅，杨正军，邵新宇，彭湃. 工业建筑. 2015（07）
[5]钢结构厂房屋盖安置光伏发电站的加固设计[J]. 蒋凤昌，钟文乐，袁学锋，奚友方，居平国. 钢结构. 2015（01）
关键词：门式钢架;钢结构;厂房;加固技术
引言：门式钢架钢结构厂房的自重是比较轻的、抗震性是比较强的、施工速度是比较快的，所以被广泛应用在工业厂房的施工建设中。在使用的过程中屋面的荷载会不断增大，构件也会出现老化的现象，这就导致钢构结构不能满足实际的需求，会存在很多安全问题，所以要对其进行加固。本篇文章将以某工程为例，对新型的钢梁加固方法进行应用，将型钢梁转换为张弦梁的形式，采用支撑加固法减少钢梁的跨度。下面将为大家介绍门式钢架钢结构厂房新型加固技术的具体应用。
1、门式钢架轻钢结构的特点
钢架柱、钢架斜梁、支撑、系杆、檩条、山墙骨架等构成了门式钢架钢结构，而圆钢、小角钢构成了轻型钢架结构，这种轻型钢结构被应用在跨度小于18m，并且起重机起重量小于5t的，没有高温度、高湿度和侵蚀环境的厂房和屋面建筑中。门式钢架轻钢结构的主要承重结构是单跨或者实腹式门式钢架。门式钢架轻钢结构与传统的混凝土结构相比是具有一定的优势的，其重量是比较轻的，所以在承受相同荷载的情况下，门式刚架轻钢结构的质量会远远小于混凝土结构。其抗震性能也是比较强的，所以门式钢架结构的传力路径就是比较明确的，并且整体会十分的轻巧，其抗震周期也是比较小的，所以其抗震性能要比钢混结构更强。门式钢架结构的投入成本也是比较低的，施工周期是比较短的，施工活动也是不会受到其他因素的影响的。门式钢架轻钢结构的内部会有较大的使用空间，比较适合工业厂房进行应用。而且门式钢架还具有非常好的经济效益、环保效益和社会效益。但其自身还存在着一些缺陷，其防火性能和防腐性能会没有钢筋混凝土结构更加优越。
2、门式钢架轻钢结构概况
某门式钢架轻钢结构厂房采用的是双坡两跨的结构，其跨度为18m， 中间柱
距为 6 m，边柱柱距为5.5 m，边柱柱顶标高为10 m，屋架坡度为5%，左右对称。屋架采用 H400× 200×6×8 的钢梁，边柱采用H455×225×6×8 型钢，中柱400 mm×700 mm 的 C30 混凝土柱子，钢构件材质均采用Q235。
3、加固方案
由于在厂房上部增加光伏板进行发电， 导致厂房上部荷载增大，钢梁变形较大，承载力不满足要求，因此要对厂房进行加固。 钢梁的加固方法主要有改变梁支座计算简图加固法、支撑加固法、吊杆加固梁方法、下支撑构架加固法 和增大梁截面加固法。改变梁支座计算简图加固法是将各单跨梁连续起来，在支座部分的梁上下翼缘焊上钢板，使其变成连续体系。 采用该法进行加固时将导致柱荷载增加，而且施工较为困难。 吊杆加固梁法主要适用于上部柱可固定吊杆的结构。增大梁截面加固法主要通过增大截面面积来提高承载能力，但是却增加了钢梁的自重，而且施工难度大，成本太高。 同时上述施工过程均涉及到焊接施工，因此需要对钢梁先进行卸载。 结合施工的可行性、经济性和工期问题，在传统加固方法的基础上进行改进，提出了改变钢梁的结构形式与支撑相结合的新型加固法。 将型钢梁改变成张弦梁来增加屋架的强度和刚度，同时采用支撑加固法来减小钢梁的计算长度，并将部分荷载传递给混凝土中柱。该加固法与钢梁连接处均采用机械连接，可在钢梁负荷作用下进行施工。
4、荷载选取
4.1自然条件
基本风压：Wo=0.40 kN/m2（50 年一遇）地面粗糙度：B 类;基本雪压：Wo=0.35
kN/m2（50 年一遇）;抗震设防烈度：7 度 0.1g，设计地震分组第一组;建筑物场地土类别：III 类。
4.2荷载取值
屋面恒载：0.3 kN/m2，檩条和屋面板;屋面光伏组件荷载：0.15 kN/m2，按
恒载考虑;屋面活荷载：0.3 kN/m2，不上人屋面取雪荷载和活载中的较大值;屋面积灰荷载：不考虑，周围无钢厂或水泥厂;屋面风荷载：因屋顶坡<10°，为风吸荷载，对结构有利，仅需复核夹具承载力。
4.3刚架模型
建立刚架作为整体计算模型，柱距为 6 m，选取中间区一榀刚架进行单独计算。 门式刚架的钢梁与钢柱节点为刚接，钢梁与混凝土中柱为铰接，钢边柱柱脚为铰接，混凝土中柱柱脚为刚接。根据荷载取值，对屋面施加面荷载，建立模型后转换为单榀刚架钢梁线荷载。
4.4加固前剛架验算
根据软件计算结果，加固前，钢梁最大变形为-62.3mm=1/289L>1/400L=45 mm，超出《门式钢架轻型房屋钢结构技术规范》（GB51022—2015）中受弯构件的挠度限值的38%，对钢梁的应力比进行分析，结果表明强度应力比为1.324，绕钢梁 2 轴稳定应力比为1.343，绕3轴稳定应力比为 1.431，超出限制。钢梁需要加固。
4.5刚架加固验算
上节对钢梁计算分析表明，钢梁竖向变形过大，应力比超限，根据本文提出的加固方法，对钢架进行加固，并进行 分析验算。通过建立分析模型，施加相同荷载，计算表明，钢梁最大竖向挠度为-27.6 mm<45 mm， 钢梁最大应力比为 0.56，均小于 1。 通过计算分析，加固后的钢梁刚度较大，变形较小，满足规范要求。加固后的钢梁强度提高较大，应力比均小于1，钢梁安全度较高。 表明该新型加固方法在理论分析中效果较好。 4.6张弦梁加固技术应用
张弦梁加固法下弦杆承受拉力，为节约成本，方便施工，下弦杆采用 Φ20 钢拉杆。钢拉杆之间采用花篮螺杆连接，方便钢拉杆的安装与调节。钢拉杆与钢梁之间通过钢板进行焊接，同时截面 1-1 和截面 2-2 采用角钢焊接而成的三角形来保障新形成的张弦梁的稳定性。该厂房处于负载状态下， 焊接连接在施工中是不允许的，根据该加固方法的特点，张弦梁加固法节点采用机械连接， 即在工字钢翼缘开2个孔，通过连接耳板进行螺栓固定。为了节约材料，保证加固杆件只承担轴力作用，钢拉杆与钢拉杆之间，钢拉杆与三角支撑之间均按照铰接设计。为了避免钢拉杆施工中由于误差的原因，导致钢拉杆无法收紧，起到下弦杆的作用。本工程巧妙的将钢拉杆分成两段，通过花篮螺栓进行连接，张弦梁成型后，通过调节花篮螺栓使钢拉杆绷紧。为了避免钢梁端部受力较大， 下部钢拉杆并未直接连接于梁端，同时采用支撑法对钢梁梁端进行加固。该加固方法在某厂房加固中得到了较好的应用。该厂房加固完成后，经历了 2017 年大雪，屋面积雪平均深度达到 100 mm，厂房未出现安全问题，得以验证该加固方法的可靠性。
5结束语：
门式钢架轻钢结构在工业厂房中有着非常广泛的应用，门式钢架轻钢结构厂房会比其他结构的厂房具有很多的优势，但是很多门式钢架轻钢结构经常会受到其他因素的影响导致其自身的承载能力也发生变化和受到影响，为了保证门式钢架轻钢结构能够安全稳定的使用，就需要对其进行加固设计，本篇文章以某钢结结构厂房为例进行了分析和研究，并且提出了新型加固技术，将型钢梁转变为张弦梁，并且采用支撑加固的方法降低了钢梁的跨度，这种加固方法是具有非常好的强度和刚度的，可以实现很好的加固，在节点连接方面都采用的机械连接，减少了高空施焊作业，能够在钢梁负荷的情况下进行施工，有效的缩短了施工周期，节约了大量的钢材，有效的降低了工程投入成本，并且该门式钢架轻钢结构厂房已经经历了大雪，其结构仍然处于安全、稳定的状态，并且使用状况非常良好。
参考文献
[1]浅谈钢结构厂房屋顶安装光伏电站的加固方法[J]. 邵燕，李春阳，罗易，周承军. 中国新技术新产品. 2018（07）
[2]某钢结构厂房加固改造设计工程实践[J]. 施澄宇. 建筑結构. 2017（20）
[3]钢结构加固新技术及其应用研究[J]. 王元清，宗亮，施刚，石永久. 工业建筑. 2017（02）
[4]负载状态下钢结构工程加固技术模拟分析及监测[J]. 田娥，李毅，杨正军，邵新宇，彭湃. 工业建筑. 2015（07）
[5]钢结构厂房屋盖安置光伏发电站的加固设计[J]. 蒋凤昌，钟文乐，袁学锋，奚友方，居平国. 钢结构. 2015（01）