導(dǎo)語：鋼材加工車間廠房鋼結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要:某鋼材剪切加工車間在夏季臺(tái)風(fēng)季節(jié)出現(xiàn)山墻墻板頻臨破壞、靠近山墻處廠房上柱傾斜、山墻柱間支撐變形等險(xiǎn)情。對該廠房結(jié)構(gòu)進(jìn)行了全面的勘察和鑒定，并在此基礎(chǔ)上對廠房進(jìn)行全面的修復(fù)和加固，排除了結(jié)構(gòu)的安全隱患，使廠房可以繼續(xù)生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞:鋼結(jié)構(gòu);加固;設(shè)計(jì)

1工程概況

某鋼材剪切加工車間建于2001年，車間為全鋼結(jié)構(gòu)廠房，總長378m，寬為36m。該廠房分兩期建設(shè)，其中一期廠房長度為120m，二期廠房直接緊鄰一期廠房沿縱向布置，且兩者之間并未設(shè)置伸縮縫。二期廠房檐口標(biāo)高10.500m，吊車梁牛腿頂面標(biāo)高6.300m，橫向兩跨，跨度均為18m，柱距6m，吊車梁長度為16．5m，每跨內(nèi)均設(shè)有兩臺(tái)起重量為100kN的橋式吊車，吊車工作級別為A5，后因?yàn)槭褂眠^程中發(fā)現(xiàn)吊車頻繁出現(xiàn)啃軌和斷電現(xiàn)象，使用方又將吊車的起重量減少為80kN(圖1)。廠房橫向采用門式剛架結(jié)構(gòu)體系，縱向設(shè)置柱間支撐。該廠房在建設(shè)時(shí)未進(jìn)行正規(guī)的設(shè)計(jì)，且竣工后未保存任何工程圖紙和施工記錄。由于該廠房東側(cè)山墻未設(shè)置抗風(fēng)柱，在2012年的一次臺(tái)風(fēng)中，該山墻的墻面在風(fēng)荷載作用下出現(xiàn)十分明顯的波浪狀變形，業(yè)主不得不緊急使用大量的毛竹將整片山墻撐住，才勉強(qiáng)抵抗住臺(tái)風(fēng)的侵襲。此外，廠房還存在較多明顯的質(zhì)量問題，如部分柱間支撐不完整，柱間支撐鋼管、節(jié)點(diǎn)板、系桿變形比較普遍，嚴(yán)重影響廠房柱平面外的穩(wěn)定，吊車存在啃軌現(xiàn)象，行車輪更換較為頻繁，并且臺(tái)風(fēng)過后廠房山墻附近區(qū)域約4列中柱存在較為明顯的傾斜現(xiàn)象。問題出現(xiàn)后，廠房的使用方曾自行對廠房的山墻采取了臨時(shí)性加固措施，在山墻上增設(shè)了4根抗風(fēng)柱，并對山墻墻面進(jìn)行了簡單修復(fù)，但此舉僅為局部處理，未按廠房各系統(tǒng)進(jìn)行整體考慮。業(yè)主從廠房安全使用的角度出發(fā)，特委托專業(yè)人員對廠房的安全以及使用現(xiàn)狀進(jìn)行檢查及圖紙測繪，按照國家及地方相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，對廠房使用狀態(tài)作出綜合評估，在評估的基礎(chǔ)上對廠房進(jìn)行加固設(shè)計(jì)，以保證廠房的安全有效使用。

2廠房結(jié)構(gòu)勘察及鑒定

為了對廠房進(jìn)行全面、有效的加固設(shè)計(jì)，需要對整個(gè)廠房結(jié)構(gòu)進(jìn)行細(xì)致的勘察，以檢查出結(jié)構(gòu)的安全隱患。因此，不但對廠房的屋面、墻面、吊車梁系統(tǒng)、柱系統(tǒng)、構(gòu)件的連接節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了現(xiàn)場實(shí)地勘察和測繪，繪制出能夠反映廠房實(shí)際現(xiàn)狀的圖紙，還對廠房的實(shí)際承載能力和正常使用狀態(tài)進(jìn)行了計(jì)算復(fù)核。對廠房的橫向框架按照柱腳鉸接的假定進(jìn)行計(jì)算復(fù)核，計(jì)算結(jié)果發(fā)現(xiàn)邊柱的下柱平面外應(yīng)力超過了材料的容許應(yīng)力，約為容許應(yīng)力的1.15倍左右，如采用增大截面的做法則會(huì)面臨巨大的加固費(fèi)用和現(xiàn)場的焊接工作。由于廠房柱的柱腳底板較薄，僅為20mm，剛好滿足構(gòu)造要求，且僅在柱腳兩側(cè)翼緣各設(shè)置1塊加勁肋，這樣的柱腳構(gòu)造僅能視為典型的鉸接柱腳。在相同梁柱線剛度比下，柱底剛接比柱底鉸接時(shí)的長細(xì)比更小，而減小長細(xì)比有利于降低柱平面外的應(yīng)力。若將柱腳加固為剛接柱腳，其工作量顯然比加大柱截面小得多，對廠房的生產(chǎn)運(yùn)行的影響也可以降到最低，所以采取在柱腳增設(shè)加勁肋的措施，將底板分成若干個(gè)小區(qū)格，減小柱底板在柱底壓應(yīng)力作用下產(chǎn)生的彎矩，將柱腳加固成剛接柱腳，以減小廠房柱的長細(xì)比。廠房原有的柱間支撐桿件采用圓鋼管或?qū)嵭膱A鋼，其中圓鋼用于部分上柱支撐?？辈熘邪l(fā)現(xiàn)廠房整個(gè)柱間支撐的設(shè)置和施工存在諸多隱患:1)上柱的圓鋼支撐基本處于松弛狀態(tài)(圖2a)，而圓鋼支撐只有處于張緊狀態(tài)時(shí)才能發(fā)揮作用，松弛的圓鋼沒有軸向剛度，屋面的縱向力無法有效地向下傳遞。2)部分圓鋼管支撐有明顯的彎曲變形，有的柱間支撐存在桿件缺失的情況(圖2b)，而有的柱間支撐未延續(xù)至柱底(圖2c)。發(fā)生彎曲的支撐其剛度已經(jīng)退化，不能繼續(xù)有效地抵抗水平力作用。缺失的支撐桿件以及未延續(xù)至柱底的柱間支撐阻斷了水平力向下傳遞的路徑，轉(zhuǎn)而通過廠房柱平面外受彎來抵抗水平力。3)支撐節(jié)點(diǎn)板厚度較薄且有較為普遍的變形現(xiàn)象，柱間支撐桿件與節(jié)點(diǎn)板的連接長度也明顯不足，連接焊縫的外觀質(zhì)量比較粗糙，有漏焊現(xiàn)象。4)十字交叉支撐的交叉節(jié)點(diǎn)構(gòu)造不合理。有的采用直接相貫連接;有的在其中一根圓管上外套一段圓管作為加強(qiáng)措施，另一根支撐斷開后再與外套管焊接連接。勘察中發(fā)現(xiàn)，鋼管的相貫節(jié)點(diǎn)處已經(jīng)出現(xiàn)管子凹陷的現(xiàn)象，外套管相貫節(jié)點(diǎn)處鋼管錯(cuò)邊的現(xiàn)象也比較普遍。這些交叉節(jié)點(diǎn)由于沒有可靠的加強(qiáng)措施，也難以有效地傳遞結(jié)構(gòu)內(nèi)力，處于“半失效”的狀態(tài)。對廠房的縱向柱間支撐系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算復(fù)核，計(jì)算結(jié)果表明:在不考慮溫度應(yīng)力的前提下，現(xiàn)有的柱間支撐和系桿截面尚能滿足設(shè)防烈度地震、風(fēng)荷載和吊車縱向剎車力作用下的承載能力。但由于大批量的支撐桿件和系桿發(fā)生了明顯變形，整個(gè)支撐系統(tǒng)已無法繼續(xù)使用，而且端部的下柱支撐還使得溫度應(yīng)力無法釋放。在勘察中發(fā)現(xiàn)，靠近山墻約4列中柱沿縱向傾斜嚴(yán)重。后經(jīng)柱子傾斜測量表明，靠近二期廠房山墻部位的多根柱子已到達(dá)危險(xiǎn)點(diǎn)，存在嚴(yán)重安全隱患。廠房在山墻處的兩個(gè)柱距之間均布置了上柱和下柱支撐，并且該柱間支撐在每個(gè)下柱區(qū)域均設(shè)置了兩道交叉支撐，由于廠房的縱向長度較長，在溫度應(yīng)力的作用下，該區(qū)域的柱間支撐均出現(xiàn)了不同程度的變形。從整個(gè)廠房柱間支撐系統(tǒng)的布置上來看，也存在很多不合理的地方。該廠房分兩期建設(shè)，一期廠房的柱間支撐設(shè)置符合GB50011—2010《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求，即在縱向溫度區(qū)段的兩端僅設(shè)置上柱柱間支撐，在溫度區(qū)段的中部依據(jù)廠房的長度酌情設(shè)置若干道上、下柱柱間支撐;二期廠房的高度略低于一期廠房，且柱間支撐的設(shè)置未對兩部分廠房進(jìn)行統(tǒng)籌考慮，柱間支撐的布置顯得較為無序和雜亂，兩部分廠房之間也沒有設(shè)置伸縮縫。二期廠房屋面檁條、吊車梁直接與一期廠房相連接，廠房縱向總長達(dá)到378m，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過CECS102∶2002《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》中廠房縱向溫度區(qū)段長度不得超過300m的規(guī)定。此外，二期廠房在縱向的兩端均設(shè)置了下柱柱間支撐，使縱向溫度應(yīng)力無法釋放，轉(zhuǎn)而積聚在結(jié)構(gòu)內(nèi)部，經(jīng)過多年冷熱膨脹和收縮變形的往復(fù)作用，很多柱間支撐和縱向系桿均出現(xiàn)整體屈曲的現(xiàn)象。二期廠房的東側(cè)山墻在臺(tái)風(fēng)期間出現(xiàn)重大險(xiǎn)情，是本次勘察的重點(diǎn)之一。勘察中發(fā)現(xiàn)，使用方雖然對山墻采取了臨時(shí)加固措施，增加了4根抗風(fēng)柱，并在山墻局部布置了山墻柱間支撐，但是山墻柱的布置并不與山墻的長度相匹配，山墻柱的定位并未處于廠房柱之間的等分點(diǎn)上，很多山墻柱由于柱距較大，檁條的跨度也較長，在夏季臺(tái)風(fēng)季節(jié)仍會(huì)出現(xiàn)風(fēng)荷載作用下墻面變形的可能。山墻柱的柱頂直接與屋面梁的下翼緣連接，在風(fēng)荷載的作用下屋面梁受到抗風(fēng)柱施加的扭矩作用，而屋面的水平支撐節(jié)間由于和抗風(fēng)柱的位置錯(cuò)開，從而使得由山墻柱傳給屋面的集中力不能直接傳遞給屋面的水平支撐系統(tǒng)，整個(gè)山墻區(qū)域的結(jié)構(gòu)布置不能達(dá)到受力合理、傳力直接的效果，這是加固改造的重點(diǎn)部位之一。對吊車梁進(jìn)行了承載能力和正常使用狀態(tài)的計(jì)算復(fù)核，計(jì)算結(jié)果發(fā)現(xiàn)吊車梁的承載能力不能滿足兩臺(tái)吊車位于同一柱距內(nèi)的工作狀態(tài);當(dāng)1個(gè)柱距內(nèi)僅有1臺(tái)吊車工作且吊車的起重量達(dá)到100kN時(shí)，吊車梁強(qiáng)度和變形均不能滿足相關(guān)規(guī)范要求;當(dāng)1個(gè)柱距內(nèi)僅有1臺(tái)吊車工作且吊車的起重量達(dá)到80kN時(shí)，吊車梁強(qiáng)度能滿足，跨中變形不能滿足相關(guān)規(guī)范要求。由于吊車梁的加固需要通過在已有的吊車梁本體上焊接型鋼或鋼板的方式來增強(qiáng)其承載能力，其現(xiàn)場的焊接量巨大且會(huì)影響到車間正常的生產(chǎn)運(yùn)行，故進(jìn)一步限制吊車的起吊重量或許更切合實(shí)際。

3廠房結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)

針對以上所述問題對整個(gè)廠房結(jié)構(gòu)進(jìn)行統(tǒng)籌考慮，制定出合理有效的加固設(shè)計(jì)方案。由于廠房的眾多柱間支撐和縱向系桿均出現(xiàn)不同程度的整體屈曲變形，且布局存在諸多不合理，整個(gè)廠房縱向柱間支撐體系已處于不可靠的工作狀態(tài)，不能為廠房柱提供穩(wěn)定的平面外支點(diǎn)，所以廠房的柱間支撐系統(tǒng)應(yīng)進(jìn)行全面更換，并且由于廠房縱向長度超長，需要對一、二期廠房的結(jié)合處采取變形伸縮的措施，保證廠房的縱向受力體系可承受各種縱向力的作用，從而確保廠房結(jié)構(gòu)的安全。1)在屋面和墻面檁條的檁托板上焊接事先開設(shè)好長圓孔的節(jié)點(diǎn)板，節(jié)點(diǎn)板作為檁條新的支座，原有檁托板上的螺栓在新節(jié)點(diǎn)板和原有檁托安裝固定完畢后卸除，使得檁條可以沿著長圓孔的方向具備適當(dāng)?shù)纳炜s滑動(dòng)空間。2)將原吊車梁牛腿側(cè)面加長，并更換吊車梁下方原有的水平節(jié)點(diǎn)板，重新安裝開設(shè)有長圓孔的節(jié)點(diǎn)板，新節(jié)點(diǎn)板要與吊車梁的支座加勁肋間隔適當(dāng)?shù)木嚯x。在安裝新節(jié)點(diǎn)板前，吊車梁需事先從柱子上卸下，為節(jié)點(diǎn)板的安裝提供操作面。吊車梁卸至地面后，在下翼緣對應(yīng)節(jié)點(diǎn)板長圓孔的位置用磁力鉆開設(shè)好螺栓孔，再重新安裝至原位置，節(jié)點(diǎn)板的長圓孔與吊車梁下翼緣的圓孔之間用永久螺栓連接，使得吊車梁在廠房柱牛腿上能有適當(dāng)?shù)幕瑒?dòng)距離。在處理好一、二期廠房變形伸縮的問題后，就可以著手布置二期廠房新的柱間支撐體系。二期廠房在縱向溫度區(qū)段的端部僅布置上柱支撐，在溫度區(qū)段的中間按照相鄰柱間支撐間距不超過60m的原則，布置了3道上、下柱支撐，保證廠房縱向具備足夠的剛度。上柱支撐采用單片支撐，支撐形式根據(jù)桿件的角度大小采用人字形或十字交叉形;下柱支撐采用雙片支撐，支撐形式采用十字交叉形，支撐桿件均采用熱軋角鋼。二期廠房的山墻結(jié)構(gòu)需要重新布置，原有的山墻柱并不廢棄，但需重新布置在廠房橫向的等分點(diǎn)處，抗風(fēng)柱的柱距定為6m，與屋面水平支撐的節(jié)間相對應(yīng)?？癸L(fēng)柱的上端用彈簧板與屋面梁腹板連接，連接位置設(shè)置在距離屋面梁上翼緣100mm處，可避免屋面梁受扭。山墻的檁條及墻面板也全部重新更換，檁條的檁距控制在1.5m以內(nèi)，檁條與抗風(fēng)柱之間設(shè)置隅撐以保證抗風(fēng)柱內(nèi)翼緣的側(cè)向穩(wěn)定。靠近山墻處的傾斜廠房柱存在安全隱患，其中?列線位于①、②軸的廠房柱的柱頂沿廠房縱向的傾斜值分別為88mm和193mm，傾斜度分別為柱高的1/131和1/60，已達(dá)到危險(xiǎn)房屋的判定標(biāo)準(zhǔn)，但由于柱間支撐和吊車梁的支撐作用，廠房柱暫時(shí)未出現(xiàn)險(xiǎn)情。為了排除安全隱患，在更換全廠柱間支撐的同時(shí)，需要對傾斜柱進(jìn)行加固。廠房柱在傾斜后，屋面梁及吊車梁會(huì)對柱平面外產(chǎn)生附加彎矩的作用，所以對廠房柱的加固方法就是增加柱截面繞弱軸方向的截面模量。將屋面梁及吊車梁傳給廠房柱的集中力乘以廠房柱柱頂和肩梁處的柱傾斜值就可以計(jì)算出廠房柱的平面外彎矩，在需要加固的廠房柱腹板兩側(cè)貼焊T形鋼來承受該彎矩，T形鋼的截面采用TN100×100，沿廠房柱的上柱或下柱全長設(shè)置。

4結(jié)束語

通過對該鋼材加工廠房進(jìn)行全面而細(xì)致地勘察和測量，并在此基礎(chǔ)上對廠房的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算分析，從廠房的結(jié)構(gòu)體系入手，找出影響結(jié)構(gòu)正常承載和安全使用的主要問題，進(jìn)而深入地分析和尋找廠房構(gòu)件及節(jié)點(diǎn)構(gòu)造中存在的安全隱患，由此順利制定出對結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固和修復(fù)的一整套全面、合理的實(shí)施辦法，解決了山墻抗風(fēng)能力不足、縱向支撐體系不能為廠房提供足夠剛度的問題，確保該廠房能夠安全、正常的生產(chǎn)運(yùn)行。

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作者:沈佳星 肖志剛 單位:寶鋼工程技術(shù)集團(tuán)寶鋼建筑系統(tǒng)集成有限公司