单层钢结构厂房的检测和加固优化设计研究.docx

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1、单层钢结构厂房的检测和加固优化设计研究2.宁夏建筑科学研究院股份有限公司宁夏银川750021摘要：随着各地新建厂房的数量迅速增加。钢结构因其施工速度快，重量轻，抗震性能好，利于环保等显著优点在国内外市场中应用越来越广泛。与此同时，许多钢结构厂房在建设过程中出现了设计、制造和施工不符合规范的现象，为结构的安全性、适用性和耐久性埋下了隐患。关键词：单层钢结构；厂房；检测；加固；优化设计前言通过对加固方案的可操作性、施工周期、对工厂生产的影响和经济性指标等多方面的综合考量，确定针对各个受力体系的最优加固方案，包括屋盖体系加固优化设计、柱间支撑加固优化设计、排架柱加固优化设计，并验算了相关的结构加固方

2、案的加固效果。1建筑钢结构检测鉴定理论检测鉴定理论方法：目前一般建筑物的检测鉴定方法主要划分为三种：传统经验法、实用鉴定法、可靠概率鉴定法。（1）传统经验法。有经验的专家通过现场观察和简单的计算分析，以原设计规范为依据，根据个人专业知识和工程经验对建筑物进行检测鉴定。该方法简单，在工程应用上多处于保守。（2）实用鉴定法。实用鉴定法是在传统经验法的基础上发展起来的，应用各种检测手段对建筑物及其环境进行调查、检查和测试，应用计算机技术、试验技术以及其他相关技术和方法分析建筑物的性能和状态，全面分析建筑物所存在问题的原因，以现行标准规范为依据，按照统一的检测鉴定程序，从安全性、适用性多个方面综合评定

3、建筑物的可靠性水平。在检测鉴定过程中，主要有三方面的工作：1）结构或构件计算，2）整体结构解析评定，3）结构或构件试验。与传统经验法相比，实用鉴定法十分强调检测手段和试验数据，对建筑物的性能状态认识较客观准确，而且具有合理、统一的评定标准。（3）可靠概率鉴定法，可靠概率鉴定法运用概率论和数理统计原理，采用非定值统计规律对建筑物的可靠度进行鉴定。建筑物的作用效应S,结构抗力R以及影响建筑物的诸多因素并非固定不变，而是在一定范围内波动的随机变量，按照现有规程、规范进行结构分析和应力计算属于定值法范围内，用定值法的固定值去分析既有建筑的随机变化2建筑钢结构检测体系中的相互关系建筑钢结构的检测体系分为

4、4个层次，检测总体上是自下而上的过程，因此各个层次之间的联系非常重要。要使抽样检测的构件能够全面、准确的反映结构的整体状况，从而进行整体计算，需要从两个关键方面进行保障：一是抽样的原则，抽样构件的样本容量必须满足一定的要求。建筑结构检测技术标准（GB/T50344 2004）按构件的重要性规定了建筑结构抽样检测的批次和最小的样本容量，钢结构健康检测的样本容量也不应该低于这本规范的要求。二是抽样批的选择，盲目的扩大样本容量也是没有用的。需要在对构件进行抽样检测时，按构件所处环境、使用条件、荷载作用状况、构件功能等条件，满足一定相似条件的构件进行分类，按照相同类别的构件进行足够样本容量的抽样。应尽

5、量使抽样构件的缺陷分布函数与整体构件的缺陷分布函数基本吻合，从而使抽样的构件能够反应所有构件损伤状况的全貌。3屋盖体系加固优化设计（1）加固方案比选，方案一：卸除厂房原有的彩钢板代之以预应力混凝土大型屋面板屋面，将屋面板直接焊接在屋架上，板与板之间以细石混凝土灌缝。采用的混凝土大型屋面板尺寸为1.5mX7. 5m,混凝土屋面板需另设找平和隔热层,上铺小石子的油毡防水层，重量为2.53kN/m2,屋盖承重结构截面尺寸较大。方案二：在原厂房基础上合理增设屋面支撑系统。就加固后屋盖体系整体性而言，方案一优于方案二，大型屋面板可以有效传递水平荷载，但屋面荷载显著增大，需对屋架和排架柱等多个受力体系进行

6、加固，造成加固成本急剧上升和加固周期的延长。在原厂房上合理增设屋面支撑系统可使厂房满足空间刚度和整体稳定性要求，因加固而增加的屋面荷载较小，对其他受力体系的影响也较小，且加固成本低易操作。在对两方案优缺点进行比较后拟采用方案二，即在原厂房基础上合理增设屋面支撑系统以达到对屋盖体系加固的目的。（2）加固设计：1）增设屋面拉条、斜拉条和楝条撑杆，拉条采用圆钢，在屋脊和檐撑杆以受压，撑杆由拉条外套圆钢管组成。为形成几何不变体系，应同时增设斜拉条。加固时应注意，由于冷弯薄壁C形楝条自身抗扭转刚度很弱，在竖向荷载作用下，由于楝条的重心与形心不重合，这就产生了一个扭转力矩，因此拉条应设在距楝条上翼缘1/3

7、腹板高度的范围内，使拉条拉力产生抵抗力矩，防止楝条发生扭转失稳。拉条如图所示。拉条作为橡条的侧向支撑点，同时受拉和受压，因此应在屋脊和檐口的楝条间增设。图拉条位置详图2）增设屋面水平支撑和系杆，屋面水平支撑包括上（下）弦横向水平支撑和上（下）弦纵向水平支撑，均采用型钢L90X10,屋面水平支撑采用X型钢单角钢，以减少屋架平面外侧移。系杆采用圆钢管，沿厂房纵向通长设置；3）验算加固结果，工程设计验算按钢结构设计规范（GB50017-2003）,建筑抗震设计规范（GB50011-2010）,建筑结构荷载规范抗震设防烈度6度，场地类别H类，100t塔式吊车，工作级数A6,风荷载为0.45kN/m2。

8、采用SAP2000软件进行结构验算，为简化计算取厂房主体结构进行计算，同时对天窗进行简化，计算简图见图所示。在恒荷载、活荷载、雪荷载、积灰荷载、风荷载、水平地震作用下按照SAP2000的工况组合，增设的拉条、系杆和水平支撑承载力均能满足要求。通过对杆件在有地震参与的最不利工况组合的内力与无地震参与的最不利工况组合的内力的对比发现，地震对拉条、系杆和水平支撑承载力不起控制作用。图生产车间计算简图（3）排架柱加固优化设计，1）加固用材.材料强度取值：屋架（如图）、柱采用 Q235 钢，f=215N/mm2, fv=125N/mm2o图屋架不意2）承载力计算，采用10mm厚Q235钢板,焊脚尺寸为h

9、f=6mm的侧面角焊缝（fwf=160N/mm2） o加固截面强度、排架平面内稳定性、排架平面外稳定性、腹板局部稳定计算满足要求。取焊缝长度为300mll1,屈曲部位上下各150mm （如图）。图排架柱加固示意（a）焊脚；（b）屈曲部位4加固方案及建议根据工业建筑可靠性鉴定标准，对该厂房结构可靠性评定为二级。其主要承重构件如厂房柱、吊车梁等大面积防锈漆脱落、锈蚀且大量积灰，耐久性降低较大。尤其是吊车梁及辅助结构出现较严重锈蚀破损现象，影响厂房安全使用，需要立即采取措施。（1）由检测得到的数据可知，该钢图1柱子加固示意图结构厂房的柱子、吊车梁腐蚀较重，故全面暂停生产作业，及时加固柱子图一施工技术

10、措施示意图图二安全管理体系图及吊车梁，以便后期更换大吨位吊车。本厂房选取“加大构件截面法”，采用同种材料进行柱子及吊车梁的加固，加固所用钢板与原钢柱采用焊接方式，吊车梁下方增加一小梁与吊车梁为螺栓连接。如图1和图2所示。该方法具有几乎不改变结构形状，工期短，后期维护工作量小等优点，该加固方法在某些条件下，还可以在不卸载的情况下进行加固施工，不影响生产的正常进行，带来较好的经济效益。图2吊车梁加固示意图（2）厂房基础基本完好，部分基础混凝土破损处可进行修补补强。（3）屋面结构积灰严重，个别杆件弯曲变形及部分屋面楝条锈蚀严重需更换；屋面彩涂板、天窗及天沟破损严重需更换。（4）对厂房钢结构件，如厂房

11、柱、支撑、吊车梁系统、屋面系统应进行除尘除锈，重刷除锈漆及面漆。（5）由于工业厂房长时间使用作业生产，使用期间应定期对厂房结构进行检查、维护。结束语厂房的柱子及吊车梁的钢板进行了强度检测、厚度检测、化学元素含量和钢柱垂直度检测及房屋沉降情况调查。为加固设计提供了必要的工程数据。根据检测数据表明，厂房的柱子及吊车梁腐蚀严重，无法满足吊车吨位加大的要求，因此采取了 “加大构件截面法”，对柱子及吊车梁进行了加固，该加固方法在保证正常生产的情况下进行加固施工，提高了企业生产的经济效益。通过对加固后的厂房进行承载能力验算得知，加固后厂房柱及吊车梁均满足规范要求，具有良好的耐久性能。参考文献：1万清平,郝庆浅谈单层钢结构厂房的检测技术开发，2014.2张重清.李明.吴永久,等.单层房屋钢结构厂房的加固设计.工业建筑，2013.一全文完一