門式剛架輕鋼結構廠房的加固設計

現階段，我國社會經濟飛速發展，工業化建設發展速度極快，多數廠房為臨建項目，選擇造價低、施工簡便、移動性良好的廠房是工業建設的首選。輕鋼結構廠房符合上述廠房特點，因此，受到很多建設工程的偏愛。但是，在激烈的市場競爭大環境中，施工單位為追求利益最大化，通常滿負荷設計輕鋼廠房，一旦廠房受到超負荷壓力時，極可能引發安全事故，因此，對輕鋼廠房進行加固處理十分重要。

1 工程實例

某工業項目是一個預建設面積為10760m2、高度為13.4m的工業廠房，選用輕鋼結構進行建設，采用單層多跨式雙坡工藝對輕鋼進行焊接操作，以門式鋼架作為負荷承載截面，截面面積為10584m2，共有八根支柱，支柱之間距離為9m，7個跨度，跨距均為21m。該輕鋼結構廠房在遭受一場雪災后，廠房結構部分破損，尤其以承載負荷的部位損壞最為嚴重。圖1可見M點和D點之間房屋受損嚴重，M點和L點之間17到20跨、M點和L點之間、E點和D點之間22到23跨廠房頂部出現坍塌。

圖1 平面效果圖

結合輕鋼廠房實際受損現象進行分析，廠房檁條處的承受符合能力較弱，所受壓力超過一定限值會造成檁條彎曲受損。鋼柱上部結構破損嚴重，墻壁向側彎曲明顯。受雪災后的廠房部分結構變形嚴重，一部分是由于積雪壓力所致變形，另一部分結構形變是由于廠房基礎不均勻沉降引起的結果變形。

2 加固設計原則

(1)積雪引起的壓強取0.50kN/m2，由于大風造成的壓強取0.50kN/m2;(2)恒荷載數值應以廠房實際工作情況確定;(3)屋頂積雪分布系數按照設計規范中給出的系數適當提高，以項目所在地的積雪分布荷載為基礎，該項目取2～4，承重鋼件的重要性系數取1.1;(4)計算檁條過程中，積雪荷載取值可參照本次雪災的積雪分布規律進行計算;(5)未受損的部件和各部件連接處也可能受損，加固設計中也應考慮這部分因素;(6)加固方案應保證實際工作方便，可操作，減少加固工程對正常生產運行的影響;(7)加固過程中應保證生產安全、方案合理可行;(8)根據實際情況，可將修復、加固工作分階段實施操作。

3 鋼架加固

3.1 加固設計方案

按照上述工程實例情況，基于目前加固設計標準和操作規范，結合事故檢測報告中提及的問題進行分析，本文設計了2種鋼架加固方案，進行篩選。

方案一:通常廠房荷載計算只選取恒荷載，一般為50年最大風雪荷載量進行計算。這種方案計算所得的輕鋼廠房強度并不能滿足實際工作需求，也不能達到設計標準。為解決上述問題，本方案對承重梁進行加腋處理，以緩解焊接重量，柱翼緣選擇對稱焊接，以提高承載能力。該方案所需焊接工作量大，對生產過程的影響也大。

方案二:對上述工程實測數據分析可知，廠房懸掛荷載較低，鋼架所承受恒荷載為0.3kpa。按照上述數據可知，輕鋼廠房外部構件穩定性不達標，在柱翼緣處加入剛性系桿，以緩解這一問題。該加固方案工作量較少，對廠房內部設備生產運行影響也小。對廠房實際工作情況進行分析，在廠房運行過程中不能有灰塵產生，兩種方案進行對比分析，選取方案二進行加固處理。

3.2 荷載取值范圍

在計算過程中確定荷載取值范圍，選擇輕鋼結構設計可以按照相關設計規范選取合理數值。通常情況，雪壓、風壓選取50年內最大值，本工程分別選取0.5kpa和0.55kpa;恒荷載量取0.3kpa，懸掛荷載量取0.1kpa;房屋自重計算得 0.2kpa。

按照上述荷載取值范圍進行核算，該數值是按照單向剛接計算所得，而實際工作中是雙向剛接，應對上述數據進行處理。根據上述數據可見，輕鋼結構中主要存在超負荷工作現象，大部分鋼架外部穩定應力超過承受限值。經分析可知，保證鋼架柱穩定應力不超過1，面部長度應取5.5米進行計算。此外，鋼架梁所承受的應力也超極限運行，要保證穩定性達標，面外長度應取3米進行計算。

3.3 剛架結構的加固

如圖2所示，剛架結果加固處理即在柱間設置剛性系桿，以降低軸面外部的長度，設計規范中規定，面積應小于5.5m2，該工程計算0.9m×5.85m=5.25m2，符合規范條件。

圖2 柱間剛性系桿

4 維護結構的加固設計

4.1 檁條的加固設計

在對檁條進行加固設計中，應首先確定檀條部分的荷載數值。參考本次雪災積雪分布規律進行計算。在進行加固處理時，應輕輕揭開廠房外頂板，為確保廠房能夠正常運行，廠房內部環境不受影響，應將廠房內頂板留于廠房頂部，為緩解承載應力作用，應增加檁條數量。檁條加固設計時應結合實際積雪荷載量和分布范圍，選擇最為經濟合理的檁條位置和數量進行加固設計。積雪較少的位置處檁條可以不改變布設位置，在原檁條位置加設2.5毫米厚的C狀檀條;在積雪符合較大的區域，在原檁條處加設3毫米厚的C狀檀條，加設的C狀檀條高度應與原檀條保持一致;在積雪最嚴重的區域，可利用25a熱軋槽或者H型鋼檁條焊接到原檀條位置，對受損部位進行焊接修復處理，以加強原檁條的承載能力。

4.2 其他結構的加固設計

屋面支撐材料的加固應遵循設計規范中規定的設計方法進行設計，加設剛性系桿以提高屋面整體的承載能力，同時，設計者還應考慮實際加固施工的可操作性，選取最方便可行的設計方案。墻梁加固設計中，可在需要加固的墻梁部位增設一道墻。懸掛梁加固時應在連接處加設剛性系桿，以增強梁的承載力。雨篷加固，可將槽鋼焊接在橫梁上，增大衡量的抗扭強度。

5 結束語

輕鋼結構廠房質量輕便，施工程序簡單，在實際建設中有很大優勢，但在后期運行過程中，因輕鋼廠房承載力較差，在遭遇雨雪天氣時，很可能造成不同程度的損壞，因此，對于輕鋼結構廠房各部位加固工作尤為重要。在加固設計中，要考慮廠房需加固的部位結構以及施工實際條件，按照廠房所在環境的實際情況，選擇合理的加固設計方案，嚴格按照設計規范和標準中規定的設計原則和要求進行加固設計。在加固設計過程中，還應盡量減少焊接、粘結等方式的用量，降低加固成本。在加固施工過程中，應結合廠房實際情況，本文工程實例中的廠房內部環境不能產生灰塵，同時應保證廠房內空氣的清潔。按照方案二進行加固處理后的廠房，再次遭遇雪災，屋頂和墻面沒有出現坍塌情況，可見加固方案二作用顯著。