單層鋼結構廠房的檢測和加固優化設計研究

馬潔

【摘要】各地新建廠房的數量迅速增加。鋼結構因其施工速度快，重量輕，抗震性能好，利于環保等顯著優點在國內外市場中應用越來越廣泛。與此同時，許多鋼結構廠房在建設過程中出現了設計、制造和施工不符合規范的現象，為結構的安全性、適用性和耐久性埋下了隱患。本文介紹了某單層鋼結構廠房在檢測過程中發現的不滿足規范的現象，并提出了加固處理方案。

【關鍵詞】單層鋼結構；廠房；檢測；加固；優化設計

前言：

隨著我國經濟的快速發展，工業廠房建設量多面廣，且以單層廠房居多。

目前，我國單層工業廠房以鋼結構為主，且普遍釆用壓型鋼板、夾芯板等輕質

材料作為屋面的有檁體系，圍護墻也以這些輕型材料為主。現代工業廠房較傳統工業廠房形式發生了很大變化，但它的設計方法多沿用過去傳統的簡化方法。在簡化設計方法中，存在很多不完善的地方，可能導致結構出現安全隱患。

1.建筑鋼結構檢測鑒定理論

檢測鑒定理論方法：

目前一般建筑物的檢測鑒定方法主要劃分為三種：傳統經驗法、實用鑒定法、可靠概率鑒定法。

a.傳統經驗法

有經驗的專家通過現場觀察和簡單的計算分析，以原設計規范為依據，根據個人專業知識和工程經驗對建筑物進行檢測鑒定。該方法簡單，在工程應用上多處于保守。

b.實用鑒定法

實用鑒定法是在傳統經驗法的基礎上發展起來的，應用各種檢測手段對建筑物及其環境進行調查、檢查和測試，應用計算機技術、試驗技術以及其他相關技術和方法分析建筑物的性能和狀態，全面分析建筑物所存在問題的原因，以現行標準規范為依據，按照統一的檢測鑒定程序，從安全性、適用性多個方面綜合評定建筑物的可靠性水平。在檢測鑒定過程中，主要有三方面的工作：（l）結構或構件計算，（2）整體結構解析評定，（3）結構或構件試驗。與傳統經驗法相比，實用鑒定法十分強調檢測手段和試驗數據，對建筑物的性能狀態認識較客觀準確，而且具有合理、統一的評定標準。

c.可靠概率鑒定法

可靠概率鑒定法運用概率論和數理統計原理，采用非定值統計規律對建筑物的可靠度進行鑒定。建筑物的作用效應S，結構抗力R以及影響建筑物的諸多因素并非固定不變，而是在一定范圍內波動的隨機變量，按照現有規程、規范進行結構分析和應力計算屬于定值法范圍內，用定值法的固定值去分析既有建筑的隨機變化，顯然是不合理的。可靠概率鑒定法在理論上是完善的，但目前離實際應用還有距離。困難在于結構物的不定性，這種不定性來自于材料強度的差異和計算模型的差異，同時對于結構體系的可靠度還正處在研究階段。總的來說，從發展趨勢上講，可靠概率鑒定法仍是檢測鑒定方法的發展方向，本文也基于可靠度理論，建立針對建筑鋼結構的檢測鑒定框架

2.建筑鋼結構檢測鑒定層次體系及相互關系

2.1建筑鋼結構檢測層次體系

（1）整體檢測單元

首先我們知道，衡量一個結構的健康狀況，其整體的可靠度是最關鍵的，

結構的局部破壞，最終要反映到是否對結構整體造成影響，其整體的健康狀態

是檢測的最終目的

（2）檢測子系統

接下來的一個層次是檢測子系統，本文根據建筑鋼結構的特點，將鋼結構

整體劃分為鋼結構傳力系統、鋼結構圍護系統和鋼結構其他系統三個功能模塊：

鋼結構傳力系統是鋼結構的骨架，是結構承載能力的主要保障，主要包括

鋼結構地基基礎和鋼結構上部結構兩部分

（3）結構構件

同時，鋼結構的整體及其各個系統，均是由其結構構件有機構成的，因此

框架的第三個層次，是鋼結構的構件。

2.2建筑鋼結構檢測體系中的關鍵理論

由上節我們知道，建筑鋼結構的檢測體系分為4個層次，檢測總體上是自

下而上的過程，因此各個層次之間的聯系非常重要。要使抽樣檢測的構件能夠全面、準確的反映結構的整體狀況，從而進行整體計算，需要從兩個關鍵方面進行保障：

一是抽樣的原則，抽樣構件的樣本容量必須滿足一定的要求。《建筑結構檢

測技術標準》（GB/T50344一2004）[3]按構件的重要性規定了建筑結構抽樣檢測的批次和最小的樣本容量，鋼結構健康檢測的樣本容量也不應該低于這本規范的要求。

二是抽樣批的選擇，盲目的擴大樣本容量也是沒有用的。需要在對構件進

行抽樣檢測時，按構件所處環境、使用條件、荷載作用狀況、構件功能等條件，

滿足一定相似條件的構件進行分類，按照相同類別的構件進行足夠樣本容量的

抽樣。應盡量使抽樣構件的缺陷分布函數與整體構件的缺陷分布函數基本吻合，

從而使抽樣的構件能夠反應所有構件損傷狀況的全貌。

3.鋼結構廠房加固優化設計

3.1屋蓋體系加固優化設計

3.1.1加固設計

由于屋面檁條間因未設置拉條、斜拉條和檁條撐桿，各檁條無法組成穩定的受力體系，因此應增設拉條、斜拉條和檁條撐桿。拉條采用圓鋼，通過螺栓與檁條連接。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，應同時增設斜拉條。加固時應注意，由于冷彎薄壁C形檁條自身抗扭轉剛度很弱，在豎向荷載作用下，由于檁條的重心與形心不重合，這就產生了一個扭轉力矩，因此拉條應設在距檁條上翼緣1/3腹板高度的范圍內，使拉條拉力產生抵抗力矩，防止檁條發生扭轉失穩。拉條如圖3所示。拉條作為檁條的側向支撐點，同時受拉和受壓，因此應在屋脊和檐口的檁條間增設。由于生產車間未設置屋面水平支撐和系桿，導致水平風荷載無法有效傳遞，各剛架無法組成空間穩定體系，房屋縱向剛度不足，因此應增設屋面水平支撐和系桿。系桿采用圓鋼管，沿廠房縱向通長設置；水平支撐采用交叉單角鋼，以減小屋架平面外側移。

3.1.2驗算加固結果

采用SAP2000軟件進行結構驗算，為簡化計算，取廠房主體結構進行計算，同時對天窗進行簡化處理.在永久荷載、活荷載、雪荷載、積灰荷載、風荷載、水平地震作用下按照SAP2000的工況組合，增設的拉條、系桿和水平支撐承載力均能滿足要求。通過對桿件在有地震參與的最不利工況組合的內力，與無地震參與的最不利工況組合的內力的對比，發現地震對拉條、系桿和水平支撐承載力不起控制作用。

3.2柱間支撐加固優化設計

本工程因車間采用格構柱，考慮到雙片支撐易使兩個柱肢受力均勻，支撐斜桿與翼緣節點板焊接時更易操作，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：

綜上，在本文的單層鋼結構廠房的檢測方法和加固措施的過程中，我們可以看出，一方面要根據該廠房的實際情況出發，另一方面還要考慮到檢測和加固的可操作性，以便于提高單層鋼結構廠房檢測和加固的質量和效率，從而促進單層鋼結構廠房施工過程的順利進行。

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