一種采用嵌套L型檁條將簡支C型檁條加固為連續檁條方法的分析研究

文/王彥召 江蘇環保產業技術研究院股份公司 江蘇南京 210000

1、前言

隨著我國輕型鋼結構技術的迅猛發展，鋼結構建筑由于其自重輕、造價低、工期快、節能環保、工業化程度高等諸多優點，已深入到各個建筑領域，其可適用于大跨度工業廠房、倉儲庫房、體育館、飛機場、客運站、民用住宅等。目前，在既有屋頂新增光伏、空調等項目越來越多，許多屋頂采用簡支C 型檁條，承載能力有限，很難滿足新項目的承載要求。直接加大檁條截面或加密檁條等方法因涉及到拆除及恢復屋頂等，加固成本極其高昂，導致許多新增屋頂分布式光伏等項目難以實施。隨著新規范《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規范GB51022-2015》的實施，在不增加新荷載的情況下，原有許多檁條已不滿足新規范的承載力要求，存在一定的安全風險。因此急需一種簡單可行且成本低廉的加固方法來解決檁條強度不足的問題。而C 型連續檁條的用鋼量指標較低，方便施工，承載力強，應予推廣[1]。筆者通過理論與實際經驗結合，提出一種采用嵌套L 檁條將簡支C 型檁條加固為連續檁條的方法，本文嘗試通過對比研究和理論分析，對該方法的可靠性和可行性進行充分論證。

2、現有C 型簡支檁條加固為連續檁條方法分析

《新鋼結構設計手冊》[2]中卷邊C 型檁條可采用不同型號的卷邊C 型鋼套置搭接。搭接長度2a 及其連接螺栓直徑應根據連續梁中間支座處的彎矩確定。手冊中采用將搭接段嵌套在C 型檁條內的內置方法。

進一步的《C 型連續檁條的可行性研究》[1]，作者詳細研究了C 型簡支檁條改變為連續檁條的可行性，論文中采用整段C 型檁條嵌套搭接的方法，經過試驗驗證發現C 型連續檁條較簡支檁條跨中彎矩明顯減少，減少幅度約30%，說明搭接模型與實際工作情況是接近一致的，建立的搭接模型是可靠的。試驗中采用將搭接檁條包套在C 型檁條外的外置方法。

對于新建廠房，此兩種方法都無可厚非。但對于已建廠房，檁條和彩鋼瓦已經通過螺栓等連接件安裝就位，檁條在屋頂處于高位，原先施工時的腳手架早已拆除。假如采用外套搭接，必須將彩鋼瓦掀開，且原有檁條須移動至少一個翼緣寬度的距離，將外套檁條放置就位后再將原有檁條復位。該方法的施工難度大且成本高昂，對已建廠房幾乎沒有可操作性，不建議推廣。假如采用內嵌搭接，因檁條翼緣有彎折段，搭接檁條如要塞入原有檁條內部，勢必比原有檁條截面小很多，兩個翼緣必有一個不能與原有檁條互相貼合，而如采用規范中上下翼緣完全貼合的形式，施工時不拆除原有檁條和彩鋼瓦是塞不進去的，此種方法對已建廠房也幾乎沒有實際可操作性，不建議推廣。

以上兩種方法所用搭接檁條是非標的，生產需另外開模，而搭接段因尺寸較短，只約有原有檁條長度的10%，極大提高了實際造價，無太大實用價值。

3、采用嵌套L 型檁條將簡支C 型檁條加固為連續檁條方法

3.1 方法介紹

專利：ZL2017 2 1453802.3，通過在簡支C 型檁條支座附近附加兩根類L 型檁條，使檁條受力形態由簡支C 型檁條變為連續檁條，以提高檁條承載能力，從而達到加固檁條的目的。具體方案如下圖：

圖3.1 嵌套雙L 型檁條加固方法示意圖

加強件均由成品C 型檁條切割而成，或直接采用冷彎技術制作而成，施工時不需要拆除屋頂，不需要移動原有檁條，只需將原有檁條支座處螺母松開，將兩根L 型檁條依次上下嵌套進原有檁條，然后在搭接端頭和支座處用螺栓固定即可。

該方法與行業內現有的加固方法（如加密、更換檁條等）相比，具有不需要拆除屋頂、施工簡易、周期短、費用小、可靠性強等優點，目前已得到多個實際項目驗證，可行性高，具有很強的市場競爭力。

3.2 嵌套搭接雙L 型檁條加固方法可靠性分析

假定論文[1]中搭接段C 型檁條截面模量為W1，且W1=W 上翼緣+W 腹板+ W 下翼緣；本方法中所有搭接段雙L 型檁條截面模量為W2，且W2≈W 上翼緣+2＊W 腹板+ W 下翼緣。很明顯同等條件下W2＞ W1。因此可推斷，采用該方法可以達到論文[1]實驗中所能達到的加固效果，且更為可靠。

《連續檁條設計中的搭接長度分析》中提出在支座腹板處增加加強片承擔全部剪力來防止檁條腹板屈曲的發生。而采用雙L 檁條搭接，支座處實際有三道腹板，無意間巧妙地解決了該問題。

由此可見該方法在解決搭接連續檁條強度方面可靠性強。

3.3 嵌套搭接單L 型檁條加固方法可靠性分析

目前行業內有部分工程師采用單根L 型檁條翼緣朝上搭接加固簡支C 型檁條（如圖3.2），筆者以為不妥。假定該種方法截面模量為W3，則W3≈W 上翼緣+W 腹板。同等條件下W3＜W1，該方法是否可靠，需要另外做實驗驗證。

圖3.2 嵌套單L 型檁條加固方法示意圖1

如果風荷載較大，而屋頂恒載較輕，風吸力情況下可能在跨中產生可觀的負彎矩，而支座處反而產生較大的正彎矩，此時該方法因底部未有連續的翼緣抵抗該部分正彎矩，存在較大的安全風險。

同理，采用單L 檁條翼緣朝下的加固方法（如圖3.3）則存在相反缺陷，相關論證方法同上，此處略去。

圖3.3 嵌套單L 型檁條加固方法示意圖2

這兩種方法的可靠性較差，建議進一步實驗分析，因地制宜，慎重采用。

結論：

通過以上研究分析，得出如下結論：

（1）外套或內套非標C 型搭接連續檁條，對于新建廠房連續檁條的實現有一定意義，而對于既有廠房檁條加固，這兩種方法成本高，施工難度大，經濟效益低，不建議推廣。

（2）采用嵌套雙L 檁條將簡支C 型檁條加固為連續檁條方法從理論上是可靠性強，與規范比較貼合，且該方法尚能有效防止支座處腹板屈曲。實際操作中可行性高，成本低，具有極高的經濟價值，建議大規模推廣應用。

（3）采用嵌套單L 檁條將簡支C 型檁條加固為連續檁條方法有一定局限，需要進一步實驗論證分析，極端情況下安全風險較大。實際項目中應因地制宜，慎重采用，不建議大規模推廣應用。