一種采用嵌套L型檁條將簡支C型檁條加固為連續(xù)檁條方法的分析研究

王彥召

【摘要】本文通過對嵌套L型檁條將簡支C型檁條改變?yōu)檫B續(xù)檁條的加固方法在實際應(yīng)用中的操作分析和理論分析，并對比了既有外套和內(nèi)置搭接檁條加固方法的優(yōu)缺點，驗證了專利ZL2017 2 1453802.3方法的可靠性和可行性。

【關(guān)鍵詞】C型簡支檁條;連續(xù)檁條;加固;L型檁條

1、前言

隨著我國輕型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)的迅猛發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)建筑由于其自重輕、造價低、工期快、節(jié)能環(huán)保、工業(yè)化程度高等諸多優(yōu)點，已深入到各個建筑領(lǐng)域，其可適用于大跨度工業(yè)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(diào)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(fù)屋頂?shù)龋庸坛杀緲O其高昂，導(dǎo)致許多新增屋頂分布式光伏等項目難以實施。隨著新規(guī)范《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)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(guī)范的承載力要求，存在一定的安全風(fēng)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(xù)檁條的用鋼量指標(biāo)較低，方便施工，承載力強，應(yīng)予推廣[1]。筆者通過理論與實際經(jīng)驗結(jié)合，提出一種采用嵌套L檁條將簡支C型檁條加固為連續(xù)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(xiàn)有C型簡支檁條加固為連續(xù)檁條方法分析

《新鋼結(jié)構(gòu)設(shè)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(yīng)根據(jù)連續(xù)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(nèi)的內(nèi)置方法。

進一步的《C型連續(xù)檁條的可行性研究》[1]，作者詳細(xì)研究了C型簡支檁條改變?yōu)檫B續(xù)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(jīng)過試驗驗證發(fā)現(xiàn)C型連續(xù)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(jīng)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(fù)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(nèi)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(nèi)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(guī)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(biāo)的，生產(chǎn)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(xù)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(tài)由簡支C型檁條變?yōu)檫B續(xù)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：

加強件均由成品C型檁條切割而成，或直接采用冷彎技術(shù)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(yè)內(nèi)現(xiàn)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(yōu)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(xù)檁條設(shè)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(dān)全部剪力來防止檁條腹板屈曲的發(fā)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(xù)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(yè)內(nèi)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

如果風(fēng)荷載較大，而屋頂恒載較輕，風(fēng)吸力情況下可能在跨中產(chǎn)生可觀的負(fù)彎矩，而支座處反而產(chǎn)生較大的正彎矩，此時該方法因底部未有連續(xù)的翼緣抵抗該部分正彎矩，存在較大的安全風(fēng)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(guān)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(jié)論：

通過以上研究分析，得出如下結(jié)論：

（1）外套或內(nèi)套非標(biāo)C型搭接連續(xù)檁條，對于新建廠房連續(xù)檁條的實現(xiàn)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(jīng)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(xù)檁條方法從理論上是可靠性強，與規(guī)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(jīng)濟價值，建議大規(guī)模推廣應(yīng)用。

（3）采用嵌套單L檁條將簡支C型檁條加固為連續(xù)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(fēng)險較大。實際項目中應(yīng)因地制宜，慎重采用，不建議大規(guī)模推廣應(yīng)用。

參考文獻：

[1]俞廣東，夏軍武，袁浩文.C型連續(xù)檁條的可行性研究.西安建筑科技大學(xué)學(xué)報，2013.45（6）：813-816.

[2]汪一駿，馮東，等.新鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計手冊.北京：中國計劃出版社，2018.145.