门式刚架轻钢结构厂房的加固设计

现阶段，我国社会经济飞速发展，工业化建设发展速度极快，多数厂房为临建项目，选择造价低、施工简便、移动性良好的厂房是工业建设的首选。轻钢结构厂房符合上述厂房特点，因此，受到很多建设工程的偏爱。但是，在激烈的市场竞争大环境中，施工单位为追求利益最大化，通常满负荷设计轻钢厂房，一旦厂房受到超负荷压力时，极可能引发安全事故，因此，对轻钢厂房进行加固处理十分重要。

1 工程实例

某工业项目是一个预建设面积为10760m2、高度为13.4m的工业厂房，选用轻钢结构进行建设，采用单层多跨式双坡工艺对轻钢进行焊接操作，以门式钢架作为负荷承载截面，截面面积为10584m2，共有八根支柱，支柱之间距离为9m，7个跨度，跨距均为21m。该轻钢结构厂房在遭受一场雪灾后，厂房结构部分破损，尤其以承载负荷的部位损坏最为严重。图1可见M点和D点之间房屋受损严重，M点和L点之间17到20跨、M点和L点之间、E点和D点之间22到23跨厂房顶部出现坍塌。

图1 平面效果图

结合轻钢厂房实际受损现象进行分析，厂房檩条处的承受符合能力较弱，所受压力超过一定限值会造成檩条弯曲受损。钢柱上部结构破损严重，墙壁向侧弯曲明显。受雪灾后的厂房部分结构变形严重，一部分是由于积雪压力所致变形，另一部分结构形变是由于厂房基础不均匀沉降引起的结果变形。

2 加固设计原则

(1)积雪引起的压强取0.50kN/m2，由于大风造成的压强取0.50kN/m2;(2)恒荷载数值应以厂房实际工作情况确定;(3)屋顶积雪分布系数按照设计规范中给出的系数适当提高，以项目所在地的积雪分布荷载为基础，该项目取2～4，承重钢件的重要性系数取1.1;(4)计算檩条过程中，积雪荷载取值可参照本次雪灾的积雪分布规律进行计算;(5)未受损的部件和各部件连接处也可能受损，加固设计中也应考虑这部分因素;(6)加固方案应保证实际工作方便，可操作，减少加固工程对正常生产运行的影响;(7)加固过程中应保证生产安全、方案合理可行;(8)根据实际情况，可将修复、加固工作分阶段实施操作。

3 钢架加固

3.1 加固设计方案

按照上述工程实例情况，基于目前加固设计标准和操作规范，结合事故检测报告中提及的问题进行分析，本文设计了2种钢架加固方案，进行筛选。

方案一:通常厂房荷载计算只选取恒荷载，一般为50年最大风雪荷载量进行计算。这种方案计算所得的轻钢厂房强度并不能满足实际工作需求，也不能达到设计标准。为解决上述问题，本方案对承重梁进行加腋处理，以缓解焊接重量，柱翼缘选择对称焊接，以提高承载能力。该方案所需焊接工作量大，对生产过程的影响也大。

方案二:对上述工程实测数据分析可知，厂房悬挂荷载较低，钢架所承受恒荷载为0.3kpa。按照上述数据可知，轻钢厂房外部构件稳定性不达标，在柱翼缘处加入刚性系杆，以缓解这一问题。该加固方案工作量较少，对厂房内部设备生产运行影响也小。对厂房实际工作情况进行分析，在厂房运行过程中不能有灰尘产生，两种方案进行对比分析，选取方案二进行加固处理。

3.2 荷载取值范围

在计算过程中确定荷载取值范围，选择轻钢结构设计可以按照相关设计规范选取合理数值。通常情况，雪压、风压选取50年内最大值，本工程分别选取0.5kpa和0.55kpa;恒荷载量取0.3kpa，悬挂荷载量取0.1kpa;房屋自重计算得 0.2kpa。

按照上述荷载取值范围进行核算，该数值是按照单向刚接计算所得，而实际工作中是双向刚接，应对上述数据进行处理。根据上述数据可见，轻钢结构中主要存在超负荷工作现象，大部分钢架外部稳定应力超过承受限值。经分析可知，保证钢架柱稳定应力不超过1，面部长度应取5.5米进行计算。此外，钢架梁所承受的应力也超极限运行，要保证稳定性达标，面外长度应取3米进行计算。

3.3 刚架结构的加固

如图2所示，刚架结果加固处理即在柱间设置刚性系杆，以降低轴面外部的长度，设计规范中规定，面积应小于5.5m2，该工程计算0.9m×5.85m=5.25m2，符合规范条件。

图2 柱间刚性系杆

4 维护结构的加固设计

4.1 檩条的加固设计

在对檩条进行加固设计中，应首先确定檀条部分的荷载数值。参考本次雪灾积雪分布规律进行计算。在进行加固处理时，应轻轻揭开厂房外顶板，为确保厂房能够正常运行，厂房内部环境不受影响，应将厂房内顶板留于厂房顶部，为缓解承载应力作用，应增加檩条数量。檩条加固设计时应结合实际积雪荷载量和分布范围，选择最为经济合理的檩条位置和数量进行加固设计。积雪较少的位置处檩条可以不改变布设位置，在原檩条位置加设2.5毫米厚的C状檀条;在积雪符合较大的区域，在原檩条处加设3毫米厚的C状檀条，加设的C状檀条高度应与原檀条保持一致;在积雪最严重的区域，可利用25a热轧槽或者H型钢檩条焊接到原檀条位置，对受损部位进行焊接修复处理，以加强原檩条的承载能力。

4.2 其他结构的加固设计

屋面支撑材料的加固应遵循设计规范中规定的设计方法进行设计，加设刚性系杆以提高屋面整体的承载能力，同时，设计者还应考虑实际加固施工的可操作性，选取最方便可行的设计方案。墙梁加固设计中，可在需要加固的墙梁部位增设一道墙。悬挂梁加固时应在连接处加设刚性系杆，以增强梁的承载力。雨篷加固，可将槽钢焊接在横梁上，增大衡量的抗扭强度。

5 结束语

轻钢结构厂房质量轻便，施工程序简单，在实际建设中有很大优势，但在后期运行过程中，因轻钢厂房承载力较差，在遭遇雨雪天气时，很可能造成不同程度的损坏，因此，对于轻钢结构厂房各部位加固工作尤为重要。在加固设计中，要考虑厂房需加固的部位结构以及施工实际条件，按照厂房所在环境的实际情况，选择合理的加固设计方案，严格按照设计规范和标准中规定的设计原则和要求进行加固设计。在加固设计过程中，还应尽量减少焊接、粘结等方式的用量，降低加固成本。在加固施工过程中，应结合厂房实际情况，本文工程实例中的厂房内部环境不能产生灰尘，同时应保证厂房内空气的清洁。按照方案二进行加固处理后的厂房，再次遭遇雪灾，屋顶和墙面没有出现坍塌情况，可见加固方案二作用显著。