現(xiàn)階段,我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展,工業(yè)化建設(shè)發(fā)展速度極快,多數(shù)廠房為臨建項(xiàng)目,選擇造價(jià)低、施工簡(jiǎn)便、移動(dòng)性良好的廠房是工業(yè)建設(shè)的首選。輕鋼結(jié)構(gòu)廠房符合上述廠房特點(diǎn),因此,受到很多建設(shè)工程的偏愛(ài)。但是,在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)大環(huán)境中,施工單位為追求利益最大化,通常滿負(fù)荷設(shè)計(jì)輕鋼廠房,一旦廠房受到超負(fù)荷壓力時(shí),極可能引發(fā)安全事故,因此,對(duì)輕鋼廠房進(jìn)行加固處理十分重要。
某工業(yè)項(xiàng)目是一個(gè)預(yù)建設(shè)面積為10760m2、高度為13.4m的工業(yè)廠房,選用輕鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行建設(shè),采用單層多跨式雙坡工藝對(duì)輕鋼進(jìn)行焊接操作,以門(mén)式鋼架作為負(fù)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(gè)跨度,跨距均為21m。該輕鋼結(jié)構(gòu)廠房在遭受一場(chǎng)雪災(zāi)后,廠房結(jié)構(gòu)部分破損,尤其以承載負(fù)荷的部位損壞最為嚴(yán)重。圖1可見(jiàn)M點(diǎn)和D點(diǎn)之間房屋受損嚴(yán)重,M點(diǎn)和L點(diǎn)之間17到20跨、M點(diǎn)和L點(diǎn)之間、E點(diǎn)和D點(diǎn)之間22到23跨廠房頂部出現(xiàn)坍塌。
圖1 平面效果圖
結(jié)合輕鋼廠房實(shí)際受損現(xiàn)象進(jìn)行分析,廠房檁條處的承受符合能力較弱,所受壓力超過(guò)一定限值會(huì)造成檁條彎曲受損。鋼柱上部結(jié)構(gòu)破損嚴(yán)重,墻壁向側(cè)彎曲明顯。受雪災(zāi)后的廠房部分結(jié)構(gòu)變形嚴(yán)重,一部分是由于積雪壓力所致變形,另一部分結(jié)構(gòu)形變是由于廠房基礎(chǔ)不均勻沉降引起的結(jié)果變形。
(1)積雪引起的壓強(qiáng)取0.50kN/m2,由于大風(fēng)造成的壓強(qiáng)取0.50kN/m2;(2)恒荷載數(shù)值應(yīng)以廠房實(shí)際工作情況確定;(3)屋頂積雪分布系數(shù)按照設(shè)計(jì)規(guī)范中給出的系數(shù)適當(dāng)提高,以項(xiàng)目所在地的積雪分布荷載為基礎(chǔ),該項(xiàng)目取2~4,承重鋼件的重要性系數(shù)取1.1;(4)計(jì)算檁條過(guò)程中,積雪荷載取值可參照本次雪災(zāi)的積雪分布規(guī)律進(jìn)行計(jì)算;(5)未受損的部件和各部件連接處也可能受損,加固設(shè)計(jì)中也應(yīng)考慮這部分因素;(6)加固方案應(yīng)保證實(shí)際工作方便,可操作,減少加固工程對(duì)正常生產(chǎn)運(yùn)行的影響;(7)加固過(guò)程中應(yīng)保證生產(chǎn)安全、方案合理可行;(8)根據(jù)實(shí)際情況,可將修復(fù)、加固工作分階段實(shí)施操作。
按照上述工程實(shí)例情況,基于目前加固設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和操作規(guī)范,結(jié)合事故檢測(cè)報(bào)告中提及的問(wèn)題進(jìn)行分析,本文設(shè)計(jì)了2種鋼架加固方案,進(jìn)行篩選。
方案一:通常廠房荷載計(jì)算只選取恒荷載,一般為50年最大風(fēng)雪荷載量進(jìn)行計(jì)算。這種方案計(jì)算所得的輕鋼廠房強(qiáng)度并不能滿足實(shí)際工作需求,也不能達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。為解決上述問(wèn)題,本方案對(duì)承重梁進(jìn)行加腋處理,以緩解焊接重量,柱翼緣選擇對(duì)稱(chēng)焊接,以提高承載能力。該方案所需焊接工作量大,對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的影響也大。
方案二:對(duì)上述工程實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)可知,輕鋼廠房外部構(gòu)件穩(wěn)定性不達(dá)標(biāo),在柱翼緣處加入剛性系桿,以緩解這一問(wèn)題。該加固方案工作量較少,對(duì)廠房?jī)?nèi)部設(shè)備生產(chǎn)運(yùn)行影響也小。對(duì)廠房實(shí)際工作情況進(jìn)行分析,在廠房運(yùn)行過(guò)程中不能有灰塵產(chǎn)生,兩種方案進(jìn)行對(duì)比分析,選取方案二進(jìn)行加固處理。
在計(jì)算過(guò)程中確定荷載取值范圍,選擇輕鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以按照相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范選取合理數(shù)值。通常情況,雪壓、風(fēng)壓選取50年內(nèi)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(jì)算得 0.2kpa。
按照上述荷載取值范圍進(jìn)行核算,該數(shù)值是按照單向剛接計(jì)算所得,而實(shí)際工作中是雙向剛接,應(yīng)對(duì)上述數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。根據(jù)上述數(shù)據(jù)可見(jiàn),輕鋼結(jié)構(gòu)中主要存在超負(fù)荷工作現(xiàn)象,大部分鋼架外部穩(wěn)定應(yīng)力超過(guò)承受限值。經(jīng)分析可知,保證鋼架柱穩(wěn)定應(yīng)力不超過(guò)1,面部長(zhǎng)度應(yīng)取5.5米進(jìn)行計(jì)算。此外,鋼架梁所承受的應(yīng)力也超極限運(yùn)行,要保證穩(wěn)定性達(dá)標(biāo),面外長(zhǎng)度應(yīng)取3米進(jìn)行計(jì)算。
如圖2所示,剛架結(jié)果加固處理即在柱間設(shè)置剛性系桿,以降低軸面外部的長(zhǎng)度,設(shè)計(jì)規(guī)范中規(guī)定,面積應(yīng)小于5.5m2,該工程計(jì)算0.9m×5.85m=5.25m2,符合規(guī)范條件。
圖2 柱間剛性系桿
在對(duì)檁條進(jìn)行加固設(shè)計(jì)中,應(yīng)首先確定檀條部分的荷載數(shù)值。參考本次雪災(zāi)積雪分布規(guī)律進(jìn)行計(jì)算。在進(jìn)行加固處理時(shí),應(yīng)輕輕揭開(kāi)廠房外頂板,為確保廠房能夠正常運(yùn)行,廠房?jī)?nèi)部環(huán)境不受影響,應(yīng)將廠房?jī)?nèi)頂板留于廠房頂部,為緩解承載應(yīng)力作用,應(yīng)增加檁條數(shù)量。檁條加固設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)結(jié)合實(shí)際積雪荷載量和分布范圍,選擇最為經(jīng)濟(jì)合理的檁條位置和數(shù)量進(jìn)行加固設(shè)計(jì)。積雪較少的位置處檁條可以不改變布設(shè)位置,在原檁條位置加設(shè)2.5毫米厚的C狀檀條;在積雪符合較大的區(qū)域,在原檁條處加設(shè)3毫米厚的C狀檀條,加設(shè)的C狀檀條高度應(yīng)與原檀條保持一致;在積雪最嚴(yán)重的區(qū)域,可利用25a熱軋槽或者H型鋼檁條焊接到原檀條位置,對(duì)受損部位進(jìn)行焊接修復(fù)處理,以加強(qiáng)原檁條的承載能力。
屋面支撐材料的加固應(yīng)遵循設(shè)計(jì)規(guī)范中規(guī)定的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì),加設(shè)剛性系桿以提高屋面整體的承載能力,同時(shí),設(shè)計(jì)者還應(yīng)考慮實(shí)際加固施工的可操作性,選取最方便可行的設(shè)計(jì)方案。墻梁加固設(shè)計(jì)中,可在需要加固的墻梁部位增設(shè)一道墻。懸掛梁加固時(shí)應(yīng)在連接處加設(shè)剛性系桿,以增強(qiáng)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(qiáng)度。
輕鋼結(jié)構(gòu)廠房質(zhì)量輕便,施工程序簡(jiǎn)單,在實(shí)際建設(shè)中有很大優(yōu)勢(shì),但在后期運(yùn)行過(guò)程中,因輕鋼廠房承載力較差,在遭遇雨雪天氣時(shí),很可能造成不同程度的損壞,因此,對(duì)于輕鋼結(jié)構(gòu)廠房各部位加固工作尤為重要。在加固設(shè)計(jì)中,要考慮廠房需加固的部位結(jié)構(gòu)以及施工實(shí)際條件,按照廠房所在環(huán)境的實(shí)際情況,選擇合理的加固設(shè)計(jì)方案,嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的設(shè)計(jì)原則和要求進(jìn)行加固設(shè)計(jì)。在加固設(shè)計(jì)過(guò)程中,還應(yīng)盡量減少焊接、粘結(jié)等方式的用量,降低加固成本。在加固施工過(guò)程中,應(yīng)結(jié)合廠房實(shí)際情況,本文工程實(shí)例中的廠房?jī)?nèi)部環(huán)境不能產(chǎn)生灰塵,同時(shí)應(yīng)保證廠房?jī)?nèi)空氣的清潔。按照方案二進(jìn)行加固處理后的廠房,再次遭遇雪災(zāi),屋頂和墻面沒(méi)有出現(xiàn)坍塌情況,可見(jiàn)加固方案二作用顯著。