牛 婧

（河北冶金建設(shè)集團(tuán)有限公司，河北 邯鄲 056000）

本文以某加油站罩棚鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)為例，分析冰雪荷載作用下鋼網(wǎng)架的致災(zāi)機(jī)理及其極限承載力，并提出臨時(shí)加固措施[1]。

1 極限承載力實(shí)際工程算例

以某一實(shí)際工程作為本次研究的基礎(chǔ)案例建立分析模型，某加油站罩棚尺寸規(guī)格為24000mm×22000mm，528m2的覆蓋面積，共計(jì)有200 個(gè)鋼網(wǎng)架節(jié)點(diǎn)，720 根桿件，達(dá)6.735 噸的總用鋼量。選擇Q235 鋼,215N/mm2 的鋼強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，L0=L 為桿件計(jì)算長度，拉桿長細(xì)比的控制通常是200，壓桿容許長細(xì)比180，支座附近150。網(wǎng)架厚度為1300mm，四點(diǎn)支承方式，長邊方向柱距14.6m，兩側(cè)分別是5m 和2.25m 的懸挑，短邊方向柱距為13.8m，兩側(cè)均為5m 懸挑。

荷載設(shè)計(jì)如下：1） 屋面上弦靜載標(biāo)0.135KN/m2；2） 屋面上弦活載0.5KN/m2；3） 基本風(fēng)壓0.35KN/m2、運(yùn)用ANSYS開展對(duì)該模型幾何材料非線性有限元分析，分別將等同冰雪荷載的作用力施加于上弦節(jié)點(diǎn)，之后建立鋼網(wǎng)架的有限元模型，以《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》為依據(jù)，根據(jù)承載力極限狀態(tài)進(jìn)行荷載效應(yīng)組合。計(jì)算公式如下[3]：

式中：永久荷載分項(xiàng)系數(shù)用γG表示；第i 個(gè)的可變荷載分項(xiàng)系數(shù)用γQi表示。

2 計(jì)算結(jié)果

根據(jù)以上兩種控制組合能夠得出，根據(jù)網(wǎng)架上弦節(jié)點(diǎn)理論最大荷載值為16.324KN，運(yùn)用ANSYS 計(jì)算可得上弦節(jié)點(diǎn)最大荷載力為18.55KN，較理論計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)明顯大。作為計(jì)算得出的桿件應(yīng)力、節(jié)點(diǎn)撓度8 個(gè)最大值。

根據(jù)上表計(jì)算可得鋼網(wǎng)架最大撓度值39.53mm，以《網(wǎng)架設(shè)計(jì)與施工規(guī)程》中的相關(guān)規(guī)定，根據(jù)作為計(jì)算公式可以計(jì)算得出鋼網(wǎng)架用于屋蓋情況下的容許撓度結(jié)果為55mm，因此該鋼網(wǎng)架撓度符合理論標(biāo)準(zhǔn)。并且8 根桿件均處于支座部位，其實(shí)際應(yīng)力值均已接近或達(dá)到了設(shè)計(jì)應(yīng)力，因此認(rèn)為網(wǎng)架結(jié)構(gòu)不夠安全[2]。

通過繪制達(dá)到網(wǎng)架極限冰雪荷載承載力情況下的桿件應(yīng)力云圖，能夠發(fā)現(xiàn)，多數(shù)桿件在承受冰雪荷載作用力時(shí)其桿件應(yīng)力值明顯小于設(shè)計(jì)應(yīng)力，但是在支座處的桿件荷載承載力則均已達(dá)到最大設(shè)計(jì)承載力，尤其是懸挑較大側(cè)的支座上弦桿以及腹桿處，最為薄弱。

3 冰雪荷載下的鋼網(wǎng)架致災(zāi)機(jī)理分析

3.1 常見鋼網(wǎng)架工程存在的問題

結(jié)合以往檢測工作經(jīng)驗(yàn)?zāi)軌虬l(fā)現(xiàn)，鋼網(wǎng)架的安全隱患問題有著較大差異，通過匯總隱患產(chǎn)生的原因主要包括五類：一是鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的桿件、球節(jié)點(diǎn)作為受力主體，桿件發(fā)生銹蝕會(huì)影響承載能力，二是網(wǎng)架的支座發(fā)生銹蝕、支座構(gòu)造存在缺陷影響承載能力，三是由于鋼網(wǎng)架的屋面系統(tǒng)未能做好防水及排水工作，以致屋面板、天溝和檀條腐蝕影響承載能力，四是鋼網(wǎng)架基礎(chǔ)不均勻沉降，五是鋼網(wǎng)架的桿件受力作用不合理影響承載能力[3]。

3.2 冰雪荷載災(zāi)害下的鋼網(wǎng)架致災(zāi)機(jī)理

根據(jù)以上五類常見的鋼網(wǎng)架冰雪致災(zāi)問題，劃分致災(zāi)機(jī)理如下：

1） 桿件截面削弱，在鋼網(wǎng)架出現(xiàn)桿件銹蝕情況下，會(huì)在一定程度上降低桿件可承受的最大拉力，在不利工況下引發(fā)鋼網(wǎng)架垮塌；2） 球節(jié)點(diǎn)連接失敗。在安裝鋼網(wǎng)架時(shí)如若螺栓擰入螺栓球的長度不夠，并未符合螺栓直徑1.1 倍這一標(biāo)準(zhǔn)，即與《規(guī)程》中要求不符，一旦極限冰雪荷載作用則會(huì)所致桿件和螺栓球被拉開，最終導(dǎo)致桿件脫離球節(jié)點(diǎn)，而一旦多個(gè)球節(jié)點(diǎn)最終均連接失敗，那么這時(shí)則會(huì)降低網(wǎng)架的整體剛度及安全性；3） 支座未能提供充分支承反力，底板在未能可靠連接預(yù)埋件的情況下，僅僅憑借連接的幾個(gè)焊點(diǎn)，對(duì)于網(wǎng)架尚未達(dá)到極限承載力作用下，便已經(jīng)發(fā)生底板和預(yù)埋件拉開的問題，還有在螺栓球未能可靠焊接十字板時(shí)，同樣會(huì)最終造成螺栓球和十字板被拉開致使支座失效；4） 鋼網(wǎng)架桿件存在節(jié)間荷載，在設(shè)計(jì)鋼網(wǎng)架時(shí)假設(shè)鋼網(wǎng)架的桿件僅僅承受軸向力，一旦發(fā)生節(jié)間荷載不符合假定計(jì)算結(jié)果，則會(huì)改變鋼網(wǎng)架的整體受力情況，進(jìn)而因?yàn)榇嬖诠?jié)間荷載力最終減小鋼網(wǎng)架的整體穩(wěn)定性。

4 結(jié)語

鋼網(wǎng)架作為三向受力結(jié)構(gòu)體，合理受力有著較好的空間受力性能與變形恢復(fù)性能，在冰雪荷載作用力下，需要重視鋼網(wǎng)架的極限承載力，考慮不同因素產(chǎn)生的網(wǎng)架極限承載力影響，并重視鋼網(wǎng)架的支座、桿件、球節(jié)點(diǎn)與桿件和十字板連接以及桿件節(jié)間荷載等不同情況下的致災(zāi)問題，通過臨時(shí)搭設(shè)腳手架作為支承點(diǎn)，能夠增加鋼網(wǎng)架整體剛度和荷載作用承載力。