钢结构屋盖加固方法与施工注意事项.pdf

安徽建筑2011年第4期(总179期)钢结构屋盖加固方法与施工注意项ReinforcementMethodsofSteelRoofanditsGOnstructionNotes葛倩女，，刘成清(西南交通大学土木工程学院，四川成都611756)摘要：在当今公共和工业建筑中，铜结构的屋架结构已被广泛引用。但由于屋架一方面在受力上复杂和在施工时容易出现缺陷，事故发生率较高；另一方面，由于钢材锈蚀、磨损，或者功能改变，或者设防水准的提高；这些情况的出现，往往需要对现有钢屋架结构进行加固。文章对现有的屋架各主要结构加固改造方法及其优缺点进行了总结，并且对各个加固方法提出了施工注意事项，可为铜结构屋盖加固设计和施工提供参考。关键词：钢结构屋盖；加固方法；施工中图分类号：TU746．3文献标识码：B文章编号：1007—7359(2011)04—0143—030前言—一屋架在整个建筑结构中属于水平结构体系，承受竖向荷载并保／持竖向结构的稳定t”。但由于在屋架的施工过程中存在缺陷，长期使用造成钢材锈蚀、磨损，结构或节点强度削弱，以及结构荷载的改变．pmmlpmllllOO●INmluullllillJ都会使得结构承载力不再符合安全生产的要求，这就需要对现有结Ilillll嘲咖l口●_ailMl|llillllj构进行加固。特别是现处地震灾害多发期，对建筑物设防水准的提纤维布—高，更能体现屋架改造的必要性。／l1屋架各构件加固方法图1碳纤维粘贴位置图结构屋盖中的屋架天窗弦杆、各向支撑、系杆、檩条等构件是屋盖中设最主要部分。在多数情况下是承受较大轴心受拉(压)二力杆。但压杆计与的长细比较大，易发生失稳；另外当节间荷载作用力变大时，会使其研成为变形挠度很大的拉(压)弯杆，此时就会超过杆件设计强度损坏，究或是发生平面内失稳。以下对屋架各构件加固改造作具体介绍。应用1．1粘贴加固通过用粘结剂将材料贴到杆件损伤部位表面，依靠结构胶使之粘结成整体共同：I：作，降低构件应力。材料可以是钢板，但钢板不易制成各种复杂形状，易锈蚀，从而会影响粘结强度，增加了自重。近年来碳纤维片材在粘贴加固中应用较多，它的主要优点是易成型、耐腐蚀、抗疲劳l生能好、施工方便等。对碳纤维加固空心管柱试验研究表图2外包槽钢法明，沿方管环向粘贴碳纤维布的加固效果远比纵向好，极限承载力提高18％。可将碳纤维片材直接粘贴在受弯杆件受拉翼缘底部，受拉压杆件可以环固在杆件表面。但此法先需施加预应力后，再粘贴于构件表面，见图1；另外采用预应力锚具在两端进行可靠锚固，还能避免碳纤维片材与杆件表面过早发生剥离。有关碳纤维片材的加固，可参考《结构加固修复用碳纤维片材》(GB,rF20490—2008)。1．2外包钢加大截面法匡若屋架的杆件是圆形或是矩形杆件，可以在原钢管外再套钢管。具体的操作是先将外套钢管沿纵轴切开，将钢管与原钢管对扣后进行焊接。另一种是外包双槽钢。前者的加工工艺要求较高，后者易加工操作(见图2)。根据《钢结构加同技术规范》(CECS77：96)，截面加固应根据安图3增杆法示意图基金项目：国家科技支撑计划课题(名称：特大地震下建筑工程抗倒塌关键技徽术研究，编号：2009BAJ28B01)；西南交通大学SRTP第六期项目(名称：基于原构件的截面特性，受力性质和初始几何变形状况等条建3D3S的轻型铜结构优化设计，编号：110108)件，综合考虑选择适当的加固截面形式。轴心受拉或轴心筑收稿日期：2010-05-24lb受压构件宜采用对称的或不改变形心位置的加固截面形．-⋯，、．⋯⋯．。，，⋯⋯．．～⋯⋯⋯⋯‘-=ha~rAr：黼州妃牡“酌她槭学-i-,钍木工程，J，工I7△pI开。一 2011年第4期(总179期)安徽建筑N弱环节。A一_<-qf(1)2．1补焊式中：A为加固后构件净截面积i厂为截面中最低包括增加焊缝长度和有效厚度两种形式。由于是在已有构件上施强度级别钢材的强度设值；为轴心受力加固构件的虽焊，需要大量的仰焊工作，这必然要求有较高焊接技术级别的焊工施强度降低系数。工。焊接的缺点是容易产生较大的焊接变形，构件的质量难以保证，因规范还规定加大截面加固结构构件时，应保证加此规范规定新增焊缝应尽可能地布置在应力集中最小、远离原构件的固件与被加固件能够可靠地共同工作，同时确保断面变截面以及缺口、加劲肋的截面处，并给出了相应的角焊缝以及对接焊的不变形和板件的稳定性，并且要尽可能便于施工。加缝的强度验算公式。其中在负载情况下用堆焊增加角焊缝有效厚度的吲件的切断位置应尽量减小应力集中，并保证未被加办法加固焊缝连接时，应按下式计算和限制焊缝应力。固处截面在设计荷载作用下处于弹性工作阶段。Va?+f一≤(2)1。3增替换设杆件式中：叮，、，分别为角焊缝有效面积．计算的垂直于焊缝长度方向加设支撑杆件、檩条从而增加结构刚度，使构件的应力和沿焊缝长度方向的剪应力；为焊缝强度影响系数，根据加固的长细比减少以提高其稳定性。对于一些受损严重的焊缝的总长度不同而定。杆件可以完全替换以新的构件。此时除应对被加固结施工时，应在常温下(最好在10℃以上)进行。尽可能在外力影响构承载能力和正常使用极限状态进行计算外，尚应注最小的时候。在一榀屋架上进行焊接加固，施焊的连续时间不宜过长，意对相关结构构件承载能力和使用功能的影响，考虑应采用间歇施焊方法。同一时间内使用电焊机最多不超过2台，并尽量在结构、构件、节点以及支座中的内力重分布，对结构选用较小的电流电压，以减少热量，防止结构变形。(包括基础)进行必要的补充验算，并采取切实可行的2．2增加连接板或加劲肋合理构造措施。此法主要缺点是：外加杆件与原件之间当仅用增加焊缝长度、有效厚度或两者共同的办法不能满足加固容易产生装配应力，新组成的结构不能够形成一个整要求时，可采用附加连接板和局部盖板的方式(见图4)。体}办调受力；而且采用电弧焊接，温度影响使屋架的挠连接板除须有足够的设计承载能力和刚度外，还必须与节点板有度变形增大，残余变形较大时需采取必要的措施加以可靠的连接，确保二者共同工作。另外增加节点板的面积，并增设加劲结克服；另外，施工加设支撑时应确保顶升时屋架的稳肋的做法也比较常用。构定。新增分杆示意图如图3。设2．3增加或更换螺栓计钢结构加固一般采用摩擦型高强度螺栓连接，有时也采用焊缝和与2屋架节点连接加固方法摩擦型高强度螺栓的混合连接。此法的主要缺点是：减小了板的界面面研究积、增大了集中应力，所以应注意确定各个螺栓距离的设计。应节点板处连接各杆件，构造复杂，其强度受焊接用荽头还喜焊接享了隔板和衬板：，这些都是钢结构纂体系举中磊的薄3屋架支。座加固3．1支座结构一般根据下部支柱的不同设置，}昆凝土和砌体柱一般采用铰接，与钢柱连接亦可做成刚接。通常是由支座底板、加劲肋、节点板、锚栓等组成。支座节点图见图5。3-2支座的受力特点支座节点是屋盖体系传力给下部柱结构和地基的重要连接环节，它的传力途径为：屋面、梁荷载一杆件一螺栓或焊缝一节点板或加劲肋一支座底板一柱子和地基。3．3加固与施工方法图4附加连接板在支座加固或替换时，都需要安装千斤顶，将上部结构支撑起来。由于通常在加固完成以后屋架会产生下挠，所以要对顶升量进行预控。例如在世博园旧厂房的支座改造时，高度控制为2era，然后再进行顶部支撑固定。加固的方法可以是在底板与节点板相垂直的轴线处增设加劲肋，节点板加大支座底板的面积。后者需要扩大结构柱的截面面积，然后对原预埋肋板安板进行补焊，另增设压板以连接支座底板。徽建4屋面板的改造及措施筑屋面承担着风雪等荷载，在整个建筑物中起到维护、采光以及造_图5支座节点图型的作用。屋面材料多种多样，常见的有压型钢板、各种轻质屋面板、(下转第148页) 2011年第4期(总179期)安徽建筑上部结构运动方程：取隔震层限位弹簧刚度在上部结构刚度的0．08～0．12倍my+c(一)+k(一b)=一m(1)之间变化，同时摩擦系数在O．06～0．12之间变化，研究两参数变隔震层运动方程：化对上部结构剪力影响系数B值的影响。mlh+c(b一)+(k+kb)yh—ky+lX(m+mh)g。sgn(h=-relyg(2)图2为滑移隔震结构在Elcentro波和Taft波作用下上部虽结构剪力影响系数B变化图。由图可见，上部结构剪力影响系其中为摩擦系数，符号函数sh)-。神数随隔震层限位弹簧刚度的增大基本呈增大趋势，在Elcentro地面激励。波作用下尤为明显，这是符合常理的，但摩擦系数的取值对剪2．3减震分析力影响系数13的影响不同。在Elcentro波作用下，摩擦系数隔震层相对地面静止时，隔震结构退化为传统非隔震结取0．08、隔震层限位弹簧刚度取上部结构刚度的0．06～0．08倍构，其运动平衡方程为：时上部结构剪力影响系数B取较小值，在53％左右。在Taft波my+c~+ky=一my(3)作用下，相同的隔震层刚度和摩擦系数取值情况下剪力影响系在水平地震作用下分别求出隔震和非隔震两种情况下上数取值亦较小，在60％左右。本例可取13=o．6代入公式(4)计算部结构地震剪力F。和F，定义13=F／F：为上部结构剪力影响系上部结构地震作用标准值。数，则B值的大小反映结构的隔震效果。2．4简化计算4结论假设隔震体系的上部结构符合《建筑抗震设计规范》中关于底部剪力法的要求时，上部结构的仍可采用底部剪力法计算在基本假定前提下，给出了摩擦滑移隔震结构的运动方地震作用及层间剪切力。对于砌体结构房屋来说，结构水平地程，提出了上部结构剪力影响系数的概念，推导了基于剪力影震作用标准值计算公式FEk=C~。中，取水平地震影系数最大响系数的水平地震作用标准值计算公式，并通过算例验证了13值，不考虑阻尼比和周期的影响，则隔震体系的上部结构水的取值方法，为工程设计和隔震结构体系的推广提供参考。平地震作用标准值可假设采用公式(4)计算。F=B‘0l雕G州(4)参考文献结B可采用时程分析求得，也可根据工程经验取值。各层地构[1]党育，杜永峰，李慧，韩建平．基础隔震结构的耗能分析[J】_世界地震震作用计算及层间剪切力计算仍采用规范规定方法。设工程．2005(3)．计[2]孙敏，白杨，牛勇．基于能量法的隔震效果的研究『J1．中原工学院学与3算例分析报，2007(7)．研究[3]GB50011-2010，建筑抗震设计规范[s]．北京：中国建筑工业出版应某隔震结构上部4层，每层集中质量m=350kg，抗侧移刚社。2010．用度k=574kN／m，隔震层质量mb=476kg。地面激励取Elcentro波[4]CECS160：2004，建筑工程抗震性态设计通则(试用)【s】．北京：中国计划出版社，2004．和taft波，加速度最大值按8度罕遇地震作用调整到400cm／s2。cccccccccccccc(上接第144页)GRC板、金属拱形波纹屋面等。适用、施工简便和确保质量，从而使得比新建建筑更加经济，施屋面的主要分为屋脊、气楼、采光、檐口及天沟等。这些部工时间更短。为了加固后的构件成为一个统一整体，新增设的分大多是用于排水采光，在建筑物的使用过程中屋面漏水是屋构件必须在强度、塑性、韧性及焊接性能与原结构匹配。在进行面出现的主要问题之一。强度、刚度、稳定性的验算时要考虑荷载的重分布以及加固工影响屋面板使用寿命的因素：①屋面板材的强度以及抗艺对构件的不利影响而需要附加的折减系数。另外，对于加固腐蚀能力；②屋面的坡度，波峰太小，不利于排水；③必要的构时可能出现倾斜、失稳或倒塌等不安全因素，在加固施工前，应造措施，例如堵头对漏的作用可以在附近打密封胶，在开口处采取相应的临时安全措施。设置刚堵头；④必要的搭接长度，留有缝隙适应屋面热胀冷缩。屋面板的改造应从以下几点人手：①对屋面板进行除锈参考文献处理，另外去除老化的密封胶、防水胶，填充新胶；②添加堵头，[1]沈祖炎．土木工程概论【M]．北京：中国建筑工业出版社，2009．如在与屋面交接处收边设置泡沫堵头，开口处设置刚堵头等；[2]李杰，王振中．预应力加固钢结构技术应用浅析【J】．黑龙江科技信③更换损坏缝合钉，增加防水钉等零部件；④在必要时可以改息，2009(16)．安变面板坡度来整治屋漏或是更换屋面板，可以使用新型复合材[3]陈华，蒋东锋，黄文波．碳纤维片材在钢结构加固中的应用【JJ_大众料提高屋面的承载力以及抗腐蚀能力。徽科技，2010(8)．建[4]CECS77：96，钢结构加固技术规范『S]E京：中国计划出版社，1996．筑5结语[5]李政墩钢某电厂钢屋架补焊原理及作法【J】．建筑技术，1999(6)．[6]卢俊光．钢结构屋面漏水的原因及防治措施浅析[J]．中小企业管理■囵在原结构上进行加固改造的原则是做到技术可靠、经济与科技，2009(11)．