2018轻钢结构支撑体系的缺陷分析及加固方法的研究

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　　摘要：门式刚架轻型钢结构是国内外目前应用和发展速度最快的新型结构形式，广泛应用于工业、厂房、超市、餐厅等公共建筑，具有施工速度快、建筑造型美观、钢材用量少、造价低廉等优势。但对于结构的支撑体系，特别是结构的水平支撑体系，往往容易被设计、施工人员忽略，导致支撑体系不完整，影响整个结构的稳定性和可靠性，为结构的安全带来隐患。鉴于此，本文对轻钢结构支撑体系的缺陷分析及加固方法进行了探讨。
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　　关键词：轻钢结构支撑体系；缺陷；加固
　　中图分类号：TU392.5文献标识码：A文章编号：
　　Abstract: the door frame of light steel structure is now at home and abroad the new type fastest structure form, widely used in industry, factory building, supermarkets, restaurants and other public buildings, has the construction speed is quick, building modeling beautiful, steel consumption and low cost and other advantages. But for the structure of the support system, especially the level of structure and the support system, often easily to be designed, construction workers ignored, lead to support system is not complete and influence the stability and reliability of the whole structure, for the safety of the structure brings hidden trouble. In view of this, this article of light steel structure, the defects of the support system analysis and strengthening methods are discussed.
　　Keywords: light steel structure to support system; defects, reinforcement
　　一、轻钢结构支撑体系的重要性
　　 门式刚架轻钢结构体系的主要组成部分为:焊接工字型组合截面组成的门式刚架，檩条、墙梁和支撑等次要构件，墙面板及屋面板。在轻型钢结构厂房的设计中，刚架、支撑体系与次结构一起构成主要的结构体系，支撑体系的设计直接关系到整个建筑的安全，其具体作用总结如下：
　　 1、将各个平面框架连接组成稳定的空间结构。支撑体系能够保证承重结构在安装和使用中的整体稳定性，提高结构的空间工作，同时将横向框架连接成一几何不变体系，保证厂房结构可以可靠地承担荷载。
　　 2、为结构和构件的平面外整体稳定提供侧向支撑点，首先支撑为刚架平面外提供可靠的支撑，减少刚架平面外的计算长度。
　　 3、明确、合理、简捷地传递风力、温度应力、地震力以及吊车纵向水平力等纵向荷载。在一般的轻型钢结构厂房的设计中，厂房的横向通常采用抗弯门式刚架而纵向采用支撑体系来传递荷载、保持稳定。通过屋面支撑、柱间支撑来传递风荷载及地震荷载;通过吊车下水平支撑及柱间支撑来传递吊车刹车力，还可以通过支撑来减少屋面悬吊构件的晃动。
　　 4、简化结构的安装。门式刚架轻型房屋钢结构设置支撑体系的目的是为了提高结构的整体刚度，发挥结构的空间作用，保证结构的几何稳定性，为刚架提供平面外可靠的支撑以减小刚架在平面外的计算长度，传递房屋纵向水平荷载以及保证施工安装时刚架的稳定和安全。
　　二、轻钢结构支撑体系的缺陷分析
　　 轻钢结构支撑体系的缺陷多种多样，笔者曾经接触过一个工程项目，该工程为一无吊车轻型门式刚架结构房屋，门式刚架跨度24. 0m，屋脊高度8. 2m，单脊双坡，坡度10%，屋面及墙体围护采用压型钢板。经实地勘察，该轻钢结构支撑体系的缺陷主要有：
　　 1、抗风柱传来的集中风荷载不能直接传到横向水平支撑节点上，这项工程支撑体系布置不当。事实上，抗风柱的布置尽量保证抗风柱上支点和横向水平支撑在刚架梁上的连接点在同一擦条或系杆上，保证抗风柱传来的风力集中荷载直接传到屋面横向水平支撑上，使其集中力不要传到端跨刚架梁上再由刚架梁分配到横向水平支撑上。设计时应避免这种情况，或者调整抗风柱的位置，或者调整横向水平支撑的间距。
　　 2、直腹杆由檩条兼作时，除了承载能力和长细比满足要求外，该檩条的位置必须布置在横向水平支撑交叉斜杆的相交处。这是因为兼作直腹杆的檩条是横向水平支撑的组成部分，只有与支撑中的交叉斜杆一起构成三角形几何不变体后，才能起到刚架横梁侧向支点的作用。本工程屋面横向水平支撑设计时，斜杆不等跨设置，直腹杆用檩条兼作，但因檩条间距固定而未能将兼作直腹杆的檩条布置到支撑斜杆相交点上，不能与支撑斜杆组成几何不变体，因而起不到刚架横梁侧向支点的作用。设计中应避免出现这种情况，或者调整檩条的间距，或者调整横向水平支撑的间距，或者增设水平系杆。
　　 3、为了防止檩条的整体失稳，应在檩条受压翼缘处设置拉条。在风吸力作用下，檩条的下翼缘能失稳，而上翼缘由于考虑到屋面板的蒙皮效应，稳定有保证，故将拉条下移至距下翼缘1/3处。屋脊处和檐口处都宜设置斜拉条和撑杆，这样才能形成檩条的一个完整的支撑体系。该屋盖没有设置拉条。
　　三、轻钢结构支撑体系的加固方法
　　1、加大截面法
　　此方法在门式刚架轻钢结构加固中是常用的方法，因其涉及面窄，施工较为简便，尤其是在一定的前提条件下，可在负荷状态下加固。受拉、受压、受弯、偏心受力构件抗力不足，都可以采用加大截面的方法。此方法的施工技术成熟，可靠性好、提高抗力及构件刚度的幅度大，尤其是受压构件加大截面后还可以增加其稳定性。但是加大截面、增加刚度要立足与考虑整体结构，不能仅为局部加大而加大，否则，由于内力重分布，可能对其他杆件及整体结构造成不利影响。另外，加大截面法因构件质量与刚度变化较大，对结构固有频率的影响要大一些。
　　2、改变结构的静力计算图形
　　改变结构计算图形的加固方法是指采用改变荷载分布状况、传力途径、节点性质和边界条件，增设附加杆件和支撑、施加预应力、考虑空间协同工作等措施对结构进行加固的方法。由于其方法的多样性，对结构的影响也是多样的。比如:改变端部支承情况，变铰接为刚接，会改变原结构的约束;增加支撑或设置拉杆和拉索，一般对结构的刚度提高较大，对频率的影响比较明显。总之，改变计算简图法就是在原来的结构上增减单元和约束等，但对于原来就有的杆件而言，一般其面积、惯性矩、质量不会发生变化。
　　3、减轻荷载
　　改用轻质材料或其它减少荷载的方法。常见的减轻荷载的情况有:限定吊车的运行区间和间距;清理过厚的积灰:改用轻质屋面。减轻荷载法通常会改变原结构的质量分布，对构件面积、惯性矩、刚度影响基本无影响。
　　 总之，轻钢结构支撑体系的缺陷给结构的安全带来一定的隐患，本文仅仅从门式刚架支撑体系设计、施工两方面进行讨论，今后还应做进一步的研究。
　　参考文献：
　　1、杜荣军，混凝土工程模板与支架技术，北京:机械工业出版社，2007
　　2、钟志敏.浅谈模板支撑坍塌及安全对策，建筑安全，2009