冰雪荷載下的鋼網(wǎng)架極限承載力及其致災分析

牛 婧

（河北冶金建設集團有限公司，河北 邯鄲 056000）

本文以某加油站罩棚鋼網(wǎng)架結構為例，分析冰雪荷載作用下鋼網(wǎng)架的致災機理及其極限承載力，并提出臨時加固措施[1]。

1 極限承載力實際工程算例

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

荷載設計如下：1） 屋面上弦靜載標0.135KN/m2；2） 屋面上弦活載0.5KN/m2；3） 基本風壓0.35KN/m2、運用ANSYS開展對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，之后建立鋼網(wǎng)架的有限元模型，以《建筑結構荷載規(guī)范》為依據(jù)，根據(jù)承載力極限狀態(tài)進行荷載效應組合。計算公式如下[3]：

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

2 計算結果

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)點理論最大荷載值為16.324KN，運用ANSYS 計算可得上弦節(jié)點最大荷載力為18.55KN，較理論計算標準明顯大。作為計算得出的桿件應力、節(jié)點撓度8 個最大值。

根據(jù)上表計算可得鋼網(wǎng)架最大撓度值39.53mm，以《網(wǎng)架設計與施工規(guī)程》中的相關規(guī)定，根據(jù)作為計算公式可以計算得出鋼網(wǎng)架用于屋蓋情況下的容許撓度結果為55mm，因此該鋼網(wǎng)架撓度符合理論標準。并且8 根桿件均處于支座部位，其實際應力值均已接近或達到了設計應力，因此認為網(wǎng)架結構不夠安全[2]。

通過繪制達到網(wǎng)架極限冰雪荷載承載力情況下的桿件應力云圖，能夠發(fā)現(xiàn)，多數(shù)桿件在承受冰雪荷載作用力時其桿件應力值明顯小于設計應力，但是在支座處的桿件荷載承載力則均已達到最大設計承載力，尤其是懸挑較大側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)架致災機理分析

3.1 常見鋼網(wǎng)架工程存在的問題

結合以往檢測工作經(jīng)驗能夠發(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)架結構的桿件、球節(jié)點作為受力主體，桿件發(fā)生銹蝕會影響承載能力，二是網(wǎng)架的支座發(fā)生銹蝕、支座構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 冰雪荷載災害下的鋼網(wǎng)架致災機理

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

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)點連接失敗。在安裝鋼網(wǎng)架時如若螺栓擰入螺栓球的長度不夠，并未符合螺栓直徑1.1 倍這一標準，即與《規(guī)程》中要求不符，一旦極限冰雪荷載作用則會所致桿件和螺栓球被拉開，最終導致桿件脫離球節(jié)點，而一旦多個球節(jié)點最終均連接失敗，那么這時則會降低網(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埋件的情況下，僅僅憑借連接的幾個焊點，對于網(wǎng)架尚未達到極限承載力作用下，便已經(jīng)發(fā)生底板和預埋件拉開的問題，還有在螺栓球未能可靠焊接十字板時，同樣會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，在設計鋼網(wǎng)架時假設鋼網(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算結果，則會改變鋼網(wǎng)架的整體受力情況，進而因為存在節(jié)間荷載力最終減小鋼網(wǎng)架的整體穩(wěn)定性。

4 結語

鋼網(wǎng)架作為三向受力結構體，合理受力有著較好的空間受力性能與變形恢復性能，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問題，通過臨時搭設腳手架作為支承點，能夠增加鋼網(wǎng)架整體剛度和荷載作用承載力。