某帶吊車輕鋼廠房加固節(jié)點(diǎn)分析與施工研究

張永生 （安徽省建筑科學(xué)研究設(shè)計(jì)院，安徽 合肥 230031）

1 引言

隨著我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與加工技術(shù)的迅猛發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)由于其工廠加工工業(yè)化程度不斷提高，可以準(zhǔn)確快速裝配及節(jié)能、環(huán)保，同時(shí)已建成的鋼結(jié)構(gòu)易于拆卸、加固與改造等特點(diǎn)，逐漸被我國(guó)認(rèn)可并廣泛推廣應(yīng)用于工業(yè)廠房、鋼結(jié)構(gòu)住宅及大型體育場(chǎng)館等領(lǐng)域。缺陷處理，混凝土結(jié)構(gòu)的加固日趨成熟，鋼結(jié)構(gòu)的加固特別是節(jié)點(diǎn)加固處理文獻(xiàn)較少。本文針對(duì)某帶吊車輕鋼廠房出現(xiàn)的難點(diǎn)進(jìn)行分析與研究，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的加固處理提出個(gè)人見(jiàn)解與認(rèn)識(shí)。

2 項(xiàng)目改造的加固技術(shù)難點(diǎn)

本文針對(duì)合肥經(jīng)開(kāi)區(qū)某面積約9000m2的三連24m跨、榀距7.5m的單層現(xiàn)有門剛結(jié)構(gòu)廠房進(jìn)行升級(jí)改造，項(xiàng)目改造的加固技術(shù)難點(diǎn)如下。

①屋面面積較大、形狀規(guī)整，業(yè)主增加光伏有效利用綠色太陽(yáng)能，推動(dòng)光伏產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的意愿明顯，但輕鋼屋面現(xiàn)狀采用C型簡(jiǎn)支檁條，無(wú)法滿足增加光伏荷載的結(jié)構(gòu)承載及變形要求。

②業(yè)主前期為考慮后期業(yè)務(wù)擴(kuò)展及建設(shè)時(shí)期資金壓力，原廠房只預(yù)留牛腿（未安裝吊車梁），現(xiàn)為加工發(fā)展的需求準(zhǔn)備啟用增加10噸行車及配套設(shè)計(jì)的吊車梁，但焊縫經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)數(shù)據(jù)表明牛腿與柱上、下翼緣對(duì)接焊縫質(zhì)量存在缺陷，無(wú)法滿足設(shè)計(jì)及使用要求。

3 項(xiàng)目改造的加固方案選擇

3.1 簡(jiǎn)支C型檁條承載力不滿足時(shí)加固方案的選擇

簡(jiǎn)支檁條加固方案通常有①改變檁條受力范圍：隔跨增設(shè)簡(jiǎn)支檁條，減少單根檁條的受力荷載；②改變檁條的截面型式：通過(guò)改變檁條截面形成組合檁條或者桁架式空間檁條或者重新更換檁條，通過(guò)截面改變達(dá)到增強(qiáng)的作用。

檁條加固方式對(duì)比分析 表1

通過(guò)對(duì)比分析（表1），業(yè)內(nèi)常用采取檁條加密或者改變截面型式等加固方法不適用。

本項(xiàng)目通過(guò)借鑒Z型連續(xù)檁條支座搭接的思維，采取改變檁條的支座部位連接型式即粘鋼搭橋的方法進(jìn)行加固（如圖1），形成連續(xù)性檁條。采取粘鋼搭橋的加固方法，通過(guò)在支座相應(yīng)范圍內(nèi)簡(jiǎn)支檁條上、下部位分別粘鋼搭橋改變支座受力型式使得原C型檁條支座連續(xù)性明顯增強(qiáng)，來(lái)滿足本工程的屋面荷載增加的受力需求；施工時(shí)不需增加屋面板與檁條的連接、不需要移動(dòng)原有檁條的位置，只需將原有屋面檁條支座處螺母依次松開(kāi)，將新增加固件分別與原有檁條上、下部分粘鋼搭橋，同時(shí)在搭接端頭和支座處用螺栓增強(qiáng)固定即可完成改造加固形成連續(xù)受力。

3.2 牛腿與柱上、下翼緣對(duì)接焊縫質(zhì)量缺陷加固方案選擇

由檢測(cè)提供數(shù)據(jù)由于牛腿翼緣焊縫未做清根處理，焊縫檢測(cè)質(zhì)量存在缺陷，達(dá)不到二級(jí)對(duì)接焊縫的要求。

通常焊縫質(zhì)量缺陷加固方法：①焊縫缺陷返修，原則上同一部位的焊縫不超過(guò)兩次；②局部加厚翼緣或者加寬翼緣或者翼緣內(nèi)、外側(cè)貼焊鋼板補(bǔ)強(qiáng)。

焊縫返修的返修速度慢，對(duì)去除缺陷（常用刨削、磨削等）、刨槽坡口形狀等對(duì)焊前焊縫質(zhì)量及其焊接技能要求嚴(yán)格，同時(shí)在相同位置再次施焊容易對(duì)母材相應(yīng)區(qū)域產(chǎn)生不利影響；局部加厚、加寬翼緣等方法對(duì)原有焊縫缺陷問(wèn)題依然未解決，會(huì)影響連接的力學(xué)性能、疲勞使用壽命，接頭容易產(chǎn)生應(yīng)力集中。

由于常規(guī)辦法無(wú)法滿足吊車梁牛腿與柱翼緣的焊縫要求。結(jié)合吊車具體設(shè)備廠家提供的吊車技術(shù)參數(shù)對(duì)凈空進(jìn)行碰撞精準(zhǔn)推算，牛腿上部尚有450mm的富裕尺寸（除去規(guī)范要求吊車設(shè)備外形最頂端與門剛梁底部?jī)艨找?00mm外，還有150mm高度空間可以利用）。本項(xiàng)目經(jīng)反復(fù)論證采用上部加設(shè)T型截面加高牛腿重新焊接過(guò)渡、下翼緣采用焊縫返修或者局部加寬翼緣的加固方法來(lái)滿足牛腿的正常使用要求（如圖2），原上翼緣焊接僅作為安全儲(chǔ)備的方法在計(jì)算中不予考慮。

圖1 粘鋼檁條支座連接示意圖

圖2 牛腿上翼緣加固圖

4 項(xiàng)目改造的設(shè)計(jì)與施工關(guān)鍵技術(shù)要求

4.1 粘鋼搭橋連續(xù)檁條設(shè)計(jì)要點(diǎn)與施工要點(diǎn)

4.1.1 設(shè)計(jì)計(jì)算要點(diǎn)

①基本要求：粘鋼搭橋連續(xù)檁條需要滿足現(xiàn)場(chǎng)檁條五跨及以上要求。由于本屋面為標(biāo)準(zhǔn)多跨共計(jì)17跨，連續(xù)效應(yīng)明顯。

②承載能力及撓度變化特征：對(duì)于本廠房榀距即檁條跨度7.5m，采用粘鋼搭橋連續(xù)檁條的加固方法，經(jīng)PKPM計(jì)算結(jié)果顯示，端跨跨中承載力無(wú)明顯提高，第二跨跨中及中間跨跨中承載力提高20%～30%，一般能滿足單獨(dú)增加光伏荷載或者噴淋荷載的要求。在荷載增加的情況下，撓度變形由于連續(xù)連接有利影響相對(duì)于簡(jiǎn)支荷載作用下的變形顯著減小，觀感增強(qiáng)。

③應(yīng)對(duì)措施：對(duì)于端跨由于端跨跨中彎矩以及效應(yīng)無(wú)明顯增強(qiáng)，采取支座相關(guān)范圍粘鋼搭橋截面過(guò)渡的方式增強(qiáng)設(shè)計(jì)無(wú)法滿足本項(xiàng)目光伏端跨的安裝增加荷載的要求。本項(xiàng)目為減少檁條加固截面的多樣性，采取端跨通長(zhǎng)粘鋼搭接相同跨中支座連接構(gòu)件的方式來(lái)滿足改造加固的安全要求。

4.1.2 粘鋼搭橋連續(xù)檁條施工要點(diǎn)

①一般選用材質(zhì)強(qiáng)度高一等級(jí)的B級(jí)以上鍍鋅鋼板加工而成，避免冷軋加工的彎折脆性同時(shí)增強(qiáng)新增構(gòu)件在原支座處連接的節(jié)點(diǎn)受力性能。

②先拆卸受影響部位的直拉條、斜拉條及隅撐，同時(shí)采取必要措施固定檁條（防止側(cè)向失穩(wěn)）。

③檁條檁托處打孔位置應(yīng)與原檁條孔位置一致，同時(shí)原有檁條嵌套相關(guān)部位需現(xiàn)場(chǎng)打孔定位。

④采取必要措施臨時(shí)固定原檁條與檁托連接處再分別拆卸，用粘鋼膠粘接并加壓粘鋼搭橋檁條結(jié)構(gòu)件并分別安裝上、下原支座檁托處的螺栓，最后再安裝增強(qiáng)螺栓。

⑤粘鋼搭橋完成后再安裝拉條及隅撐以達(dá)到張緊的效果，防止檁條扭轉(zhuǎn)。

4.2 牛腿加設(shè)上部T型截面翼緣對(duì)接設(shè)計(jì)施工要點(diǎn)

①為了便于施工，保證施工質(zhì)量，保證對(duì)接焊縫充滿母材縫隙，根據(jù)鋼板翼緣厚度采取坡口形式；②剖口焊接方法需工廠精確設(shè)置；③縫下面需設(shè)一塊引弧板，防止熔化的金屬流淌，并使根部焊透，焊接完成后應(yīng)切除。④焊縫焊接需要設(shè)置機(jī)械抓手臨時(shí)固定，同時(shí)設(shè)置合理的焊接工序以免現(xiàn)場(chǎng)焊接產(chǎn)生的收縮變形。

本項(xiàng)目自2017年改造施工投入使用已3年有余，目前加固節(jié)點(diǎn)經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)抽檢無(wú)明顯缺陷，廠房整體功能使用良好。

5 項(xiàng)目節(jié)點(diǎn)加固改造的研究結(jié)論

①粘鋼搭橋連續(xù)C形檁條加固節(jié)點(diǎn)對(duì)于廠房改造如加設(shè)噴淋、屋面增設(shè)光伏或者檁條承載力略小的檁條進(jìn)行加固處理效果顯著，同時(shí)具有不需要拆裝屋面板、施工簡(jiǎn)單快捷、費(fèi)用小、可靠性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，有一定的借鑒、推廣意義。

②牛腿加設(shè)上部T型截面與柱翼緣剖口熔透焊的加固方法在本項(xiàng)目中效果明顯，這種加固辦法節(jié)點(diǎn)處理簡(jiǎn)單。對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)廠房和鋼框架等結(jié)構(gòu)中梁與柱的強(qiáng)軸翼緣對(duì)接焊縫存在質(zhì)量缺陷的處理有一定的參考價(jià)值。此種加固方法能夠滿足節(jié)點(diǎn)的受力及疲勞要求，同時(shí)滿足“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)、弱構(gòu)件”的設(shè)計(jì)理念，加固后具有較好的抗彎性能與抗震性能，對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)類似節(jié)點(diǎn)的加固具有很好的推廣應(yīng)用價(jià)值。