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工业钢结构加固设计研究

1钢结构在工业设计中的重要性

一个国家工业发展水平就代表了其经济发展水平,世界上的发达国家都是工业化国家。作为发展中国家,与发达国家相比,我国的工业还存在许多问题。比如总体水平低,现代化程度差,科学技术上明显滞后,工业生产效率也较低。因此,工业经济的转型势在必行。配合着工业方面的转型,钢结构在工业领域的应用也将进入到一个新的阶段。工业中体量大小差异很大的建、构筑物很多,需要满足的功能要求也多种多样,各方面的限制因素等都导致结构样式要比较灵活,因此钢结构的应用必将占据很大的部分。随着时间的不断推移,工业与钢结构之间形成了一种相互促进、互利互惠的关系。这种关系也决定了两者紧密的联系。

2工程概况

某公司有直径12.5m、高43m的大型筒仓36个,每18个为一区,用厚2m的钢筋混凝土底板连成整体,中间为13层高达78m的钢框架机械楼。图1为机械楼平面。机械楼钢结构由受弯梁柱和仅受轴力的斜撑组成,梁和斜撑与柱的连接均按铰接设计。由于筒仓施工未能对称于机械楼进行,一期筒仓建成并装粮后不久导致机械楼基础产生明显不均匀沉降。二期筒仓刚建至地面以上,机械楼不均匀沉降达10cm以上,结构已严重受损,该公司委托同济大学进行检测分析和加固设计,以将机械楼柱与筒仓相连的方式进行简单加固处理。二期筒仓建成使用至今现发现机械楼部分斜撑出现较大面外变形,连接机械楼与筒仓的部分支撑受压屈曲,结构安全性和适用性受到明显影响,需及时对钢结构机械楼进行加固处理。

3机械楼检测

(1)一、二期筒仓基础不均匀沉降导致机械楼钢结构东西方向产生明显变形,10层以下的横向框架受压支撑大多屈曲,整体出现明显的面外鼓曲变形。(2)部分支撑由于设备安装时的野蛮施工而被截断,又未采取其他有效措施补强,导致原按只受拉不受压设计的交叉支撑体系失效,机械楼钢结构整体抗侧刚度和稳定性严重不足。(3)多数支撑与框架连接节点构造不符合规范要求,表明制作加工及安装质量不够理想,达不到设计对支撑的要求,是影响支撑性能的主要原因之一;部分横向框架支撑翼缘由于其他构件穿过而开洞,截面严重削弱,导致支撑刚度和承载力严重不足,是破坏的重要原因。(4)与一期筒仓相连的水平撑杆未发现鼓曲失稳变形,少量节点部位螺栓出现松动脱落,二层撑杆与筒仓连接处混凝土出现明显的拉裂。与二期筒仓相连的水平交叉撑杆,东北向的支撑基本均受压失稳,发生鼓曲变形。(5)除个别部位外,梁、柱未见明显破坏,梁柱节点未见明显破坏。虽然由于支撑破坏导致结构出现了远大于规范允许的层间侧移,但梁、柱构件本身并未出现明显破坏。

4加固设计

4.1加固方案。综合各方面情况,采用如下加固方案:先将机械楼每榀横向框架与筒仓用6根j15.24预应力索进行连接,然后在每榀框架每一层均增设柱与筒仓的连接撑杆。八层撑杆截面为HM250×175×7×11,2~7层撑杆截面为HN220×125×6×9,钢材均为Q235。4.2关键节点。4.2.1预应力索与框架柱连接。在框架柱腹板两侧各焊接一块锚固板,将6根索分为两部分分别固定在锚固板上,同时加焊加劲板。4.2.2预应力索与筒仓顶板连接。通过粘钢和化学锚栓的方法将槽钢固定在钢筋混凝土筒仓顶板面上,再将预应力钢绞线通过加劲板固定于槽钢内,并放置转向块进行分级张拉。预应力钢绞线锚固处均应支模浇筑高强灌浆料保护,且做防水处理。4.2.3筒仓与机械楼新增水平撑杆。支撑杆与筒仓及柱连接均为铰接,筒仓端的节点板通过灌粘钢专用胶和植化学锚栓与筒仓固定,支撑杆长度根据筒仓与每根柱的距离确定,其中KJ2~4的每一柱节点设2个与柱子轴线成一定角度的支撑杆,以使每个支撑杆与筒仓距离最短。4.3加固效果分析。通过加固,机械楼仍保持稳定,与筒仓相连的撑杆只有极少数破坏。总之,工业钢结构在地基不均匀沉降作用下已严重损坏,对此需要采取有效的方法进行加固,从而确保结构质量。

参考文献

[1]常玉娟.复杂地形地貌地基上轻钢结构厂房的基础设计[J].中国科技信息,2012(10):78.

[2]朱彦,杨顺新,王舜.路堤不均匀沉降对拼接路面的影响研究[J].公路交通科技(应用技术版),2007(04):32~35.

作者:张运来 单位:山西正和热电工程有限公司

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