单层钢结构厂房的检测和加固优化设计研究

【摘要】各地新建厂房的数量迅速增加。钢结构因其施工速度快，重量轻，抗震性能好，利于环保等显著优点在国内外市场中应用越来越广泛。与此同时，许多钢结构厂房在建设过程中出现了设计、制造和施工不符合规范的现象，为结构的安全性、适用性和耐久性埋下了隐患。本文介绍了某单层钢结构厂房在检测过程中发现的不满足规范的现象，并提出了加固处理方案。

【关键词】单层钢结构；厂房；检测；加固；优化设计

前言：

随着我国经济的快速发展，工业厂房建设量多面广，且以单层厂房居多。

目前，我国单层工业厂房以钢结构为主，且普遍釆用压型钢板、夹芯板等轻质

材料作为屋面的有檩体系，围护墙也以这些轻型材料为主。现代工业厂房较传统工业厂房形式发生了很大变化，但它的设计方法多沿用过去传统的简化方法。在简化设计方法中，存在很多不完善的地方，可能导致结构出现安全隐患。

1.建筑钢结构检测鉴定理论

检测鉴定理论方法：

目前一般建筑物的检测鉴定方法主要划分为三种：传统经验法、实用鉴定法、可靠概率鉴定法。

a.传统经验法

有经验的专家通过现场观察和简单的计算分析，以原设计规范为依据，根据个人专业知识和工程经验对建筑物进行检测鉴定。该方法简单，在工程应用上多处于保守。

b.实用鉴定法

实用鉴定法是在传统经验法的基础上发展起来的，应用各种检测手段对建筑物及其环境进行调查、检查和测试，应用计算机技术、试验技术以及其他相关技术和方法分析建筑物的性能和状态，全面分析建筑物所存在问题的原因，以现行标准规范为依据，按照统一的检测鉴定程序，从安全性、适用性多个方面综合评定建筑物的可靠性水平。在检测鉴定过程中，主要有三方面的工作：（l）结构或构件计算，（2）整体结构解析评定，（3）结构或构件试验。与传统经验法相比，实用鉴定法十分强调检测手段和试验数据，对建筑物的性能状态认识较客观准确，而且具有合理、统一的评定标准。

c.可靠概率鉴定法

可靠概率鉴定法运用概率论和数理统计原理，采用非定值统计规律对建筑物的可靠度进行鉴定。建筑物的作用效应S，结构抗力R以及影响建筑物的诸多因素并非固定不变，而是在一定范围内波动的随机变量，按照现有规程、规范进行结构分析和应力计算属于定值法范围内，用定值法的固定值去分析既有建筑的随机变化，显然是不合理的。可靠概率鉴定法在理论上是完善的，但目前离实际应用还有距离。困难在于结构物的不定性，这种不定性来自于材料强度的差异和计算模型的差异，同时对于结构体系的可靠度还正处在研究阶段。总的来说，从发展趋势上讲，可靠概率鉴定法仍是检测鉴定方法的发展方向，本文也基于可靠度理论，建立针对建筑钢结构的检测鉴定框架

2.建筑钢结构检测鉴定层次体系及相互关系

2.1建筑钢结构检测层次体系

（1）整体检测单元

首先我们知道，衡量一个结构的健康状况，其整体的可靠度是最关键的，

结构的局部破坏，最终要反映到是否对结构整体造成影响，其整体的健康状态

是检测的最终目的

（2）检测子系统

接下来的一个层次是检测子系统，本文根据建筑钢结构的特点，将钢结构

整体划分为钢结构传力系统、钢结构围护系统和钢结构其他系统三个功能模块：

钢结构传力系统是钢结构的骨架，是结构承载能力的主要保障，主要包括

钢结构地基基础和钢结构上部结构两部分

（3）结构构件

同时，钢结构的整体及其各个系统，均是由其结构构件有机构成的，因此

框架的第三个层次，是钢结构的构件。

2.2建筑钢结构检测体系中的关键理论

由上节我们知道，建筑钢结构的检测体系分为4个层次，检测总体上是自

下而上的过程，因此各个层次之间的联系非常重要。要使抽样检测的构件能够全面、准确的反映结构的整体状况，从而进行整体计算，需要从两个关键方面进行保障：

一是抽样的原则，抽样构件的样本容量必须满足一定的要求。《建筑结构检

测技术标准》（GB/T50344一2004）[3]按构件的重要性规定了建筑结构抽样检测的批次和最小的样本容量，钢结构健康检测的样本容量也不应该低于这本规范的要求。

二是抽样批的选择，盲目的扩大样本容量也是没有用的。需要在对构件进

行抽样检测时，按构件所处环境、使用条件、荷载作用状况、构件功能等条件，

满足一定相似条件的构件进行分类，按照相同类别的构件进行足够样本容量的

抽样。应尽量使抽样构件的缺陷分布函数与整体构件的缺陷分布函数基本吻合，

从而使抽样的构件能够反应所有构件损伤状况的全貌。

3.钢结构厂房加固优化设计

3.1屋盖体系加固优化设计

3.1.1加固设计

由于屋面檩条间因未设置拉条、斜拉条和檩条撑杆，各檩条无法组成稳定的受力体系，因此应增设拉条、斜拉条和檩条撑杆。拉条采用圆钢，通过螺栓与檩条连接。在屋脊和檐撑杆以受压，撑杆由拉条外套圆钢管组成。为形成几何不变体系，应同时增设斜拉条。加固时应注意，由于冷弯薄壁C形檩条自身抗扭转刚度很弱，在竖向荷载作用下，由于檩条的重心与形心不重合，这就产生了一个扭转力矩，因此拉条应设在距檩条上翼缘1/3腹板高度的范围内，使拉条拉力产生抵抗力矩，防止檩条发生扭转失稳。拉条如图3所示。拉条作为檩条的侧向支撑点，同时受拉和受压，因此应在屋脊和檐口的檩条间增设。由于生产车间未设置屋面水平支撑和系杆，导致水平风荷载无法有效传递，各刚架无法组成空间稳定体系，房屋纵向刚度不足，因此应增设屋面水平支撑和系杆。系杆采用圆钢管，沿厂房纵向通长设置；水平支撑采用交叉单角钢，以减小屋架平面外侧移。

3.1.2验算加固结果

采用SAP2000软件进行结构验算，为简化计算，取厂房主体结构进行计算，同时对天窗进行简化处理.在永久荷载、活荷载、雪荷载、积灰荷载、风荷载、水平地震作用下按照SAP2000的工况组合，增设的拉条、系杆和水平支撑承载力均能满足要求。通过对杆件在有地震参与的最不利工况组合的内力，与无地震参与的最不利工况组合的内力的对比，发现地震对拉条、系杆和水平支撑承载力不起控制作用。

3.2柱间支撑加固优化设计

本工程因车间采用格构柱，考虑到双片支撑易使两个柱肢受力均匀，支撑斜杆与翼缘节点板焊接时更易操作，上段柱和下段柱柱间支撑均采用双片支撑，其截面形式采用等边或不等边角钢。

小结：

综上，在本文的单层钢结构厂房的检测方法和加固措施的过程中，我们可以看出，一方面要根据该厂房的实际情况出发，另一方面还要考虑到检测和加固的可操作性，以便于提高单层钢结构厂房检测和加固的质量和效率，从而促进单层钢结构厂房施工过程的顺利进行。

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