摘要：单层厂房是一个满足工业生产过程中各种需要的建筑空间，单层厂房结构是这个建筑空间中的承重骨架，而屋架则是承重骨架的主要组成部分之一。由屋架、柱和基础组成的横向排架结构是厂房的基本承重结构，厂房的主要荷载都是通过这一基本结构传给地基的。本文通过具体实例详细阐述了基于钢结构屋架的加固设计思路及方法，希望与同行一起切磋。
关键词：单层厂房、钢结构屋架、加固设计
1．建筑结构维修加固改造行业的发展前景
据初步统计，我国既有建筑物的总量（包括城镇房屋建筑、工业建筑等）约400多亿平方米。一些专家估计，约有30～50％的建筑物出现安全性失效或进入功能退化期，既有建筑物的加固是一新兴的学科与行业，具有令人瞩目的发展前景和潜力，上世纪末美国劳工部门预测，建筑维修加固改造业在21世纪仍是世界各国最受欢迎的九大行业之一。目前，美国维修加固改造现有建筑物的费用已高达近六万亿美元，1980年美国建筑维修改造工程已占其全部工程的三分之一。丹麦用于维修加固改造与新建工程投资比例为6：1。1983年，瑞典用于维修改造的投资占建筑业总投资的50％，中国比上述发达国家发展晚，同济大学朱伯龙教授预言：“对建筑业来说，21世纪将是建筑改造的世纪”。
随着人们生活水平的提高，对房屋建筑提出了更高的要求，土地是不可再生的资源，建设节约型社会不允许无限度地铺摊子占用大量耕地搞建设。旧城改造、旧建筑物的维修加固、拓展应用是城市建设的必然选择之一。通过对建筑物的加固改造来增层、扩建、改变用途，使旧建筑焕发新活力。工程中的缺陷可能源自于劣质的材料或施工中的疏忽，甚至是设计的错误、有害环境的侵蚀或混凝土等材料的老化，这些缺陷的处理需要结构维修和加固，对旧建筑不符合抗震设防要求的也需要进行结构的抗震加固。
作为新兴行业，其发展的障碍主要是技术储备不足而新手众多，迫切需要开展研究与实践工作，以提供可以借鉴的经验。淄博市建筑设计研究院成立了结构工程维修加固改造研究课题组，结合工程设计实践活动开展对建筑物维修、加固改造成套技术的研究，在近十年的研究实践中，逐渐学习、探索、总结、归纳了一系列常用的一般建筑物维修加固改造的方法与技术。在对这一课题的研究过程中，先后发表关于建筑物维修改造加固技术及应用的专业论文七篇，获市自然科学优秀学术成果奖三项，完成建筑物维修加固改造设计工程实践二十余项，取得了较好的经济和社会效益。
2加固改造的设计原则
在设计过程中，针对不同的情况采用以下设计原则：
（1）对于经鉴定不能满足使用要求的构件，设计中应采取修复、加固、更换等措施，如：对已经锈蚀的杆件，设计时应考虑其截面面积的折减；对己变形的构件，应考虑其是否能校正及校正后其强度、刚度的影响；
（2）对一些新增加的重型平台结构，使其自成结构体系，与主厂房结构各自受力，这对整个厂房的整体结构是有利的；
（3）对新旧结构的连接，考虑到原厂房经过多年的使用，各部分构件都会有不同程度的变形，相应高强螺栓孔的位置相互错动，所以尽量采用焊接连接；
（4）对原有屋架、托架，当不满足要求采取加固措施时，使原有构件在卸载的状态下进行加固，保证构件的新旧部分共同受力，避免应力滞后等现象发生；
（5）在主排架的结构分析中，对截面较小、HIM较差的柱子忽略其影响，这种考虑对整个结构体系来说是偏于安全的。
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3 加固设计方案
3.1、选择加固设计方案的基本原则
目前加固钢结构方案基本分三类：（1）加大构件截面法；（2）改善结构计算图形法；（3）予应力技术加固法。前两种方法为传统的加固手段，工程量大而繁杂，施工困难而周期长，补强的成本高而效果差。而后者则改进了上述缺点，显示了简捷与效益。
因为加固工作都是在生产运转中服役钢结构上进行的，根据生产情况及加固方案的选择可采用全荷载下、部分荷载下及全卸载下的三种加固状态。前两种方法是从不影响或少影响生产活动出发，效果较差；后者则是考虑到加固的最佳效果与施工方便。确定采用加固方案的主要因素是根据经济性和施工工艺条件决定，基本内容有：加固钢材用量、制造与安装加固零配件的劳动量、停产时间及损失以及加固成本等。
钢结构的加固工作是相当复杂的，不仅要在技术上有合理的加固方案，而且方案的实施还要有生产、施工，必要时还要有科研单位的配合。一个好的加固方案不仅技术先进、经济合理、加固效果良好，还要尽可能的不影响生产，方便施工。由于当前的加固工作多出现在改扩建中，所以，不影响生产往往成为方案的一个主要因素。本工程鉴于以上原因，选择第一种方法“加大构件截面法”进行屋架加固。
3.2、加固方案
设计中经验算，此屋架各腹杆及弦杆中，不满足使用要求的杆件占大部分，在这种情况下，屋架本应拆除，但这会影响正常生产和其相邻跨的安全，而且对整个改造范围内的主体结构来说都是不利的，故提出以下几种加固方案：
（1）采取将空腹桁架加固成实腹梁，即在弦杆和腹杆间填焊双层腹板。一种方法是新增腹板在现场根据实际形状切好后，镶嵌在弦杆、腹杆间，与原来杆件肢尖对接剖口焊， 形成整体双腹板梁；另一种方法是将新增腹板与原有桁架弦、腹杆角钢肢尖搭接，采用角焊缝连接。
（2）采用将旧有桁架中部节点板处板加固成整体大板，且与原有节点板采用剖口对接焊接，将析架加固成单腹板实腹梁。
（3）将原有桁架各杆件进行加固，采用加设角钢和钢板。在加设过程中，要保证杆件加固前后其形心线位置不变，遇节点板尺寸不足处，需加大节点板；对于桁架压杆的长细比大于70及上弦杆受局部弯距时，应增设再分式腹杆。
经综合分析，以上方案的利弊和现场的实际情况，在保证正常使用的条件下最终选用第一种方案：新增腹板与原桁架各杆件肢尖采用对接剖口焊，形成整体双腹板梁。以使该屋架在新增荷载作用下达到强度、刚度及稳定的目的。
4 加固效果评价
本文提供了完整的加固技术资料，数据翔实可靠，论证充分，结论正确，加固后的厂房屋架己经过多年的运行实践考验，未发现任何异常现象，运行正常。实践证明，用这种方法加固，其效果是理想的，技术上是可行的，具有显著的经济效益和社会效益，在厂房的加固与改造工程中，具有一定的参考价值和借鉴作用。
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论文作者:王彦杰
论文发表刊物:《基层建设》2019年第6期
论文发表时间:2019/4/29
标签：屋架论文; 结构论文; 腹板论文; 建筑物论文; 桁架论文; 钢结构论文; 方案论文; 《基层建设》2019年第6期论文;