[门式刚架超载失效分析及加固方案]材料失效分析方案

　　摘要：为追求经济效益，门式刚架轻钢结构常采用满应力设计，对材料承载特性的充分利用使得结构的安全储备偏低，因此荷载的增加易导致原结构失效。本文结合一工程实例，对门式刚架超载失效进行分析并给出加固方案。
　　关键词：轻钢结构 门式刚架 加固设计
　　一、工程概况
　　陕西省安康市某超市采用轻型门式刚架结构，其平面尺寸29.65m×35.7m，柱顶标高8.7m，建筑总高度17.66m，屋面坡度30°。刚架跨度29.65m，柱距从4m至6.2m不等，梁柱均采用实腹式焊接H形截面，构件均采用Q235钢，构件尺寸见表1。
　　结构屋面设计恒载0.59kN/㎡,活荷载0.5 kN/㎡，墙面恒载0.91 kN/㎡，基本风压0.35 kN/㎡，抗震设防烈度8度，分组为第一组，场地类别Ⅱ类。建设时甲方为立面美观，在屋面挂瓦，使屋面恒载增至为1.08 kN/㎡。导致刚架变形过大，柱最大侧移50mm。
　　表1 构件尺寸
　　二、加固设计
　　（一）实际荷载作用下的受力分析
　　取最大柱距一榀刚架按平面结构建模，计算简图如图1。验算实际荷载作用下刚架内力及变形，考虑下面四种最不利组合：
　　1.2恒载+1.4活载； 1.35恒载+1.4×0.7活载+1.4×0.6风载；1.2恒载+1.4×0.7活载+1.4×1.0风载；1.2×1.0风载+1.2×0.5活载+1.3×1.0水平地震。
　　由于地震作用及风载不起控制作用，故忽略不计。屋面活载根据具体情况取0.25 kN/㎡，屋面恒载取增大后的恒载1.08 kN/㎡，墙面恒载取0.91 kN/㎡。按图1建模计算结构在实际荷载作用下结果如表2。
　　表2 实际荷载作用下计算结果
　　从表2可知：梁柱都已经发生了较大的不可恢复的变形；刚架柱、变截面梁段平面外失稳且刚度不足。
　　三、加固方案及加固后的校核验算
　　考虑到结构稳定应力超过钢材的设计强度值，且结构变形较大。为缩短工期节约资金，对结构进行加固处理。鉴于加固方案应能使柱的侧向变形和梁的竖向变形得到控制并恢复，梁平面外的应力需降低，确定如下加固方案：
　　（1）先拆除屋面的挂瓦，对屋面进行卸荷。
　　（2）设临时支柱并安装千斤顶将屋脊节点顶起至柱恢复到原位，然后在梁柱交接处设横向刚性拉杆（截面ф32）。
　　（3）在刚架梁增设四道水平系杆XG-2（截面50*5等肢角钢T形截面），以改善刚架梁平面外的稳定性。
　　加固后结果见表3。加固后梁柱的强度、平面内和平面外稳定及刚度均满足要求，且梁柱的变形明显减小。
　　表3 加固后计算结果
　　四、结论
　　（1）表2的结果表明该结构设计时安全储备较低,在荷载稍增大后，主刚架的应力超限，且结构整体变形过大。
　　（2）当验算不满足规范时，要进行加固设计。该结构只存在梁柱不同程度的平面外应力比超限，卸荷并设拉杆后柱的应力满足要求，设侧向支撑后梁的应力满足要求。
　　（3）本工程主刚架加固总用钢量2759㎏，取得良好的经济效益，且该加固方案施工方便，计算简便。
　　
　　参考文献：
　　[1]廖新军,王元清,石永久.门式刚架轻型房屋钢结构厂房的加固设计[J].工业建筑，2001年第31卷第8期
　　[2]CECS102:98 门式刚架轻型房屋钢结构技术规程[s].
　　[3]GB50009-2001建筑结构荷载规范[s].