[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].