某大跨度钢梁组合屋盖加固设计

某大跨度钢梁组合屋盖加固设计
王元新，李海旺，杜雷鸣，赵崇基，王威
(太原理工大学建筑与土木工程学院，山西太原030024)
[摘要]针对某大跨度钢梁组合屋盖因设计漏算荷载及施工偏差较大导致结构实际工作状沉与原设计不符的情况，对该结构重新进行了验算及加固设计。综合考虑安全性、经济性及施工可行性，选择顶升钢梁组合混凝土梁的加固方案进行加固设计，并具体完成了组合梁、节点加固的设计及施工顺序的合理安排，从而实现了“技术可靠、经济适用、施工简便并确保质量”的加固日标。

内容摘抄：

本工程位于山西省，其主体结构为平面尺寸36.3m×41.7m的7层框架结构，其中地下2层、地上5层，-2~3层为混凝土框架，4层无楼板仅周边设框架梁和柱，5层为混凝土框架柱、型钢梁组合屋面，钢梁跨度36.3m,如图1所示。建筑层高分别为4.0,5.5,5.5,5.3,4.8,4.8,4.05m,结构总高24.45m。该工程5层大跨度屋面在施工过程中观察到大跨度型钢梁挠度较大，经检测发现：原设计漏算了屋面荷载，并且将大梁的跨度误取为框架柱内侧间距；设计时考虑了钢梁与混凝土屋面板的组合作用，但实际栓钉配置数量严重不足，且栓钉的施工质量不满足要求。为此，现场情况与原设计已严重不符，需按实际受力情况对结构重新进行验算分析与加固设计。
2原结构验算分析
原屋面大跨度钢梁采用牌号为Q345的焊接H型钢，截面尺寸为H2250×400×16×30,其与下部混凝土柱为固定铰连接，钢梁下翼缘支承于混凝土柱顶，顶层结构布置如图2所示。依据《建筑结构荷载规范》2GB50009一2012及实际情况进行荷载取值：屋面活荷载0.5kN/m2,恒荷载6.3kN/m2,基本雪压0.35kN/m2,基本风压0.4kN/m2,同时考虑8度抗震设防。采用PKPM软件对上下部结构按空间框架建立整体模型进行验算分析。因抗剪栓钉的配置不满足设计要求，不可按原设计考虑屋面钢梁和屋面板的协同工作。经验算分析发现，问题集中出现在屋面大跨度钢梁上（下文中简称“问题钢梁”)

3加固方案分析比选
钢结构加固一般可分为直接加固和间接加固2类，直接加固法有增大截面加固法、粘贴钢板加固法、粘贴纤缠變痞材料加固法和组合加固法等，间接加固法有改变结构体系加固法、预应力加固法等。因该建筑顶层为会议室，甲方要求加固时不能增加柱子，且该层层高较高(4层无楼板，顶层层高：4.8m+4.05m=8.85m),加固难度较大。在设计中考虑了以下3种加固方案：①御载加固法：②采用预应力加固法：③顶升钢梁组合混凝土梁加固法。

4组合梁加固法方案设计
1)组合梁按简支梁设计验算
问题钢梁梁端与混凝土柱柱头铰接，可以将其简化为简支梁进行设计验算。考虑到问题钢梁腹板存在高厚比超限及局部鼓曲的问题，采用弹性理论对组合梁进行设计。问题钢梁跨度>20m,根据《钢结构设计规范》GB50017一2003，抗剪连接件需按完全抗剪连接配置。加固施工时，浇筑混凝土反梁前，采取临时支承柱顶升问题钢梁对其卸载，待混凝土反梁强度达到设计强度值时，去掉临时支承，此时全部荷载由钢梁和混凝土反梁共同承担，因此可按照组合梁一次承受全部屋面荷载进行验算。经过多次试算，组合梁尺寸取值如图4所示。对组合梁进行强度、变形验算。表1中的计算结果表明：加固后组合梁强度、变形都满足规范要求。钢梁腹板局部稳定性应根据《钢结构设计规范》4.3.3条进行验算，按组合梁加固后，钢梁受压区高度、受压区压应力均减小，经验算，钢梁腹板局部稳定性满足规范要求，不需再增加纵向加劲肋。

（略）

投稿会员：可爱莹