原结构已设置柱间支撑,其支撑为角钢支撑,属于刚性支撑(可承受拉力和压力)。本次加固增设的支撑为φ20的圆钢支撑(圆钢即为HPB235钢筋),属于柔性支撑(只能承担拉力)。原结构刚性支撑为间隔5~6跨设置一道,本次加固的柔性支撑为间隔7~8跨设置一道。
柱间支撑是用来抵抗水平荷载的(风荷载和地震荷载),屋顶加设光伏系统并未增大其水平荷载(地震荷载稍有增大,但可忽略,厂房水平荷载为风荷载控制),柱子无水平向平面外受力问题,也无平面外稳定问题。
现加固方案增设的柱间支撑不仅很弱,间距也较大(超出规范限制),又重复设置,并且支撑会增大纵向温度应力,增设的柱间支撑起不到加固作用,属于概念错误。
3>关于屋桁架纵向面外稳定加固
加固图纸未见设置屋桁架跨中下弦纵向刚性系杆,现场施工中有系杆(见上图)。本工程为排架结构,屋桁架为简支受力,下弦杆全部受拉(上弦杆全部受压),下弦拉杆不会失稳,无稳定问题,无需设置面外支撑的纵向刚性系杆。且屋桁架下弦支撑在柱子牛腿上,属于下承式屋架,此种构造也只需保证上弦杆有支撑即可(屋面檩条为上弦杆支撑)。所以施工中加设的这道跨中下弦纵向系杆也基本起不到加固作用,无需设置此道跨中下弦纵向系杆。
综上,现加固方案基本起不到加固作用。加光伏之后相对原控制工况增大的20.5%的荷载需要利用原结构安全储备去扛,承载力加固无效,稳定性加固不起作用,大大降低结构安全性。如果遇上08年雪灾工况,屋顶雪荷载超过0.65kN/㎡(百年一遇雪荷载),开始使用结构安全储备之后,厂房有垮塌风险。亟需改变现有加固做法,采取更有效的加固方案(见“3·加固建议”),方可保证结构在极端工况下的安全。
3·加固建议:
为保证结构安全和原设计的安全储备,按控制工况增大的20.5%荷载等比例增加构件承载力(构件稳定性也会跟随承载力同时加固)。根据“1·加固原则说明”分析,只需加固屋面檩条与屋桁架,柱子、地基和基础均不需做加固处理。
1>屋面檩条加固建议
屋面檩条跨度均为6.0m,间距均为1.0m,采用C型冷弯热镀锌薄壁型钢,截面:C120x70x20x3.0。为了施工便利性,C型截面檩条都做成简支檩条,本项目亦是如此。简支檩条支座弯矩为0,跨中弯矩最大,截面强度无法充分利用。简支檩条施工较为便利,但截面承载力较为浪费,下图为简支檩条与连续檩条弯矩图:
由上图可见,弯矩不调幅的连续檩条最大弯矩在支座,其数值相较简支檩条弯矩降低1/3,可利用此原理进行屋面檩条加固。实际情况由于存在二次受力,支座加固成连续时,跨中已存在弯矩(恒载加部分活载产生,约为设计荷载的1/2),实际弯矩情况接近调幅0.5的连续檩条弯矩图,此时最大弯矩仍在跨中,但相较简支檩条弯矩仍然降低1/3。将简支檩条改变成连续檩条,可较大幅度提高现状檩条承载力,做法如下: