某电厂职工餐厅屋面网架改造加固设计分析

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇某电厂职工餐厅屋面网架改造加固设计分析范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

【摘 要】山西某电厂职工餐厅屋面网架，由于扩建和建筑立面发生变化，外悬挑尺寸减小，引起原设计部分杆件承载力不满足要求，需进行加固改造，改造期间需保证原餐厅处于使用状态。本文结合网架加固改造的常见问题，分析本工程实施加固改造需采取的措施，给出网架杆件承载力不满足规范要求时的加固方法和后续的施工注意问题，为同类建筑屋面网架改造加固提供了可借鉴的经验。

【关键词】网架改造 加固 贴焊角钢 施工顺序

1 引言

空间网架结构，因其造型美观、受力合理、抗震性能好、覆盖空间大、施工速度快等诸多优点，使得其在工业厂房、大跨度仓库、民用大空间场馆等屋面结构中得到了广泛应用。同时，对于已建成的屋面网架结构，因建筑物的使用功能改变、装修立面改观、使用空间扩容及荷重增加等原因，引起屋面外形及结构尺寸发生变化，使得空间网架杆件、节点、支座的内力等发生变化，以致使杆件、节点等不能满足设计承载力要求，进而必需对其进行加固改造。

通常建筑屋面网架结构改造加固，应满足现行国家规程、规范的要求，同时需做好以下几方面的工作：

（1）查阅原设计图纸和竣工资料，理解原设计意图，考虑新建筑设计布置带来的变化，注意新、旧建筑衔接部分的结构和建筑关系及构造做法 ；

（2）现场调查网架的使用情况，结合新改网架设计情况，分析荷载作用情形，按现行规范复核原网架与更改后网架，对比分析各杆件内力及地基基础的强度和变形，根据布置及荷载变化，计算分析原有建筑结构在安全可靠的前提下是否需加固；

（3）选择加固改造设计方案，应全面细致考虑施工实施过程，尽量减小改造施工对原结构正常使用的影响，施工快捷、经济合理、确保质量。

2 工程概况及改造要求

该电厂职工餐厅及附属建筑建设于2003年，屋面为钢网架结构，现根据业主要求拆除原有餐厅右侧部分单层建筑后，再贴建一相同跨度的餐厅，以扩大职工就餐面积（见图1），屋面仍采用网架结构。为实现新、旧餐厅的衔接和建筑立面风格的一致，建筑专业将原餐厅屋面由外挑弧状立面（见图2）设计改为直线立面（见图3），并减小屋面悬挑的外包尺寸，使建筑立面风格改变。同时业主要求改造施工对原有餐厅部分的影响尽可能减小，尽量缩短工期，以便及早使用，因此，结构专业在考虑对屋面网架进行改造设计和与新增餐厅屋面的衔接设计的同时，还需考虑改造方案实施的全过程。

图1 改造前后餐厅平面图

图2 原有餐厅外观图

图3 改造后餐厅效果图

原屋面网架结构为钢管杆件、焊接球节点正放四角锥平板网架，四坡屋面，下弦四边支承，系按1991年版规范设计。支座内平面尺寸30mX18m，周边外悬挑2.5m。网架杆件共1728根，焊接球节点共463个，其中上弦杆462根，下弦杆402根，腹杆864根。杆件规格为两种： 60X3.5和 76X4；焊接球节点（含支座）均为WS200X6，钢材材质Q235B，支座形式为平板支座，其底板与周圈混凝土梁顶预埋件焊接。

3 改造方案及验算分析

3.1 改造方案简述

原餐厅女儿墙弧形立面变为平面立面，屋面网架改造需切除周边部分球和杆件，如图4剖面中虚线球节点及杆件部分，将原网架周围悬挑2.5m改为悬挑1m宽，拆除部分按对称形式进行，先横向后纵向。改造后网架支座内平面尺寸及网架形状、支座形式、屋面板材、防水保温及屋面找坡等荷载条件均不改变。原网架为四边支承，四周支承墙及其暗柱必需保留。为使新旧餐厅墙体立面统一、建筑风格简洁美观、屋面衔接自然、保温隔热、防水密封、结构可靠，新增餐厅屋面网架结构由新增基础、钢筋混凝土框架结构、周圈连续梁，仍采用四边支承形式，新旧衔接侧为悬挑网架，在此不再赘述。

3.2 验算原则及荷载取值

在前述条件的情形下，原网架外悬挑结构尺寸减小，悬挑端女儿墙位置内移，此处荷载相应减小，网架支座及跨中杆件内力必然发生变化，既有支座、杆件是否满足安全使用要求，具体采用何加固方案，需通过验算对比分析才能确定。

网架结构的外荷载按静力等效原则，将节点所辖区域内的荷载等效集中作用在该节点上。结构分析时可忽略节点刚度的影响，假定节点为铰接，杆件只承受轴力。采用国内通用的空间网架结构设计软件MST（2011版）进行分析复核。

扩建改造切去原网架周边1.5m，需割掉上弦杆116根，下弦杆108根，腹杆224根，球节点116个（见图4），支座位置数量不变，荷载条件如下：

屋面恒载、活载按规范取值，荷载作用在网架上弦节点，程序计算不包含网架结构自重。原屋面板、保温、防水、新设女儿墙以及检修荷载按实际输入；其中施工和使用阶段的节点荷载，均不得超过设计验算数值。

风荷载、雪荷载按当地50年一遇取值。在进行网架屋盖围护结构计算时，屋面各部分的体形系数取值按《建筑结构荷载规范》GB50009-2012。

地震作用：当地抗震设防烈度6度（0.05g），根据《空间网格结构技术规程》JGJ7-2010，地震作用可不考虑。各分项系数取值按荷载规范要求。

3.3 验算结果及分析

通过复核验算对比分析改造前、后屋面网架杆件内力得知：由于改造屋面部分建筑物高度未发生变化，仅周边面积减小，故支座内力有所减小；由于原悬挑部分切除，支座附近杆件内力出现拉、压变号情形，但杆件内力变化幅度不大；所有焊接球节点及斜腹杆内力变化不大，且应力比在安全范围内，应力比均小于0.85，说明原腹杆构件有较多的安全储备；结构跨中计算最大挠度35mm，满足规范要求。但跨中上、下弦杆件的内力变化较大，部分杆件应力比大于1，最大应力比约为1.2，不满足安全允许要求。

通过对改造后的网架杆件重新计算，并与原网架对应杆件对比统计，上弦杆有52根不满足要求，主要分布在跨中的横向杆件中；下弦杆有10根杆件不满足要求，分布在跨中③④轴之间，其余杆件和球节点均满足要求。

图4 改造后网架平面布置示意图

4 网架加固方法分析

4.1 改造加固分析

根据原屋面网架施工设计图和改造设计方案，对原网架结构的安全性进行验算分析，得知现存各杆件的设计现状，网架支座、节点以及大部分杆件满足正常使用要求，仅少数杆件不满足强度要求。依据国家有关建（构）筑物改造现行规程、规范，应委托有相应资质的单位对本屋面及其结构、基础、地基，进行结构可靠性鉴定，证明原结构及屋面网架，经过近10年来的使用，目前是安全可靠的，具备改造条件，对按改造意图、设计计算、加固杆件进行分析评价，并对其他可能存在的设计施工和使用问题给予论述说明，得出相关的结论，以便加固施工改造的正常实施，并保证施工环境影响，减小对同步使用的影响。

改造加固工程不同于新建工程，其如同对原有结构做手术一般，必须有详细的实施程序。改造可能要取消杆件、尺寸变化或增加荷载，加固条件复杂和原结构上焊接，即是特殊的施工工况，也使结构荷载杆件内力发生了变化，稍不注意就可能发生施工安全问题。显然，本工程须先加固、后改造，即对复核计算不满足要求的杆件进行加固，使其加固安全可靠后，方可拆除改造周圈悬挑部分。

改造加固及使用过程中，恒载活荷载不得超过复核计算时的取用荷载。考虑加固施工期间，餐厅仍然有使用的可能。因而施工只能分片采用移动升降平台，逐杆件加固施工，尽量不使额外荷载作用于网架。拆除多余杆件时，应按对称方式进行，先横向后纵向；杆件加固顺序由内向外，先上弦，后下弦。

4.2 改造加固方法

钢结构杆件不满足强度要求时，增大截面法是最常见的方法，紧贴原钢管焊钢筋、钢板、套圆管、包角钢均能达到要求，从外观上看，套焊钢管比较合适，但套管加工难度较大；考虑到需加固杆件承载力欠缺较小，建筑装饰要加吊顶处理，从杆件下料和施工方便出发，决定对不满足要求的杆件通长贴焊角钢加固，并将角钢与两端球节点焊牢，使补强角钢与钢管形成新杆件，其截面积选取，按改造后网架杆件计算面积适当放大，使应力比控制在0.85以内，确保安全可靠。

图5 上弦杆加固做法图 图6 下弦杆加固做法图

由于改造前后杆件计算内力相差较小，各杆件只需加固一根小规格L50×5的角钢即可，做法详见图5、图6。该方法能有效地提高圆管结构的承载力，并能使加固结构和原结构有效地联合，共同抵抗外荷载的作用，杆件轴心受力的偏心影响较小。为减小杆件应力集中，角钢与球和钢管焊接采用低氢细焊丝。

5 施工注意事项

（1）为减少拆除网架周边悬挑部分时产生对支座内杆件工作状态的不利影响，应先对杆件实施加固施工，待验收合格后，再对悬挑部分实施拆除。

（2）加固角钢按现场网架加固杆件尺寸度量，事先逐一放样，角钢两端切割弧度与球节点对应一致，核准无误后方可下料。角钢与球节点和钢管焊接部位应事先将原涂漆去除，露出金属光泽后方能施焊，应采用低氢细焊丝焊接，以减小焊接应力的不利影响。最终应对加固和改造部分进行防腐涂漆处理。

（3）施工应采用移动升降平台，分段对需加固的杆件逐一加固，以控制施工荷载数值，确保加固施工过程中，杆件内力变化值小于加固允许设计值。

（4）如需在网架上设置临时操作平台，平台支点应直接作用于焊接球节点上，不得将加固操作平台直接搭放在杆件上，以免引起杆件失稳。

（5）施工加固顺序应为先下弦杆后加固上弦杆。加固时应将加固角钢两侧与球节点焊牢后，再将角钢均匀断续的贴焊在钢管上，减小杆件的残余应力。

（6）多余杆件节点应对称拆除，先横向后纵向，拆除部分杆件与屋面板应保证切口整齐，以便使新建女儿墙骨架连接平整。拆除时应注意不得损伤相邻现存节点和杆件。应采取必要措施，减小落物、落尘影响，确保餐厅的环境文明。