一种采用嵌套L型檩条将简支C型檩条加固为连续檩条方法的分析研究

文/王彦召 江苏环保产业技术研究院股份公司 江苏南京 210000

1、前言

随着我国轻型钢结构技术的迅猛发展，钢结构建筑由于其自重轻、造价低、工期快、节能环保、工业化程度高等诸多优点，已深入到各个建筑领域，其可适用于大跨度工业厂房、仓储库房、体育馆、飞机场、客运站、民用住宅等。目前，在既有屋顶新增光伏、空调等项目越来越多，许多屋顶采用简支C 型檩条，承载能力有限，很难满足新项目的承载要求。直接加大檩条截面或加密檩条等方法因涉及到拆除及恢复屋顶等，加固成本极其高昂，导致许多新增屋顶分布式光伏等项目难以实施。随着新规范《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范GB51022-2015》的实施，在不增加新荷载的情况下，原有许多檩条已不满足新规范的承载力要求，存在一定的安全风险。因此急需一种简单可行且成本低廉的加固方法来解决檩条强度不足的问题。而C 型连续檩条的用钢量指标较低，方便施工，承载力强，应予推广[1]。笔者通过理论与实际经验结合，提出一种采用嵌套L 檩条将简支C 型檩条加固为连续檩条的方法，本文尝试通过对比研究和理论分析，对该方法的可靠性和可行性进行充分论证。

2、现有C 型简支檩条加固为连续檩条方法分析

《新钢结构设计手册》[2]中卷边C 型檩条可采用不同型号的卷边C 型钢套置搭接。搭接长度2a 及其连接螺栓直径应根据连续梁中间支座处的弯矩确定。手册中采用将搭接段嵌套在C 型檩条内的内置方法。

进一步的《C 型连续檩条的可行性研究》[1]，作者详细研究了C 型简支檩条改变为连续檩条的可行性，论文中采用整段C 型檩条嵌套搭接的方法，经过试验验证发现C 型连续檩条较简支檩条跨中弯矩明显减少，减少幅度约30%，说明搭接模型与实际工作情况是接近一致的，建立的搭接模型是可靠的。试验中采用将搭接檩条包套在C 型檩条外的外置方法。

对于新建厂房，此两种方法都无可厚非。但对于已建厂房，檩条和彩钢瓦已经通过螺栓等连接件安装就位，檩条在屋顶处于高位，原先施工时的脚手架早已拆除。假如采用外套搭接，必须将彩钢瓦掀开，且原有檩条须移动至少一个翼缘宽度的距离，将外套檩条放置就位后再将原有檩条复位。该方法的施工难度大且成本高昂，对已建厂房几乎没有可操作性，不建议推广。假如采用内嵌搭接，因檩条翼缘有弯折段，搭接檩条如要塞入原有檩条内部，势必比原有檩条截面小很多，两个翼缘必有一个不能与原有檩条互相贴合，而如采用规范中上下翼缘完全贴合的形式，施工时不拆除原有檩条和彩钢瓦是塞不进去的，此种方法对已建厂房也几乎没有实际可操作性，不建议推广。

以上两种方法所用搭接檩条是非标的，生产需另外开模，而搭接段因尺寸较短，只约有原有檩条长度的10%，极大提高了实际造价，无太大实用价值。

3、采用嵌套L 型檩条将简支C 型檩条加固为连续檩条方法

3.1 方法介绍

专利：ZL2017 2 1453802.3，通过在简支C 型檩条支座附近附加两根类L 型檩条，使檩条受力形态由简支C 型檩条变为连续檩条，以提高檩条承载能力，从而达到加固檩条的目的。具体方案如下图：

图3.1 嵌套双L 型檩条加固方法示意图

加强件均由成品C 型檩条切割而成，或直接采用冷弯技术制作而成，施工时不需要拆除屋顶，不需要移动原有檩条，只需将原有檩条支座处螺母松开，将两根L 型檩条依次上下嵌套进原有檩条，然后在搭接端头和支座处用螺栓固定即可。

该方法与行业内现有的加固方法（如加密、更换檩条等）相比，具有不需要拆除屋顶、施工简易、周期短、费用小、可靠性强等优点，目前已得到多个实际项目验证，可行性高，具有很强的市场竞争力。

3.2 嵌套搭接双L 型檩条加固方法可靠性分析

假定论文[1]中搭接段C 型檩条截面模量为W1，且W1=W 上翼缘+W 腹板+ W 下翼缘；本方法中所有搭接段双L 型檩条截面模量为W2，且W2≈W 上翼缘+2＊W 腹板+ W 下翼缘。很明显同等条件下W2＞ W1。因此可推断，采用该方法可以达到论文[1]实验中所能达到的加固效果，且更为可靠。

《连续檩条设计中的搭接长度分析》中提出在支座腹板处增加加强片承担全部剪力来防止檩条腹板屈曲的发生。而采用双L 檩条搭接，支座处实际有三道腹板，无意间巧妙地解决了该问题。

由此可见该方法在解决搭接连续檩条强度方面可靠性强。

3.3 嵌套搭接单L 型檩条加固方法可靠性分析

目前行业内有部分工程师采用单根L 型檩条翼缘朝上搭接加固简支C 型檩条（如图3.2），笔者以为不妥。假定该种方法截面模量为W3，则W3≈W 上翼缘+W 腹板。同等条件下W3＜W1，该方法是否可靠，需要另外做实验验证。

图3.2 嵌套单L 型檩条加固方法示意图1

如果风荷载较大，而屋顶恒载较轻，风吸力情况下可能在跨中产生可观的负弯矩，而支座处反而产生较大的正弯矩，此时该方法因底部未有连续的翼缘抵抗该部分正弯矩，存在较大的安全风险。

同理，采用单L 檩条翼缘朝下的加固方法（如图3.3）则存在相反缺陷，相关论证方法同上，此处略去。

图3.3 嵌套单L 型檩条加固方法示意图2

这两种方法的可靠性较差，建议进一步实验分析，因地制宜，慎重采用。

结论：

通过以上研究分析，得出如下结论：

（1）外套或内套非标C 型搭接连续檩条，对于新建厂房连续檩条的实现有一定意义，而对于既有厂房檩条加固，这两种方法成本高，施工难度大，经济效益低，不建议推广。

（2）采用嵌套双L 檩条将简支C 型檩条加固为连续檩条方法从理论上是可靠性强，与规范比较贴合，且该方法尚能有效防止支座处腹板屈曲。实际操作中可行性高，成本低，具有极高的经济价值，建议大规模推广应用。

（3）采用嵌套单L 檩条将简支C 型檩条加固为连续檩条方法有一定局限，需要进一步实验论证分析，极端情况下安全风险较大。实际项目中应因地制宜，慎重采用，不建议大规模推广应用。