某钢结构厂房柱脚加固设计概论

江春 贾建坡

摘 要 某鋼结构厂房为单层门式钢架，高度10.5米，跨度18米双连跨，柱脚铰接，已建成。现要求在每一跨增加2台5吨桁车。对原结构进行计算复核，采用接长基础短柱将铰接柱脚改为外包式刚接柱脚及增设钢柱纵向系杆的加固方法。

关键词 柱脚;铰接;刚接

1 工程概况

新沂市某工业园区厂房为门式钢架，18m两连跨，檐口高度10.5m，无吊车，项目于2019年1月整体施工完毕。根据新的工艺要求，需在现有结构上每跨增加2台5吨桁车，共计4台。原基础形式为独立基础，独基短柱截面500mmx600mm，基础混凝土强度等级C30，地坪形式为建筑地坪。厂房建筑结构安全等级为二级，场地类别为III类，抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度值为0.2g，第一组;根据国家现行规范[1-4]，除新增加桁车荷载外，其他荷载值不变。因每跨增加2台桁车，所以对整个结构进行重新计算和加固处理。

2 加固方案

方案一：铰接柱脚改刚接柱脚及增加在钢柱纵向增设系杆，可以提高结构体系的刚度和承载力，施工方法困难，费用偏高，施工周期短，对施工现场要求低，不影响其他工序的正常进行。

方案二：增大钢柱截面及在钢柱纵向增设系杆，可以提高结构的刚度和承载力，施工难度一般，费用低周期长，需较大工作面，影响设备及其他工序进场，无法保证按期交付使用。

综合考虑施工便利、工期、成本等，实际采用方案一。

3 柱脚刚接设计

新增桁车大大增加了柱脚节点的轴力、弯矩和剪力，所以钢柱脚节点是本加固项目的关键所在。

3.1 常用柱脚加固有以下三种做法

方法一：加大柱底板做外露式刚接柱脚：即把原有柱底板增大，增设柱脚的加劲肋，由于原混凝土短柱截面仅为600X500mm，而原钢柱底板为500X300mm，可加大的范围太小，无法满足使用要求。

方法二：增大基础短柱做外露式刚接柱脚：即在原有独基上钻孔，扩大基础短柱平面尺寸，将加固钢筋或锚栓通过结构专用胶锚入孔内，并与新增柱底板连接，待结构胶硬化后紧固螺母，浇筑混凝土。此连接方法的缺点是柱脚节点承载力提高有限，优点是施工简单。

方法三：接长基础短柱做成外包式刚接柱脚：在原钢柱底部高度1m范围内焊接栓钉，在原有独基短柱上钻孔，将约1m长的加固钢筋通过结构专用胶锚入孔内，再绑扎箍筋，最后浇筑混凝土，将钢柱底部1m高度范围全部包裹。此方法能使上部钢结构的内力有效传递到下部的基础上，加强结构柱脚在复杂应力状态下的承载能力，显著提高结构的抗震性能。

综合考虑各种因素，本工程选择方法三。

3.2 接长基础短柱做成外包式刚接柱脚详细设计

此加固方法如图一所示。在钢柱柱脚位置以上1米高度设置栓钉，栓钉间距200mm，在原有混凝土柱顶钻孔，植入12根直径20的HRB400钢筋，锚固长度35d，在纵向钢筋外侧绑扎箍筋，然后浇筑外包混凝土，接长短柱尺寸与原混凝土柱尺寸一致，并在钢柱吊车梁标高纵向通长增设直径140x4的系杆。该方案能将钢柱平面外的计算长度有效减少，保证上部钢结构内力有效传递到基础上。

4 结束语

本工程于2019年7月10日施工完毕并投入使用，通过对本工程的结构加固设计，可以得出以下几点体会：

（1）铰接柱脚改刚接柱脚及增加在钢柱纵向增设系杆的加固方法可显著提高结构的强度、刚度及抗震性能，施工便捷，对因增加桁车而加固改造的类似工程有一定的借鉴意义。

（2）接长基础短柱将铰接柱脚改为外包式刚接柱脚的加固方法施工方便，受力合理，造价经济，是提高柱脚节点综合受力性能的一种有效方法。

参考文献

[1] 混凝土结构设计规范：GB50010-2010（2015年版）[S].北京：中国标准出版社，2015.

[2] 建筑抗震设计规范：GB50011-2010（2016年版）[S].北京：中国标准出版社，2016.

[3] 钢结构设计标准：GB50017-2017[S].北京：中国标准出版社，2017.

[4] 混凝土加固设计规范：GB50367-2013[S].北京：中国标准出版社，2013.