芜湖钢结构工程安装中屋架支撑系统强度加强方案

一、芜湖地区环境荷载特征

风荷载

冬季主导风为东北风，夏季偏南风，春秋季偏东风，年最大风速18m/s，年平均风速2.9m/s。

设计需考虑风荷载对屋架支撑系统的横向稳定性影响，尤其需防范台风引发的屋面檩条变形及围护系统脱落。

雪荷载

50年一遇最大雪压为0.49～0.62kN/m²，100年一遇达0.61～0.77kN/m²。

需确保支撑系统能承载积雪荷载，避免屋架失稳或坍塌。

地震影响

芜湖处于地震带，需考虑水平地震力对节点焊缝、螺栓连接及柱脚锚栓的潜在损伤。

地震可能导致低周疲劳、应力集中及节点区域板件局部失稳。

二、支撑系统常见强度问题及成因

设计缺陷

空间支撑体系不完整：屋面横向水平支撑与柱间支撑未布置在同一跨间，导致无法形成独立传力体系。

风荷载传递路径中断：屋面支撑未与山墙抗风柱协调，风荷载无法直接传递至支撑节点。

刚性系杆不足：未验算檩条替代刚性系杆的承载力及刚度，导致侧向刚度不足。

材料与施工问题

焊缝质量低：角焊缝仅达三级标准，重要节点未提升至二级，存在探伤盲区。

节点应力集中：螺栓孔、焊缝余高等几何突变引发应力集中，加速疲劳损伤。

连接松动：螺栓未按规范紧固，柱间支撑偏心受力，降低整体稳定性。

三、针对性加固措施

1. 优化支撑系统布局

空间支撑体系整合

确保屋面横向水平支撑与柱间支撑在同一跨间布置，形成独立传力体系。若无法在端跨设置，需在第二开间增设刚性纵向系杆，并将第一开间传递杆件设计为压杆。

增设纵向水平支撑：在柱列不同柱距或高低跨区域增设纵向水平支撑，调整结构抗侧刚度分布，减小柱间位移差异。

封闭式连续支撑：对局部凸出、抽柱等不规则平面，设置纵横向封闭连续支撑系统，提升整体抗侧力。

典型节点构造改进

屋脊与柱顶压杆：在屋脊和柱顶处设置钢管或双角钢刚性系杆，确保水平力传递路径简捷。

交叉支撑夹角控制：屋盖水平支撑交叉杆与竖杆夹角控制在30°~60°，避免自重挠度过大。

2. 材料与截面加固

杆件截面补强

上下弦杆：采用加焊角钢或钢板（如图2a、b、c所示），增大截面面积，提升抗压/抗拉能力。

腹杆：对弯曲杆件采用圆钢或钢管补强（如图3a、d），维持截面形心不变。

拉杆优化：采用高强度圆钢或钢管，减少截面尺寸，降低焊接工作量。

刚性系杆强化

优先采用钢管或双角钢作为刚性系杆，替代檩条时需验算其压弯承载力及长细比（≤200）。

在屋脊处增设刚性系杆，确保屋面横向支撑直腹杆的稳定性。

3. 节点与连接改进

焊缝质量提升

重要节点焊缝提升至二级，采用超声波探伤检测，确保无裂纹、未熔合等缺陷。

焊接时采用小线能量、分段退焊法减少变形，优先使用CO₂气体保护焊。

螺栓连接优化

柱间支撑交叉杆端部采用单螺栓连接，并确保与柱中心交于一点，避免偏心受力。

高强度螺栓分初拧、终拧两次紧固，扭矩值达标后进行超声波检测。

隅撑增设

在刚架斜梁下翼缘与檩条间增设角钢隅撑（L40×4），夹角≥35°，防止梁下翼缘受压失稳。

隅撑采用螺栓连接，全跨度内设置，重点加强支座附近区域。

4. 预应力与卸荷技术

预应力拉杆

在屋架下弦节点设置撑杆式结构，通过张紧拉杆改变应力分布，卸荷时需验算杆件内力是否变号或增大。

卸荷前对薄弱杆件进行临时加固，避免施工期间结构失稳。

临时支撑卸荷

采用临时支柱（如吊车桥架脚手架）转移荷载，确保卸荷过程安全可控。

卸荷后对原结构进行承载力复核，保留20%以上的安全储备。

5. 抗震与疲劳防护

宽厚比控制

支撑板件宽厚比严格限制，防止往复荷载下局部失稳引发低周疲劳破坏。

对宽厚比超限的板件，增设加劲肋或采用更高强度钢材。

防腐涂层修复

灾害后检查并修复防腐层，避免盐雾或潮湿环境加速腐蚀。

对腐蚀严重构件进行更换或局部补强。

四、施工与维护建议

施工阶段质量控制

焊接工艺：采用小线能量、分段退焊法减少变形，优先使用CO₂气体保护焊。

螺栓紧固：高强度螺栓分初拧、终拧两次紧固，扭矩值达标后进行超声波检测。

临时支撑：卸荷前设置临时支柱，确保施工期间结构稳定。

运维阶段监测

定期检测：每半年检查节点焊缝、螺栓松动情况，重点监测台风、地震后结构状态。

应变监测：在关键杆件（如屋架下弦、柱间支撑）布置应变计，实时监测应力变化。

檩条变形检查：采用视觉检测技术识别檩条侧向弯曲，及时更换或加固。

五、总结

通过设计优化（空间支撑体系整合、刚性系杆强化）、材料加固（杆件截面补强、高强螺栓应用）、节点改进（焊缝质量提升、隅撑增设）及施工质量控制（卸荷技术、焊接工艺），可系统性提升芜湖钢结构屋架支撑系统的强度，满足当地风荷载、雪荷载及地震需求，确保结构安全与耐久性。