多層鋼結(jié)構(gòu)樓房檢測鑒定及加固設(shè)計

曹慧

（太原市建筑設(shè)計研究院，山西太原 030002）

1 工程概況

太原市某廣場采用的結(jié)構(gòu)為中庭加建的鋼框架結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)建于2012 年，建筑總面積為15000 m2，為地下1 層，地上5 層結(jié)構(gòu)，各層的層高分別為：地下 1 層 4.2m，1 層 6m，2～4 層為 4.2m，5層層高為4.2m，結(jié)構(gòu)平面形狀為L 形，承重柱1～5 層為箱型柱，地下1 層為H 型鋼，基礎(chǔ)采用樁基礎(chǔ)，平面圖見圖1。工程竣工后由于材料存在問題，故需要對該結(jié)構(gòu)進(jìn)行安全可靠性的鑒定，并根據(jù)檢測結(jié)果對該結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固設(shè)計與施工。

圖1 結(jié)構(gòu)平面布置

2 原鋼結(jié)構(gòu)的安全性鑒定

針對廣場結(jié)構(gòu)的實際情況，結(jié)合相關(guān)的檢測標(biāo)準(zhǔn)，制定了相關(guān)的檢測方案，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行了檢測，包括焊縫質(zhì)量、連接質(zhì)量、所使用材料的質(zhì)量、安裝偏差和變形等。

2.1 對鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸進(jìn)行檢測

采用紅外線測距儀、鋼尺和超聲測厚儀對廠房的構(gòu)件的尺寸進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果發(fā)現(xiàn)該廠房的軸線和結(jié)構(gòu)尺寸均與原設(shè)計圖紙相符。

2.2 外觀質(zhì)量檢測

經(jīng)檢查，鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的外觀沒有明顯的裂紋、銹蝕和劃傷等缺陷，焊縫的外觀質(zhì)量較差，梁體現(xiàn)場安裝的焊縫質(zhì)量較差，不滿足鋼結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量驗收規(guī)范的規(guī)定，部分對接焊縫存在夾渣、咬邊、未焊滿和氣孔等問題，見圖2，鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的外觀質(zhì)量不符合規(guī)范規(guī)定。

圖2 鋼結(jié)構(gòu)梁連接問題

2.3 高強(qiáng)螺栓連接質(zhì)量檢測

高強(qiáng)螺栓連接外露的絲扣數(shù)量滿足鋼結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量驗收規(guī)范的要求，現(xiàn)場采用扭矩扳手對高強(qiáng)螺栓的終擰扭矩進(jìn)行檢測，未發(fā)現(xiàn)不符合相關(guān)規(guī)定的情況。

2.4 涂層厚度檢測

經(jīng)檢測，現(xiàn)場鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的涂層厚度不滿足鋼結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量驗收規(guī)范的規(guī)定。

2.5 原材料及結(jié)構(gòu)變形情況

采用里氏硬度計對現(xiàn)場鋼材的材質(zhì)進(jìn)行檢測，并采用鋼尺及白線對鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的垂直度進(jìn)行檢測，鋼結(jié)構(gòu)框架各層的鋼梁、鋼柱均存在由于安裝施工不當(dāng)導(dǎo)致的變形和接口錯位情況，施工偏差較大，大部分鋼柱垂直度不滿足鋼結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量驗收規(guī)范的要求。鋼材的材質(zhì)與原設(shè)計相符。

綜上所述，該結(jié)構(gòu)的主體施工質(zhì)量不合格，安裝存在嚴(yán)重的偏差，不符合相關(guān)規(guī)定，有嚴(yán)重的安全隱患，需要對該結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固設(shè)計與施工。

3 鋼結(jié)構(gòu)工程加固設(shè)計

結(jié)合鋼結(jié)構(gòu)的檢測與分析，對工程加固的經(jīng)濟(jì)性、實用性、可操作性與施工周期進(jìn)行綜合考慮，確定最優(yōu)化的加固方案。

鋼結(jié)構(gòu)梁、柱的加固設(shè)計：

鋼結(jié)構(gòu)在工作狀態(tài)中不能夠進(jìn)行大量的焊接處理，采用焊接加固方法也無法解決原結(jié)構(gòu)中存在的安裝偏差問題，由于廣場空間較大，經(jīng)過綜合分析考慮采用外包鋼筋混凝土對鋼框架進(jìn)行加固處理。采用外包混凝土的方法能夠避免對原結(jié)構(gòu)進(jìn)行大量的焊接，而且混凝土外包層也可以當(dāng)做防火層，有節(jié)約工期、提高承載力的特點。

該工程存在鋼結(jié)構(gòu)柱的垂直度偏差等不合格問題，經(jīng)過外包混凝土柱的方法能夠提高框架柱的承載能力與剛度，同時也能夠恢復(fù)框架柱的垂直度。該結(jié)構(gòu)的防火等級為一級，耐火極限為3h，根據(jù)相關(guān)規(guī)范，鋼柱外包混凝土結(jié)構(gòu)層的厚度不得小于12cm，該案例采用的外包層厚度為15cm，能夠滿足防火厚度的要求。由于存在焊接質(zhì)量問題，因此在外包之前需要先對焊縫存在的外觀質(zhì)量缺陷進(jìn)行返修與補(bǔ)焊，進(jìn)行局部加固處理。存在大量缺陷無法局部加固的位置采用四周加圍鋼板的方法進(jìn)行加固，見圖3。對鋼結(jié)構(gòu)柱進(jìn)行加固時，原鋼結(jié)構(gòu)柱不參與同時計算，假如原鋼結(jié)構(gòu)柱失效，混凝土柱可以按照箱型截面等為慣性矩和面積相等的工字型截面計算強(qiáng)度和配筋。

圖3 鋼結(jié)構(gòu)柱加固

加固之后框架柱安全儲備較大，能夠保證各項指標(biāo)滿足相關(guān)規(guī)范的要求，柱的穩(wěn)定性和剛度有效提高，也達(dá)到了安全的要求。

鋼結(jié)構(gòu)梁應(yīng)利用鋼結(jié)構(gòu)梁構(gòu)成完成的鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)，由于鋼梁手工焊縫存在缺陷，不能完成傳遞彎矩和剪力，因此需要增加過渡鋼筋以及加密箍筋，避免焊接作業(yè)。用SATWE 軟件對框梁配置的鋼筋進(jìn)行配置，并澆筑混凝土，加固大樣見圖4。采用補(bǔ)焊的方式對梁柱節(jié)點進(jìn)行加固，施工時盡量減少焊接對結(jié)構(gòu)的影響。

圖4 鋼結(jié)構(gòu)梁加固設(shè)計

4 加固后后期監(jiān)測

為了驗證加固后的受力情況，對加固之后的梁體進(jìn)行承載試驗，在設(shè)計荷載的作用下，可以觀測到梁體跨中最大撓度僅為3mm，滿足規(guī)范的相關(guān)要求。可見加固后的框架梁承載能力滿足受力要求，安全性大幅提高，說明加固方案有較好的效果。

5 結(jié)論

對鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固，需要結(jié)合實際情況對鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測，考慮結(jié)構(gòu)的性能和功能、方案的適用性、可靠性和施工周期等確定最優(yōu)加固方案，加固時應(yīng)當(dāng)處理原有的結(jié)構(gòu)問題，大空間狀況下采用外包混凝土結(jié)構(gòu)的方法能夠加強(qiáng)結(jié)構(gòu)受力并提高結(jié)構(gòu)的耐火性，具有良好的效果。