某門式輕鋼結(jié)構(gòu)檢測(cè)鑒定與加固方法研究

趙 鋼 （安徽省建筑科學(xué)研究設(shè)計(jì)院，安徽 合肥 230031）

0 前言

門式輕鋼結(jié)構(gòu)因其具有自重輕、抗震性能好和施工快速方便等諸多優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)廠房中得到廣泛應(yīng)用。實(shí)際工程建設(shè)和使用過(guò)程中，由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)失誤、施工質(zhì)量不達(dá)標(biāo)、未按設(shè)計(jì)圖紙施工、使用不當(dāng)而增加荷載等因素不同程度地影響了廠房的結(jié)構(gòu)使用安全和正常使用，必要時(shí)應(yīng)進(jìn)行檢測(cè)鑒定及加固補(bǔ)強(qiáng)處理。筆者以某門式輕鋼結(jié)構(gòu)廠房為例，對(duì)照設(shè)計(jì)圖紙、鋼結(jié)構(gòu)施工驗(yàn)收規(guī)范和工業(yè)建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)等對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)鑒定，結(jié)構(gòu)復(fù)核驗(yàn)算結(jié)果顯示剛架部分構(gòu)件承載能力不符合標(biāo)準(zhǔn)要求，經(jīng)對(duì)各種加固方案進(jìn)行比較，采用改變結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖、增設(shè)剛架梁柱之間支撐的措施對(duì)主剛架進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng)，方法簡(jiǎn)便易行，可滿足結(jié)構(gòu)安全和正常使用功能要求。

1 工程設(shè)計(jì)概況

本工程系單層門式輕鋼結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)使用年限為50年，建筑結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí)，抗震設(shè)防烈度為7度（0.10g），設(shè)計(jì)地震分組為第二組。建筑物平面幾何尺寸為（30.4×135.2）m，檐口高度約7.2m，屋脊高度約8.4m，縱向24道軸線，縱向柱距為5m和6m；上部承重結(jié)構(gòu)為單層門式剛架，現(xiàn)有主剛架為兩連跨，單跨跨度為15m，總跨度30m，屋面為單脊雙坡，主剛架鋼柱、鋼梁均采用H型鋼（材質(zhì)為Q345），屋面檁條、墻面墻梁采用單面開(kāi)口卷邊槽鋼（材質(zhì)為Q235）；鋼梁梁-梁節(jié)點(diǎn)、鋼梁與鋼柱節(jié)點(diǎn)均采用10.9S級(jí)高強(qiáng)螺栓連接；鋼柱柱腳節(jié)點(diǎn)底采用M20和M24地腳螺栓與基礎(chǔ)連接；其余鋼構(gòu)件間采用普通螺栓連接。工程平面布置詳見(jiàn)圖1。

圖1 一層平面布置示意圖

2 主鋼結(jié)構(gòu)抽樣檢測(cè)

2.1 鋼柱頂點(diǎn)側(cè)向位移

現(xiàn)場(chǎng)隨機(jī)抽取部分鋼柱采用經(jīng)緯儀測(cè)量頂點(diǎn)側(cè)向位移，結(jié)果結(jié)果見(jiàn)表1所示。

鋼柱頂點(diǎn)側(cè)向位移檢測(cè)結(jié)果匯總表 表1

抽檢部分鋼柱頂點(diǎn)平面外側(cè)向位移在《工業(yè)建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》（GB50144-2008）B級(jí)允許值（＞H/1000，≤H/700，H＞10m時(shí)＞25，≤35）范圍內(nèi)。

2.2 剛架支撐系統(tǒng)桿件布置

現(xiàn)場(chǎng)對(duì)剛架支撐系統(tǒng)桿件布置情況進(jìn)行調(diào)查，結(jié)果匯總于表2。

屋架支撐體系桿件調(diào)查結(jié)果匯總表 表2

實(shí)測(cè)剛架支撐桿件未見(jiàn)明顯松弛現(xiàn)象，D軸線局部鋼柱柱間豎向未設(shè)置支撐，改為在2～3、6～7、12～13、18～19、22～23軸線部位柱間增設(shè)門式柱間支撐，其余部位屋面水平支撐和柱間豎向支撐設(shè)置均符合原設(shè)計(jì)要求。

2.3 主鋼構(gòu)件截面尺寸

現(xiàn)場(chǎng)采用金屬測(cè)厚儀、游標(biāo)卡尺及鋼尺對(duì)鋼構(gòu)件截面尺寸進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果顯示：抽檢鋼構(gòu)件中除鋼梁截面尺寸偏小不符合設(shè)計(jì)及施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范要求外，其余鋼構(gòu)件截面尺寸基本符合原設(shè)計(jì)及施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范要求。

2.4 節(jié)點(diǎn)螺栓連接情況

本工程主剛架屋面主鋼構(gòu)件間連接采用高強(qiáng)螺栓連接，現(xiàn)場(chǎng)抽取部分屋面梁-柱、梁-梁節(jié)點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果顯示：抽檢剛架梁-柱、梁-梁節(jié)點(diǎn)高強(qiáng)度螺栓規(guī)格、數(shù)量符合設(shè)計(jì)要求，螺栓安裝質(zhì)量基本符合施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范要求。

2.5 焊縫焊接質(zhì)量抽檢

現(xiàn)場(chǎng)采用PXUT-350B+型超聲波檢測(cè)儀對(duì)鋼構(gòu)件焊縫進(jìn)行隨機(jī)抽檢，結(jié)果顯示：現(xiàn)場(chǎng)抽檢8條對(duì)接焊縫內(nèi)部質(zhì)量能夠符合規(guī)范二級(jí)焊縫要求。

3 地基基礎(chǔ)

fak=190kPa，Es0.1～0.2=6.72MPa；第 ③ 層粉土(Q3al+pl)，該層未揭穿，揭露最大厚度15.10m， fak=180kPa， Es0.1～0.2=11.10 MPa。

本場(chǎng)地地下水對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)具有微腐蝕性，對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋有微腐蝕性；土對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)具有微腐蝕性，對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋有微腐蝕性。

3.1 地基基礎(chǔ)概況

委托單位提供的地質(zhì)勘察報(bào)告顯示：擬建場(chǎng)地為耕地，地勢(shì)平坦開(kāi)闊，地貌單元隸屬淮北沖（洪）積平原。場(chǎng)地抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.10g，設(shè)計(jì)地震分組為第二組，場(chǎng)地抗震設(shè)防類別為丙類。場(chǎng)地覆蓋層厚度大于50.0m，建筑場(chǎng)地類型為Ⅲ類，場(chǎng)地穩(wěn)定，地基均勻，屬抗震一般地段。

場(chǎng)地地基土構(gòu)成層序自上而下依次為：①層耕土(Q4ml)：層厚 0.50～0.60m；②粉質(zhì)粘土(Q3al+pl)：層厚 3.20～6.00m，

3.2 地基基礎(chǔ)檢測(cè)

采用回彈法檢測(cè)基礎(chǔ)柱構(gòu)件混凝土強(qiáng)度，抽檢基礎(chǔ)柱現(xiàn)齡期混凝土強(qiáng)度推定值達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)（C25）要求。使用鋼筋探測(cè)儀及鋼尺等對(duì)基礎(chǔ)柱鋼筋配置情況及截面尺寸進(jìn)行檢測(cè)，抽檢基礎(chǔ)柱鋼筋配置、截面尺寸符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

3.3 地基基礎(chǔ)鑒定

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)查看，建設(shè)場(chǎng)地較為平整，非邊坡地帶，地基較穩(wěn)定未見(jiàn)滑動(dòng)跡象。未見(jiàn)明顯因基礎(chǔ)不均勻沉降引起的上部結(jié)構(gòu)異?，F(xiàn)象。

4 結(jié)構(gòu)復(fù)核驗(yàn)算

4.1 復(fù)核驗(yàn)算依據(jù)

本工程巖土工程勘察報(bào)告；工程設(shè)計(jì)施工圖紙；現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)數(shù)據(jù)；主要檢測(cè)鑒定及相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)；采用中國(guó)建筑科學(xué)研究院結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件PKPM2010版。

基本風(fēng)壓：0.35kN/m2。基本雪壓：0.55kN/m2。地面粗糙度類別：B類。地震作用：抗震設(shè)防烈度為7度（0.10g），設(shè)計(jì)地震分組為第二組。屋面恒荷載：0.25kN/m2。屋面活荷載：0.30kN/m2（檁條活荷載：0.50kN/m2）。主剛架鋼材牌號(hào)取為Q345鋼，次鋼構(gòu)件鋼材牌號(hào)取為Q235鋼。

4.2 復(fù)核驗(yàn)算結(jié)果

結(jié)合設(shè)計(jì)圖紙、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果，經(jīng)復(fù)核：地基基礎(chǔ)承載能力符合標(biāo)準(zhǔn)要求；主剛架部分構(gòu)件承載能力不符合標(biāo)準(zhǔn)要求；水平及柱間支撐布置基本符合標(biāo)準(zhǔn)要求；屋面檁條及墻梁承載能力符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

5 剛架補(bǔ)強(qiáng)加固處理

由于本工程部分剛架構(gòu)件承載能力不符合標(biāo)準(zhǔn)要求，為確保結(jié)構(gòu)安全使用，業(yè)主委托設(shè)計(jì)院和鋼結(jié)構(gòu)公司對(duì)上述構(gòu)件進(jìn)行了加固補(bǔ)強(qiáng)處理。

5.1 加固補(bǔ)強(qiáng)處理方案

現(xiàn)有的比較成熟的門式剛架加固設(shè)計(jì)方法主要如下。

①減輕荷載：改用輕質(zhì)材料或者其他材料。

②改變計(jì)算圖形：通過(guò)有效措施改變?cè)薪Y(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布，產(chǎn)生內(nèi)力重分布，使結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)有利于加固的目標(biāo)構(gòu)件來(lái)達(dá)到加固的目的。如通過(guò)改變荷載的分布情況，增加支撐，改變支座等來(lái)改變結(jié)構(gòu)受力。

③加大構(gòu)件截面：這個(gè)方法在鋼結(jié)構(gòu)的加固中是最為常見(jiàn)的辦法，因?yàn)榇朔椒ㄏ鄬?duì)其他方法有著明顯的優(yōu)勢(shì)，它只是單一地加大構(gòu)件的截面來(lái)增加構(gòu)件的承載能力，思路清晰明了簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單，涉及面和影響面小，特別值得一提的是此方法在一定條件下不影響廠房的正常運(yùn)作，能夠在負(fù)荷的情況下進(jìn)行，但此方案中涉及焊接的數(shù)量較多，特別是在加固鋼梁過(guò)程中的焊接質(zhì)量較難保證。

綜合考慮上述三種加固方案，本案選擇第二種改變計(jì)算簡(jiǎn)圖的方式進(jìn)行加固處理。對(duì)于本案的廠房加固較為適用，這種加固方式有加固成本較低、施工工期較短及經(jīng)濟(jì)性也較好的優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)與業(yè)主協(xié)商最終確定以增設(shè)梁柱支撐的形式加固。

5.2 本案加固補(bǔ)強(qiáng)處理方案簡(jiǎn)介

加固補(bǔ)強(qiáng)處理方案為：中柱脊梁部位增設(shè)剛架梁柱之間支撐措施對(duì)主剛架進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng)，增設(shè)支撐截面為140x4.0方鋼管，材質(zhì)為Q345B，支撐與中柱夾角約為53°，補(bǔ)強(qiáng)支撐與原結(jié)構(gòu)構(gòu)件間采用現(xiàn)場(chǎng)焊接的方式連接。

具體加固補(bǔ)強(qiáng)措施如下：柱翼緣板與屋面脊梁下翼緣板間增設(shè)方鋼支撐，支撐部位翼緣板之間設(shè)肋板；梁下翼緣板設(shè)連接板，連接處四面圍焊；補(bǔ)強(qiáng)構(gòu)件與原結(jié)構(gòu)構(gòu)件采用四面圍焊連接，與連接板之間采用四面圍焊連接。

5.3 整改方案審核

經(jīng)審核，加固補(bǔ)強(qiáng)采用改變結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖的方法，在中柱脊梁部位增設(shè)剛架梁柱之間支撐，方案簡(jiǎn)便易行，提升結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載能力作用明顯，能夠滿足該工程正常使用情況下的安全性要求。

5.4 鋼梁補(bǔ)強(qiáng)情況抽查

經(jīng)普查，1～24/D軸梁柱節(jié)點(diǎn)兩側(cè)均進(jìn)行了加固補(bǔ)強(qiáng)，補(bǔ)強(qiáng)連接部位均滿焊，現(xiàn)場(chǎng)抽取部分節(jié)點(diǎn)對(duì)加固補(bǔ)強(qiáng)情況進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果匯總于表3。

梁柱節(jié)點(diǎn)加固情況檢測(cè)結(jié)果匯總表（單位：㎜） 表3

經(jīng)檢查，1～24/D軸梁柱節(jié)點(diǎn)兩側(cè)均進(jìn)行了加固補(bǔ)強(qiáng)，補(bǔ)強(qiáng)連接部位均滿焊，現(xiàn)場(chǎng)抽取部分節(jié)點(diǎn)對(duì)加固補(bǔ)強(qiáng)情況進(jìn)行檢測(cè)：抽檢節(jié)點(diǎn)加固措施、構(gòu)件選型、構(gòu)件截面尺寸、焊縫長(zhǎng)度、焊腳高度基本符合設(shè)計(jì)圖紙要求。

6 結(jié)語(yǔ)

門式輕鋼鋼結(jié)構(gòu)剛架的加固方法通常分為三種：加大原結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面法、改變結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡(jiǎn)圖法、既改變結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡(jiǎn)圖又增加結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面的綜合加固法。實(shí)際工程中一般根據(jù)檢測(cè)鑒定結(jié)果，考慮到剛架自重荷載增加、施工難易程度以及施工方案優(yōu)缺點(diǎn)，對(duì)各種加固方案進(jìn)行比較選擇，采用恰當(dāng)可行的加固方法進(jìn)行可靠處理。本工程結(jié)構(gòu)復(fù)核驗(yàn)算結(jié)果為剛架部分構(gòu)件承載能力不符合標(biāo)準(zhǔn)要求，若采用加大結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面法需要對(duì)鋼柱和鋼梁均進(jìn)行加固，而改變結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡(jiǎn)圖的方法更簡(jiǎn)便易行，可滿足結(jié)構(gòu)安全和正常使用功能要求。