某鋼框架房屋改造前結構安全性鑒定及加固處理

林 德 宏

(福建省建筑科學研究院,福建 福州 350025)

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某鋼框架房屋改造前結構安全性鑒定及加固處理

林 德 宏

(福建省建筑科學研究院,福建 福州 350025)

通過對某鋼框架房屋結構現狀進行檢測，鑒定評價了該房屋結構的安全性，并從橫向框架梁、豎向柱構件、地基基礎等方面，闡述了結構的加固處理措施，使房屋加固改造后滿足安全使用要求。

鋼框架結構，安全性，加固處理，地基基礎

鋼結構因其重量相對較輕、跨度大可形成大空間、可拆卸二次利用等優點被廣泛利用于廠房及大空間展館、車站候車廳等建筑上。隨著對可持續發展及環境保護的重視，鋼結構將得到更廣泛的應用。目前，關于鋼框結構房屋改造加固處理的案例較少，本文以某2層鋼框架結構房屋為例，介紹鋼結構房屋改造前安全性鑒定并探討加固處理方法，為類似工程改造加固提供借鑒。

1 工程概況

某工程為2層鋼框架結構房屋，1層鋼柱采用帶翼緣的十字型鋼柱，2層鋼柱采用H型鋼柱，鋼梁采用H型鋼梁，樓、屋面采用鋼承板與混凝土組合樓板，層高均為6.0 m，采用柱下鋼筋混凝土獨立基礎，建筑面積約為1 600 m2。主要柱網尺寸為9.0 m×12.1 m，主要框架柱截面尺寸為H600 mm×200 mm×10 mm×14 mm(其中1層鋼柱為帶翼緣的十字型柱)，主要框架梁截面尺寸為H(800～460)mm×200 mm×9 mm×13 mm及H346 mm×174 mm×6 mm×9 mm。該樓建成后閑置未曾使用，無相關設計圖紙等技術資料，現擬改造成藝術展館，改造后1層～2層改造為藝術展廳，屋面層改造為觀景平臺。現狀結構平面布置見圖1。

2 結構現狀檢測

鋼結構現場檢測首先全面檢查結構布置現狀，對結構體系、傳力途徑、構件屬性進行識別；對鋼構件截面尺寸進行現場量測；采用里氏硬度計抽檢鋼材極限強度；對鋼構件的節點構造及連接狀態進行檢查、測量；對鋼構件焊縫質量進行檢測；對上部結構進行傾斜度觀測；對鋼構件銹蝕狀態進行檢查；對局部基礎進行開挖檢查。現場勘查結果表明，該樓主要鋼柱截面，鋼柱采用平板式剛接柱腳；框架柱與框架梁的連接采用柱貫通型，H型鋼柱繞強軸方向與梁剛接連接、繞弱軸方向與梁鉸接連接，主、次梁間采用連接板鉸接連接。梁腹板采用高強螺栓與柱連接板連接，柱在剛接節點梁翼緣對應位置設置橫向加勁肋，剛接節點處梁翼緣與柱翼緣間采用坡口焊縫。現場采用里氏硬度計實測鋼柱的鋼材極限強度達到鋼材牌號Q235B的國家標準要求，鋼梁的鋼材極限強度達到鋼材牌號Q345B的國家標準要求(檢測結果見表1)。抽檢柱、梁節點焊縫較均勻飽滿，未見明顯裂紋；節點螺栓未發現漏擰現象，采用扭矩扳手對節點螺栓進行檢查表明所抽檢螺栓均未見明顯松動，節點桿件未見明顯變形。鋼構件表面有采取涂漆措施，現狀構件表面局部漆面脫落，實測鋼構件截面平均銹蝕深度在0.2 mm～0.4 mm之間,未超出鑒定標準[1]鋼構件不適于承載的銹蝕深度限值。上部結構鋼柱最大傾斜值為H/464，未超出鑒定標準[1]鋼結構房屋側向位移安全性限值H/200，表明現階段房屋未產生明顯傾斜。地基基礎局部開挖檢測結果表明該樓采用柱下鋼筋混凝土獨立基礎，有設地梁，基礎持力層為砂質粘性土，基礎底面未見有地下水滲出。

表1 鋼材強度檢測結果

3 改造前結構安全性鑒定

根據該樓結構現狀的實際檢測數據及改造方案圖紙，采用中國建筑科學研究院編制的PKPM系列軟件對該樓結構現狀按擬改造后進行承載力驗算，并對該樓結構現狀按承載功能、構造、銹蝕、側向位移、結構整體性等逐項進行安全性鑒定。結構安全性鑒定結果表明現狀結構不滿足改造后的結構安全性要求，已嚴重影響承載能力。現狀結構存在的問題如下：

表2 承載力不足的柱、梁構件應力比計算結果

2)該樓橫向抗側力體系采用剛接框架，縱向為鉸接框架、未采取設置柱間支撐等可靠的抗側力體系，房屋結構布置不合理，未形成完整的體系。

4 加固處理

鋼結構加固的主要方法有：減輕荷載、改變計算簡圖(改變結構體系、傳力途徑等)、加大構件截面和連接強度、阻止裂紋擴展等。增加原有構件截面是最普遍的加固方法，加固構件數量較多時費用也較高；改變計算簡圖的方法最有效且多種多樣，運用得當能大幅降低加固費用。

該樓普遍鋼框架柱、多數鋼框架主梁及次梁的計算應力比不滿足承載安全性要求，框架柱弱向均采用鉸接連接且未采取設置柱間支撐等可靠的抗側力體系；若采用對承載力不足的構件逐一進行加固、同時增設柱間支撐的方法進行加固處理，則房屋整體加固量很大，加固費用很高，適修性差，且鋼柱間增設柱間支撐后明顯影響改造后建筑功能的整體美觀。該樓經過與業主及改造設計單位深入溝通，充分考慮鋼結構材料性能及連接特點，綜合考慮改造加固后使用功能及建筑美觀，最終采用改變結構體系、傳力途徑、節點性質的方法優化加固方案。具體加固方案如下：

1)橫向框架梁及次梁構件加固。該樓層高較高，本次采用縱向次梁增加支座的辦法，在各縱向次梁跨中貼梁底增設一道橫向次梁(見圖2)，次梁兩端沿柱列增設縱向框架梁(上翼緣緊貼原框架梁底)，同時將增設的框架梁與框架柱的連接節點按剛性連接處理(見圖3,圖4)。

該加固方法改變了原結構的計算簡圖，使原縱向次梁跨度減半，原縱向框架梁變為疊合鋼梁，原橫向主梁的荷載經增設的次梁“分流”后大為減輕；增設的框架梁與框架柱的連接節點按剛性連接處理后，使原有鋼框架形成雙向剛接，解決了原框架縱向為鉸接、無可靠的抗側力體系問題，同時解決了改造設計不允許設置柱間支撐的要求。

2)豎向柱構件加固。為確保豎向柱構件加固質量，避免加固施工現場大量焊接對原鋼構件的損傷，本次采用外包鋼筋混凝土的方法對豎向柱構件進行加固(見圖5)。鋼柱外圍新增縱筋下部植入基礎，樓層處角部縱筋穿過樓板連通上層柱角筋，中部縱筋采用直螺紋套筒焊接在鋼梁翼緣上；原鋼柱在新增箍筋加密區范圍內新增錨固螺栓。

豎向柱構件加固處理后變為型鋼—混凝土組合柱，大幅提高原有鋼柱的豎向承載力及側向剛度；加固后框架柱、梁螺栓節點埋入混凝土內，進一步提高了鋼構件剛性節點連接的可靠性。鋼柱加固成矩形柱后，與改造設計將原有鋼柱外包裝飾成矩形柱的設計意圖相呼應，在滿足改造后結構安全性的同時，兼顧到了改造后建筑美觀要求。

3)地基基礎。該工程有補充地質勘查，根據地基基礎開挖結果對該樓地基基礎進行承載力驗算表明地基承載力尚能滿足改造后的結構安全性要求，地基基礎不做加固處理，在后續改造施工過程加強沉降監測。

5 結語

既有鋼結構房屋改造加固是一項復雜的工作，加固方法應從安全可靠、施工方便、經濟合理等方面來選擇，同時還要兼顧改造使用功能要求。該工程在加固設計過程系統分析原結構承載力、結構布置、結構體系以及建筑使用功能之間的相互聯系與制約，通過增加橫向梁構件、外包豎向柱構件的加固方法，解決了結構上存在的諸多問題，大大降低了工程加固費用。

[1] GB 50292—2015，民用建筑可靠性鑒定標準[S].

[2] GB/T 50017—2003,鋼結構設計規范[S].

[3] GB 50011—2010,建筑抗震設計規范[S].

[4] GB 50367—2013,混凝土結構加固設計規范[S].

[5] 曹雙寅,邱洪興,王恒華.結構可靠性鑒定與加固技術[M].北京：中國水利水電出版社,2002.

On safety evaluation and consolidation treatment of some steel framework houses before reconstruction

Lin Dehong

(FujianAcademyofArchitecture,Fuzhou350025,China)

According to the detection of the status for some steel framework houses, the paper evaluates the safety of the house structures, and illustrates its consolidation measures from the horizontal framework beam, vertical column members, and foundation, so as to meet the demands for the safety after the house consolidation reconstruction.

steel framework structure, safety, consolidation treatment, foundation

1009-6825(2017)09-0043-02

2017-01-16

林德宏(1983- )，男，工程師

TU317

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