不均勻沉降引起損壞的工業(yè)鋼結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)

張運(yùn)來(lái)

（山西正和熱電工程有限公司 山西太原 030012）

1 鋼結(jié)構(gòu)在工業(yè)設(shè)計(jì)中的重要性

一個(gè)國(guó)家工業(yè)發(fā)展水平就代表了其經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平，世界上的發(fā)達(dá)國(guó)家都是工業(yè)化國(guó)家。作為發(fā)展中國(guó)家，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)的工業(yè)還存在許多問(wèn)題。比如總體水平低，現(xiàn)代化程度差，科學(xué)技術(shù)上明顯滯后，工業(yè)生產(chǎn)效率也較低。因此，工業(yè)經(jīng)濟(jì)的轉(zhuǎn)型勢(shì)在必行。配合著工業(yè)方面的轉(zhuǎn)型，鋼結(jié)構(gòu)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用也將進(jìn)入到一個(gè)新的階段。工業(yè)中體量大小差異很大的建、構(gòu)筑物很多，需要滿足的功能要求也多種多樣，各方面的限制因素等都導(dǎo)致結(jié)構(gòu)樣式要比較靈活，因此鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用必將占據(jù)很大的部分。隨著時(shí)間的不斷推移，工業(yè)與鋼結(jié)構(gòu)之間形成了一種相互促進(jìn)、互利互惠的關(guān)系。這種關(guān)系也決定了兩者緊密的聯(lián)系。

2 工程概況

某公司有直徑12.5m、高43m的大型筒倉(cāng)36個(gè)，每18個(gè)為一區(qū)，用厚2m的鋼筋混凝土底板連成整體，中間為13層高達(dá)78m的鋼框架機(jī)械樓。圖1為機(jī)械樓平面。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)層平面示意圖

機(jī)械樓鋼結(jié)構(gòu)由受彎梁柱和僅受軸力的斜撐組成，梁和斜撐與柱的連接均按鉸接設(shè)計(jì)。由于筒倉(cāng)施工未能對(duì)稱于機(jī)械樓進(jìn)行，一期筒倉(cāng)建成并裝糧后不久導(dǎo)致機(jī)械樓基礎(chǔ)產(chǎn)生明顯不均勻沉降。二期筒倉(cāng)剛建至地面以上，機(jī)械樓不均勻沉降達(dá)10cm以上，結(jié)構(gòu)已嚴(yán)重受損，該公司委托同濟(jì)大學(xué)進(jìn)行檢測(cè)分析和加固設(shè)計(jì)，以將機(jī)械樓柱與筒倉(cāng)相連的方式進(jìn)行簡(jiǎn)單加固處理。二期筒倉(cāng)建成使用至今現(xiàn)發(fā)現(xiàn)機(jī)械樓部分斜撐出現(xiàn)較大面外變形，連接機(jī)械樓與筒倉(cāng)的部分支撐受壓屈曲，結(jié)構(gòu)安全性和適用性受到明顯影響，需及時(shí)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)機(jī)械樓進(jìn)行加固處理。

3 機(jī)械樓檢測(cè)

（1）一、二期筒倉(cāng)基礎(chǔ)不均勻沉降導(dǎo)致機(jī)械樓鋼結(jié)構(gòu)東西方向產(chǎn)生明顯變形，10層以下的橫向框架受壓支撐大多屈曲，整體出現(xiàn)明顯的面外鼓曲變形。

（2）部分支撐由于設(shè)備安裝時(shí)的野蠻施工而被截?cái)啵治床扇∑渌行Т胧┭a(bǔ)強(qiáng)，導(dǎo)致原按只受拉不受壓設(shè)計(jì)的交叉支撐體系失效，機(jī)械樓鋼結(jié)構(gòu)整體抗側(cè)剛度和穩(wěn)定性嚴(yán)重不足。

（3）多數(shù)支撐與框架連接節(jié)點(diǎn)構(gòu)造不符合規(guī)范要求，表明制作加工及安裝質(zhì)量不夠理想，達(dá)不到設(shè)計(jì)對(duì)支撐的要求，是影響支撐性能的主要原因之一;部分橫向框架支撐翼緣由于其他構(gòu)件穿過(guò)而開(kāi)洞，截面嚴(yán)重削弱，導(dǎo)致支撐剛度和承載力嚴(yán)重不足，是破壞的重要原因。

（4）與一期筒倉(cāng)相連的水平撐桿未發(fā)現(xiàn)鼓曲失穩(wěn)變形，少量節(jié)點(diǎn)部位螺栓出現(xiàn)松動(dòng)脫落，二層撐桿與筒倉(cāng)連接處混凝土出現(xiàn)明顯的拉裂。與二期筒倉(cāng)相連的水平交叉撐桿，東北向的支撐基本均受壓失穩(wěn)，發(fā)生鼓曲變形。

（5）除個(gè)別部位外，梁、柱未見(jiàn)明顯破壞，梁柱節(jié)點(diǎn)未見(jiàn)明顯破壞。雖然由于支撐破壞導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了遠(yuǎn)大于規(guī)范允許的層間側(cè)移，但梁、柱構(gòu)件本身并未出現(xiàn)明顯破壞。

4 加固設(shè)計(jì)

4.1 加固方案

綜合各方面情況，采用如下加固方案：先將機(jī)械樓每榀橫向框架與筒倉(cāng)用6根j15.24預(yù)應(yīng)力索進(jìn)行連接，然后在每榀框架每一層均增設(shè)柱與筒倉(cāng)的連接撐桿。八層撐桿截面為HM250×175×7×11，2～7層撐桿截面為 HN220×125×6×9，鋼材均為 Q235。

4.2 關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)

4.2.1 預(yù)應(yīng)力索與框架柱連接

在框架柱腹板兩側(cè)各焊接一塊錨固板，將6根索分為兩部分分別固定在錨固板上，同時(shí)加焊加勁板。

4.2.2 預(yù)應(yīng)力索與筒倉(cāng)頂板連接

通過(guò)粘鋼和化學(xué)錨栓的方法將槽鋼固定在鋼筋混凝土筒倉(cāng)頂板面上，再將預(yù)應(yīng)力鋼絞線通過(guò)加勁板固定于槽鋼內(nèi)，并放置轉(zhuǎn)向塊進(jìn)行分級(jí)張拉。預(yù)應(yīng)力鋼絞線錨固處均應(yīng)支模澆筑高強(qiáng)灌漿料保護(hù)，且做防水處理。

4.2.3 筒倉(cāng)與機(jī)械樓新增水平撐桿

支撐桿與筒倉(cāng)及柱連接均為鉸接，筒倉(cāng)端的節(jié)點(diǎn)板通過(guò)灌粘鋼專用膠和植化學(xué)錨栓與筒倉(cāng)固定，支撐桿長(zhǎng)度根據(jù)筒倉(cāng)與每根柱的距離確定，其中KJ2～4的每一柱節(jié)點(diǎn)設(shè)2個(gè)與柱子軸線成一定角度的支撐桿，以使每個(gè)支撐桿與筒倉(cāng)距離最短。

4.3 加固效果分析

通過(guò)加固，機(jī)械樓仍保持穩(wěn)定，與筒倉(cāng)相連的撐桿只有極少數(shù)破壞。總之，工業(yè)鋼結(jié)構(gòu)在地基不均勻沉降作用下已嚴(yán)重?fù)p壞，對(duì)此需要采取有效的方法進(jìn)行加固，從而確保結(jié)構(gòu)質(zhì)量。

[1]常玉娟.復(fù)雜地形地貌地基上輕鋼結(jié)構(gòu)廠房的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)[J].中國(guó)科技信息，2012（10）：78.

[2]朱彥，楊順新，王舜.路堤不均勻沉降對(duì)拼接路面的影響研究[J].公路交通科技（應(yīng)用技術(shù)版），2007（04）：32～35.