多層鋼結(jié)構(gòu)樓房檢測鑒定及加固設(shè)計(jì)

曹慧

（太原市建筑設(shè)計(jì)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(jì)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(shí)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(jì)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(yàn)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(yàn)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(yàn)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(jì)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(cuò)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(yàn)收規(guī)范的要求。鋼材的材質(zhì)與原設(shè)計(jì)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(jì)與施工。

3 鋼結(jié)構(gòu)工程加固設(shè)計(jì)

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(shí)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(jì)：

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(diǎn)。

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(shí)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(shí)，原鋼結(jié)構(gòu)柱不參與同時(shí)計(jì)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(jì)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(chǔ)備較大，能夠保證各項(xiàng)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(diǎn)進(jìn)行加固，施工時(shí)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(jì)

4 加固后后期監(jiān)測

為了驗(yàn)證加固后的受力情況，對加固之后的梁體進(jìn)行承載試驗(yàn)，在設(shè)計(jì)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?？梢娂庸毯蟮目蚣芰撼休d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(shí)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(shí)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。