鋼框架結(jié)構(gòu)檢測(cè)鑒定與加固設(shè)計(jì)關(guān)鍵分析

駱利

（1.江蘇省建筑科學(xué)研究院有限公司，南京 210008；2.江蘇省建筑工程質(zhì)量檢測(cè)中心有限公司，南京 210012）

1 引言

鋼框架是建筑工程中的一種特殊結(jié)構(gòu)形式，能夠提高建筑的結(jié)構(gòu)質(zhì)量，與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式相比具有多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)。鋼架結(jié)構(gòu)在建筑工程中會(huì)受到多種因素的影響而出現(xiàn)損傷，一旦出現(xiàn)損傷問題，就會(huì)導(dǎo)致鋼框架結(jié)構(gòu)性能下降，所以，必須針對(duì)鋼框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)鑒定，從而制訂相應(yīng)的加固方案，確保鋼框架結(jié)構(gòu)性能符合國家標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)要求，提高鋼框架結(jié)構(gòu)建筑工程，綜合質(zhì)量。本文結(jié)合某商業(yè)配套用房的實(shí)際工程案例，對(duì)其具體處理措施進(jìn)行分析。

2 工程概況

某商業(yè)配套用房建筑工程為4 層鋼框架結(jié)構(gòu)，柱距離為9.5 m×14.5 m，總長(zhǎng)度為54.3 m，總寬度設(shè)計(jì)為26 m，建筑占地面積約為4 030 m2，該商業(yè)配套用房的樓和屋蓋采用預(yù)應(yīng)力多孔板，圍護(hù)墻體設(shè)計(jì)為厚200 mm 的實(shí)心墻。因?yàn)樵撆涮子梅拷ㄔO(shè)時(shí)間較早，部分設(shè)計(jì)資料已經(jīng)丟失，經(jīng)過業(yè)主與相關(guān)檢測(cè)單位的質(zhì)量檢測(cè)驗(yàn)收發(fā)現(xiàn)，鋼框架結(jié)構(gòu)存在一定的質(zhì)量問題，需要對(duì)該商業(yè)配套用房鋼框架進(jìn)行加固處理，從而保障結(jié)構(gòu)承載力和穩(wěn)定性，防止出現(xiàn)意外事故。

3 鋼框架結(jié)構(gòu)檢測(cè)鑒定

在鋼框架結(jié)構(gòu)建筑中，如果設(shè)計(jì)方案不合理或施工存在問題，會(huì)導(dǎo)致鋼框架結(jié)構(gòu)出現(xiàn)一定的累計(jì)損傷或局部破壞問題，嚴(yán)重影響建筑工程質(zhì)量。為了解決鋼框架結(jié)構(gòu)的質(zhì)量問題，除了長(zhǎng)期對(duì)其進(jìn)行養(yǎng)護(hù)處理，還需要對(duì)鋼框架結(jié)構(gòu)的承載力、性能以及構(gòu)建連接點(diǎn)等進(jìn)行檢測(cè)鑒定[1]。

1）鋼框架結(jié)構(gòu)常見的質(zhì)量問題可以分為鋼材脆性破壞、鋼結(jié)構(gòu)疲勞破壞、鋼結(jié)構(gòu)腐蝕破壞以及鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定破壞等種類。鋼結(jié)構(gòu)脆性破壞主要是因?yàn)殇摬牧献陨泶嬖趩栴}，或承載負(fù)荷較大，導(dǎo)致鋼框架結(jié)構(gòu)出現(xiàn)斷裂問題；鋼結(jié)構(gòu)疲勞破壞主要是因?yàn)樵O(shè)計(jì)方案存在問題，鋼框架結(jié)構(gòu)難以承載建筑重量，外加應(yīng)力和荷載過于集中，長(zhǎng)期在這種狀態(tài)下引起的質(zhì)量問題；鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性破壞是因?yàn)槌霈F(xiàn)結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，導(dǎo)致鋼框架結(jié)構(gòu)出現(xiàn)倒塌或荷載不均勻引起的破壞性問題；腐蝕性破壞是因外界因素對(duì)鋼材料的侵蝕而引起。通常情況下，鋼框架結(jié)構(gòu)檢測(cè)鑒定分為鋼結(jié)構(gòu)性能檢測(cè)鑒定、鋼結(jié)構(gòu)連接形式檢測(cè)鑒定以及鋼材料檢測(cè)鑒定，結(jié)構(gòu)連接形式檢測(cè)鑒定分為焊縫檢測(cè)、連接緊固檢測(cè)，以判斷當(dāng)前鋼框架結(jié)構(gòu)各個(gè)環(huán)節(jié)是否存在連接緊固問題，當(dāng)檢測(cè)結(jié)果顯示某環(huán)節(jié)存在問題時(shí)，就需要對(duì)其進(jìn)行加固處理，從而提高鋼框架結(jié)構(gòu)質(zhì)量和使用安全性[2]。

2）部分鋼梁與鋼梁連接節(jié)點(diǎn)螺栓未擰緊，進(jìn)而出現(xiàn)松動(dòng)，造成端板間存在較大縫隙。同時(shí)，螺栓數(shù)量不滿足設(shè)計(jì)要求，也會(huì)造成節(jié)點(diǎn)連接出現(xiàn)異常，導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)域柱翼緣板已出現(xiàn)變形。這種情況需要制訂加固方案，所有柱梁、梁梁連接節(jié)點(diǎn)端板進(jìn)行矯正歸位，同時(shí)，對(duì)存在縫隙的鋼梁進(jìn)行加固。在進(jìn)行加固過程中，需要嚴(yán)格按照GB 50550—2010《建筑結(jié)構(gòu)加固工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》等規(guī)范的要求進(jìn)行。除此之外，對(duì)加固構(gòu)件進(jìn)行臨時(shí)支撐，在支撐過程中做好相關(guān)支護(hù)工作，這樣可以保證商業(yè)配套結(jié)構(gòu)更加安全。而且在加固過程中，需要充分關(guān)注結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性以及安全性，如果檢驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)存在異常，需要將其停止臨時(shí)加撐，并且進(jìn)行進(jìn)一步鑒定工作，對(duì)構(gòu)建焊接質(zhì)量進(jìn)行鑒定，保證焊接鋼管柱和鋼梁、次梁和主梁連接區(qū)域穩(wěn)定性。

為了明確該商業(yè)配套用房的鋼框架結(jié)構(gòu)質(zhì)量現(xiàn)狀，為加固改造方案制訂提供支持，必須對(duì)商業(yè)配套用房的鋼框架結(jié)構(gòu)的安全性進(jìn)行檢測(cè)鑒定，只有保證鋼框架結(jié)構(gòu)安全性，才能進(jìn)一步保證商業(yè)配套用房的安全性，保證工程施工過程中建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)嚴(yán)謹(jǐn)，可以對(duì)基礎(chǔ)的外界風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行承受，防止社會(huì)資源浪費(fèi)。該商業(yè)配套用房地區(qū)抗震設(shè)防烈度為6 級(jí)，基本地震加速度值設(shè)計(jì)為0.05g，抗震設(shè)防類別為丙類，場(chǎng)地類別為Ⅱ類，建筑結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí)，建筑設(shè)計(jì)使用年限為50 a。

4 鑒定結(jié)論

該商業(yè)配套用房的鋼框架結(jié)構(gòu)檢測(cè)鑒定，主要包括材料強(qiáng)度檢測(cè)、基礎(chǔ)形式檢測(cè)、構(gòu)件截面尺寸檢測(cè)、結(jié)構(gòu)布置檢測(cè)、構(gòu)件變形程度檢測(cè)、構(gòu)件節(jié)點(diǎn)連接狀態(tài)檢測(cè)以及構(gòu)件焊縫質(zhì)量檢測(cè)等內(nèi)容，以下為本次檢測(cè)鑒定工作的主要內(nèi)容：

1）采用隨機(jī)抽取該商業(yè)配套用房鋼框架結(jié)構(gòu)中鋼材料樣本的方式，對(duì)鋼材料的拉伸性能、冷彎性能、材料主要元素（碳、錳、硅、磷以及硫）含量進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果符合GB/T 1591—2018《低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼》中Q345B 規(guī)定的要求。

2）該商業(yè)配套用房的鋼管柱基礎(chǔ)為條形形式，基礎(chǔ)埋深深度為1.35 m，基礎(chǔ)混凝土強(qiáng)度為16.8 MPa。

3）該商業(yè)配套用房鋼框架結(jié)構(gòu)中1 層鋼柱為等截面鋼管柱，2～4 層大部分鋼管柱為不等直徑鋼管柱，焊接方式為點(diǎn)焊，主梁為工字形鋼梁結(jié)構(gòu)形式，次梁為H 型鋼梁結(jié)構(gòu)。

4）抽取樣本中50%的鋼柱構(gòu)件，對(duì)其垂直度進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果不符合GB 50205—2020《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》中的“單節(jié)柱垂直度允許偏差為h/1 000，且不超過10 mm”的規(guī)定（h 為腹板凈高度）。

5）鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件連接方式檢測(cè)鑒定。在鋼柱柱腳的連接方式檢測(cè)方面，該工程鋼柱底部和基礎(chǔ)頂面預(yù)埋鋼板采用圍焊連接，鋼管柱腳底部沒有肋板，為混凝土澆筑結(jié)構(gòu)形式；在鋼柱與鋼梁的連接方式檢測(cè)方面，該工程上層和下層的鋼管柱為不連通結(jié)構(gòu)形式，中間被鋼梁分隔，鋼管柱與鋼梁上部、下部接觸部分采用角焊縫方式連接；在次梁與主梁的連接方式檢測(cè)方面，次梁上部與主梁上部采用對(duì)接縫焊接方式連接，次梁下部與主梁下部采用角焊縫方式連接，主梁腹板和次梁腹板采用角焊縫方式連接[3]。

6）構(gòu)件焊接質(zhì)量檢測(cè)。該商業(yè)配套用房鋼框架結(jié)構(gòu)的鋼柱和鋼梁焊縫質(zhì)量符合焊縫質(zhì)量等級(jí)Ⅱ級(jí)要求，但鋼管柱和鋼梁、次梁和主梁連接區(qū)域的焊縫外觀質(zhì)量較差，且部分焊縫存在夾渣、未焊透等質(zhì)量問題。

7）預(yù)應(yīng)力多孔板檢測(cè)。該商業(yè)配套用房的預(yù)制樓板位于次梁上方，長(zhǎng)度為140 mm，預(yù)制板與鋼梁之間沒有采取緊固連接措施。

8）圍護(hù)墻體檢測(cè)。該商業(yè)配套用房的圍護(hù)墻體為厚200 mm的實(shí)心墻，墻體與鋼框架結(jié)構(gòu)之間沒有采取緊固連接措施。

檢測(cè)人員考慮到該商業(yè)配套用房鋼框架結(jié)構(gòu)存在體系不合理、鋼柱垂直度以及構(gòu)件連接形式不符合要求等問題，判定該工程鋼框架為帶有缺陷的鋼結(jié)構(gòu)，綜合現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)以及承載力計(jì)算結(jié)果得出結(jié)論：該商業(yè)配套用房鋼框架結(jié)構(gòu)安全性為D 級(jí)，不符合國家現(xiàn)行安全規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，必須對(duì)其進(jìn)行加固處理，其主要存在以下問題：

1）上部承重結(jié)構(gòu)體系不合理，節(jié)點(diǎn)連接存在安全隱患；

2）縱向不具有穩(wěn)定且可靠的傳力體系；

3）大部分鋼柱的承載能力不能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，一部分鋼梁的承載能力不滿足標(biāo)準(zhǔn)要求；

4）一部分鋼柱垂直度不滿足要求；

5）樓梯與屋面的預(yù)制板與鋼框架結(jié)構(gòu)連接不夠緊固；

6）維護(hù)墻與鋼框架結(jié)構(gòu)連接不夠緊固。

5 鋼框架結(jié)構(gòu)商業(yè)配套用房加固方案

為了保證本次商業(yè)配套用房鋼框架結(jié)構(gòu)加固方案設(shè)計(jì)的合理性，在設(shè)計(jì)前必須明確設(shè)計(jì)基本原則，主要包括：

1）計(jì)算荷載時(shí)必須按照結(jié)構(gòu)實(shí)際受力情況進(jìn)行計(jì)算，主要包括實(shí)測(cè)檢驗(yàn)以及抽樣檢驗(yàn)；

2）結(jié)構(gòu)功能必須經(jīng)過工程實(shí)踐驗(yàn)證，加固方案相比于計(jì)算結(jié)果必須更加優(yōu)越；

3）在加固過程中必須對(duì)原有結(jié)構(gòu)和新結(jié)構(gòu)的共同受力情況進(jìn)行判斷。

在本次商業(yè)配套用房的鋼框架結(jié)構(gòu)加固處理中，連接方式與節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)是2 項(xiàng)重要內(nèi)容，采用增大構(gòu)件截面和替換現(xiàn)有構(gòu)件的方式時(shí)，需要充分考慮連接方式的合理性，將鋼框架結(jié)構(gòu)各節(jié)點(diǎn)的連接方式放在加固方案的首要位置。當(dāng)前大部分鋼框架結(jié)構(gòu)建筑主要采用螺栓連接、鉚接以及焊接3 種方式，該商業(yè)配套用房的鋼框架結(jié)構(gòu)主要采用焊接連接方式，所以對(duì)其進(jìn)行加固處理需要著重從焊接加固方面考慮[4]。

在對(duì)該商業(yè)配套用房的鋼框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固處理前，設(shè)計(jì)人員根據(jù)檢測(cè)鑒定結(jié)果以及現(xiàn)場(chǎng)勘察的實(shí)際情況，對(duì)加固設(shè)計(jì)難點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)，主要包括沒有設(shè)計(jì)圖紙、結(jié)構(gòu)缺陷較多以及施工周期較為緊張等，為了提高鋼框架加固效果，整體加固設(shè)計(jì)方案采用如下思路：（1）對(duì)商業(yè)配套用房鋼柱通過加大構(gòu)件截面尺寸的方式進(jìn)行加固處理，鋼柱基礎(chǔ)通過加大基礎(chǔ)底面尺寸的方式進(jìn)行加固處理；（2）對(duì)部分已經(jīng)不能滿足承載力要求的鋼管柱和鋼梁采用加大構(gòu)件截面尺寸的方式進(jìn)行加固處理[5]；（3）所有鋼管柱與其他結(jié)構(gòu)接觸的位置采用安裝通長(zhǎng)鋼梁的加固方式；（4）在預(yù)制板底部的跨中心區(qū)域安裝次梁，并采用澆筑混凝土的方式對(duì)預(yù)制板進(jìn)行處理，從而提高預(yù)制板與鋼結(jié)構(gòu)連接的緊密性；（5）采用安裝鋼管混凝土柱的方式將圍護(hù)墻與鋼結(jié)構(gòu)連接，從而提高圍護(hù)墻體與鋼結(jié)構(gòu)連接的緊固程度。

采用上述加固方案進(jìn)行處理后，結(jié)合加固設(shè)計(jì)圖紙、施工情況以及相關(guān)資料，按照如下參數(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算：（1）材料。鋼框架結(jié)構(gòu)材料為Q345，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C35，界面根據(jù)實(shí)測(cè)尺寸進(jìn)行數(shù)值選取。（2）荷載。在考慮鋼框架結(jié)構(gòu)自身重量、恒定荷載以及活荷載的基礎(chǔ)上，恒定荷載取值為4.0 kN/m2；樓梯與屋面荷載取值為3.0 kN/m2；雪荷載取值為0.50 kN/m2；風(fēng)荷載取值為0.55 kN/m2。

計(jì)算結(jié)果為：（1）鋼管柱、鋼梁的承載力能夠滿足標(biāo)準(zhǔn)要求；（2）鋼管混凝土柱承載力、穩(wěn)定性能夠滿足標(biāo)準(zhǔn)要求；（3）墻體高度和厚度比能夠滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。經(jīng)過多項(xiàng)計(jì)算證明，加固處理后鋼框架結(jié)構(gòu)承載力和綜合性能較好，均能夠滿足現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定要求，說明本所設(shè)計(jì)的加固方案對(duì)于鋼框架結(jié)構(gòu)加固具有良好效果，能夠全面提升鋼框架結(jié)構(gòu)承載力和綜合性能。

6 結(jié)語

綜上所述，論文結(jié)合某商業(yè)配套用房鋼框架結(jié)構(gòu)的工程案例，對(duì)鋼框架結(jié)構(gòu)檢測(cè)鑒定的主要內(nèi)容等方面進(jìn)行了分析，得到該商業(yè)配套用房的鋼框架結(jié)構(gòu)的實(shí)際檢驗(yàn)鑒定結(jié)論，并以此為切入點(diǎn)制訂出科學(xué)的加固方案，經(jīng)過實(shí)踐檢驗(yàn)起到了良好的加固效果，希望能夠?qū)ξ覈摽蚣芙Y(jié)構(gòu)相關(guān)施工起到一定的借鑒和幫助作用，不斷提高我國建筑工程施工技術(shù)水平。