林 德 宏

(福建省建筑科學(xué)研究院,福建 福州 350025)

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某鋼框架房屋改造前結(jié)構(gòu)安全性鑒定及加固處理

林 德 宏

(福建省建筑科學(xué)研究院,福建 福州 350025)

通過對(duì)某鋼框架房屋結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀進(jìn)行檢測，鑒定評(píng)價(jià)了該房屋結(jié)構(gòu)的安全性，并從橫向框架梁、豎向柱構(gòu)件、地基基礎(chǔ)等方面，闡述了結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，安全性，加固處理，地基基礎(chǔ)

鋼結(jié)構(gòu)因其重量相對(duì)較輕、跨度大可形成大空間、可拆卸二次利用等優(yōu)點(diǎn)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(duì)可持續(xù)發(fā)展及環(huán)境保護(hù)的重視，鋼結(jié)構(gòu)將得到更廣泛的應(yīng)用。目前，關(guān)于鋼框結(jié)構(gòu)房屋改造加固處理的案例較少，本文以某2層鋼框架結(jié)構(gòu)房屋為例，介紹鋼結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(dú)立基礎(chǔ)，建筑面積約為1 600 m2。主要柱網(wǎng)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(guān)設(shè)計(jì)圖紙等技術(shù)資料，現(xiàn)擬改造成藝術(shù)展館，改造后1層～2層改造為藝術(shù)展廳，屋面層改造為觀景平臺(tái)?，F(xiàn)狀結(jié)構(gòu)平面布置見圖1。

2 結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀檢測

鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)場檢測首先全面檢查結(jié)構(gòu)布置現(xiàn)狀，對(duì)結(jié)構(gòu)體系、傳力途徑、構(gòu)件屬性進(jìn)行識(shí)別；對(duì)鋼構(gòu)件截面尺寸進(jìn)行現(xiàn)場量測；采用里氏硬度計(jì)抽檢鋼材極限強(qiáng)度；對(duì)鋼構(gòu)件的節(jié)點(diǎn)構(gòu)造及連接狀態(tài)進(jìn)行檢查、測量；對(duì)鋼構(gòu)件焊縫質(zhì)量進(jìn)行檢測；對(duì)上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行傾斜度觀測；對(duì)鋼構(gòu)件銹蝕狀態(tài)進(jìn)行檢查；對(duì)局部基礎(chǔ)進(jìn)行開挖檢查?，F(xiàn)場勘查結(jié)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(qiáng)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(qiáng)螺栓與柱連接板連接，柱在剛接節(jié)點(diǎn)梁翼緣對(duì)應(yīng)位置設(shè)置橫向加勁肋，剛接節(jié)點(diǎn)處梁翼緣與柱翼緣間采用坡口焊縫?，F(xiàn)場采用里氏硬度計(jì)實(shí)測鋼柱的鋼材極限強(qiáng)度達(dá)到鋼材牌號(hào)Q235B的國家標(biāo)準(zhǔn)要求，鋼梁的鋼材極限強(qiáng)度達(dá)到鋼材牌號(hào)Q345B的國家標(biāo)準(zhǔn)要求(檢測結(jié)果見表1)。抽檢柱、梁節(jié)點(diǎn)焊縫較均勻飽滿，未見明顯裂紋；節(jié)點(diǎn)螺栓未發(fā)現(xiàn)漏擰現(xiàn)象，采用扭矩扳手對(duì)節(jié)點(diǎn)螺栓進(jìn)行檢查表明所抽檢螺栓均未見明顯松動(dòng)，節(jié)點(diǎn)桿件未見明顯變形。鋼構(gòu)件表面有采取涂漆措施，現(xiàn)狀構(gòu)件表面局部漆面脫落，實(shí)測鋼構(gòu)件截面平均銹蝕深度在0.2 mm～0.4 mm之間,未超出鑒定標(biāo)準(zhǔn)[1]鋼構(gòu)件不適于承載的銹蝕深度限值。上部結(jié)構(gòu)鋼柱最大傾斜值為H/464，未超出鑒定標(biāo)準(zhǔn)[1]鋼結(jié)構(gòu)房屋側(cè)向位移安全性限值H/200，表明現(xiàn)階段房屋未產(chǎn)生明顯傾斜。地基基礎(chǔ)局部開挖檢測結(jié)果表明該樓采用柱下鋼筋混凝土獨(dú)立基礎(chǔ)，有設(shè)地梁，基礎(chǔ)持力層為砂質(zhì)粘性土，基礎(chǔ)底面未見有地下水滲出。

表1 鋼材強(qiáng)度檢測結(jié)果

3 改造前結(jié)構(gòu)安全性鑒定

根據(jù)該樓結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀的實(shí)際檢測數(shù)據(jù)及改造方案圖紙，采用中國建筑科學(xué)研究院編制的PKPM系列軟件對(duì)該樓結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀按擬改造后進(jìn)行承載力驗(yàn)算，并對(duì)該樓結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀按承載功能、構(gòu)造、銹蝕、側(cè)向位移、結(jié)構(gòu)整體性等逐項(xiàng)進(jìn)行安全性鑒定。結(jié)構(gòu)安全性鑒定結(jié)果表明現(xiàn)狀結(jié)構(gòu)不滿足改造后的結(jié)構(gòu)安全性要求，已嚴(yán)重影響承載能力。現(xiàn)狀結(jié)構(gòu)存在的問題如下：

表2 承載力不足的柱、梁構(gòu)件應(yīng)力比計(jì)算結(jié)果

2)該樓橫向抗側(cè)力體系采用剛接框架，縱向?yàn)殂q接框架、未采取設(shè)置柱間支撐等可靠的抗側(cè)力體系，房屋結(jié)構(gòu)布置不合理，未形成完整的體系。

4 加固處理

鋼結(jié)構(gòu)加固的主要方法有：減輕荷載、改變計(jì)算簡圖(改變結(jié)構(gòu)體系、傳力途徑等)、加大構(gòu)件截面和連接強(qiáng)度、阻止裂紋擴(kuò)展等。增加原有構(gòu)件截面是最普遍的加固方法，加固構(gòu)件數(shù)量較多時(shí)費(fèi)用也較高；改變計(jì)算簡圖的方法最有效且多種多樣，運(yùn)用得當(dāng)能大幅降低加固費(fèi)用。

該樓普遍鋼框架柱、多數(shù)鋼框架主梁及次梁的計(jì)算應(yīng)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(shè)置柱間支撐等可靠的抗側(cè)力體系；若采用對(duì)承載力不足的構(gòu)件逐一進(jìn)行加固、同時(shí)增設(shè)柱間支撐的方法進(jìn)行加固處理，則房屋整體加固量很大，加固費(fèi)用很高，適修性差，且鋼柱間增設(shè)柱間支撐后明顯影響改造后建筑功能的整體美觀。該樓經(jīng)過與業(yè)主及改造設(shè)計(jì)單位深入溝通，充分考慮鋼結(jié)構(gòu)材料性能及連接特點(diǎn)，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(jié)構(gòu)體系、傳力途徑、節(jié)點(diǎn)性質(zhì)的方法優(yōu)化加固方案。具體加固方案如下：

1)橫向框架梁及次梁構(gòu)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(shè)一道橫向次梁(見圖2)，次梁兩端沿柱列增設(shè)縱向框架梁(上翼緣緊貼原框架梁底)，同時(shí)將增設(shè)的框架梁與框架柱的連接節(jié)點(diǎn)按剛性連接處理(見圖3,圖4)。

該加固方法改變了原結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡圖，使原縱向次梁跨度減半，原縱向框架梁變?yōu)榀B合鋼梁，原橫向主梁的荷載經(jīng)增設(shè)的次梁“分流”后大為減輕；增設(shè)的框架梁與框架柱的連接節(jié)點(diǎn)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?yàn)殂q接、無可靠的抗側(cè)力體系問題，同時(shí)解決了改造設(shè)計(jì)不允許設(shè)置柱間支撐的要求。

2)豎向柱構(gòu)件加固。為確保豎向柱構(gòu)件加固質(zhì)量，避免加固施工現(xiàn)場大量焊接對(duì)原鋼構(gòu)件的損傷，本次采用外包鋼筋混凝土的方法對(duì)豎向柱構(gòu)件進(jìn)行加固(見圖5)。鋼柱外圍新增縱筋下部植入基礎(chǔ)，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(qū)范圍內(nèi)新增錨固螺栓。

豎向柱構(gòu)件加固處理后變?yōu)樾弯摗炷两M合柱，大幅提高原有鋼柱的豎向承載力及側(cè)向剛度；加固后框架柱、梁螺栓節(jié)點(diǎn)埋入混凝土內(nèi)，進(jìn)一步提高了鋼構(gòu)件剛性節(jié)點(diǎn)連接的可靠性。鋼柱加固成矩形柱后，與改造設(shè)計(jì)將原有鋼柱外包裝飾成矩形柱的設(shè)計(jì)意圖相呼應(yīng)，在滿足改造后結(jié)構(gòu)安全性的同時(shí)，兼顧到了改造后建筑美觀要求。

3)地基基礎(chǔ)。該工程有補(bǔ)充地質(zhì)勘查，根據(jù)地基基礎(chǔ)開挖結(jié)果對(duì)該樓地基基礎(chǔ)進(jìn)行承載力驗(yàn)算表明地基承載力尚能滿足改造后的結(jié)構(gòu)安全性要求，地基基礎(chǔ)不做加固處理，在后續(xù)改造施工過程加強(qiáng)沉降監(jiān)測。

5 結(jié)語

既有鋼結(jié)構(gòu)房屋改造加固是一項(xiàng)復(fù)雜的工作，加固方法應(yīng)從安全可靠、施工方便、經(jīng)濟(jì)合理等方面來選擇，同時(shí)還要兼顧改造使用功能要求。該工程在加固設(shè)計(jì)過程系統(tǒng)分析原結(jié)構(gòu)承載力、結(jié)構(gòu)布置、結(jié)構(gòu)體系以及建筑使用功能之間的相互聯(lián)系與制約，通過增加橫向梁構(gòu)件、外包豎向柱構(gòu)件的加固方法，解決了結(jié)構(gòu)上存在的諸多問題，大大降低了工程加固費(fèi)用。

[1] GB 50292—2015，民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)[S].

[2] GB/T 50017—2003,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3] GB 50011—2010,建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[4] GB 50367—2013,混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[5] 曹雙寅,邱洪興,王恒華.結(jié)構(gòu)可靠性鑒定與加固技術(shù)[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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