呂雪瑞，張 坤

西安石油大學(xué)，陜西 西安 710065

鋼結(jié)構(gòu)作為一種主要的建筑結(jié)構(gòu)類型之一，具有自重輕、抗震性能好、施工便捷等特點(diǎn)，在進(jìn)行大跨度、大荷載的商業(yè)綜合體幕墻體系設(shè)計(jì)中，常被選為幕墻支承結(jié)構(gòu)以滿足設(shè)計(jì)對(duì)承載力和穩(wěn)定性的要求。但在工程實(shí)踐中由于設(shè)計(jì)或施工中的不當(dāng)往往會(huì)造成鋼結(jié)構(gòu)的某些缺陷，因此必須采用有效的方式對(duì)原鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固。本文以某商業(yè)綜合體幕墻鋼結(jié)構(gòu)加固工程為例，介紹了鋼結(jié)構(gòu)加固措施的具體應(yīng)用。

1 工程概況

本工程加固對(duì)象為某商場(chǎng)幕墻構(gòu)架鋼結(jié)構(gòu)，主體建筑結(jié)構(gòu)體系為現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。其中幕墻構(gòu)架鋼結(jié)構(gòu)位于東南角，總重量89t，使用鋼材材質(zhì)為Q345，總長42m，高度約13m，共7層桁架。1、2層主桁架通過6個(gè)支座支承在下部鋼筋混凝土主體上。3至7層為次桁架，其中5至7層為出屋頂桁架。

因前期施工缺陷，幕墻鋼結(jié)構(gòu)施工出現(xiàn)與原設(shè)計(jì)不符的問題，因此業(yè)主要求進(jìn)行加固設(shè)計(jì)。為如實(shí)反映既有鋼結(jié)構(gòu)情況，需要對(duì)原結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)。結(jié)合檢測(cè)結(jié)果構(gòu)建模型進(jìn)行承載力復(fù)核計(jì)算，并針對(duì)結(jié)構(gòu)薄弱點(diǎn)進(jìn)行加固設(shè)計(jì)，以滿足幕墻鋼結(jié)構(gòu)的荷載要求。

2 工程檢測(cè)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)初步查勘，既有幕墻鋼結(jié)構(gòu)的施工與設(shè)計(jì)的鋼構(gòu)坐標(biāo)定位偏差較大，鋼結(jié)構(gòu)焊縫成型較差。通過對(duì)現(xiàn)況鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)及質(zhì)量檢測(cè)發(fā)現(xiàn)：

（1）鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)錯(cuò)位?，F(xiàn)況節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)與原設(shè)計(jì)偏差為5～89cm不等，構(gòu)件長度不足且均未設(shè)置加勁板。

（2）鋼結(jié)構(gòu)焊縫、材質(zhì)力學(xué)性能、型鋼厚度均不滿足規(guī)范要求?，F(xiàn)場(chǎng)所檢部分焊縫不合格率93%?，F(xiàn)場(chǎng)所檢構(gòu)件型鋼壁厚、材質(zhì)強(qiáng)度大部分不滿足國家規(guī)范及設(shè)計(jì)要求。

故應(yīng)在加固工作前，應(yīng)對(duì)原有檢測(cè)不合格的焊縫進(jìn)行補(bǔ)焊，并對(duì)桿件拼接未采用內(nèi)襯板焊縫的部位采用外加拼接板加強(qiáng)。

3 結(jié)構(gòu)建模

3.1 荷載取值

（1）永久荷載主要考慮承受采光頂和結(jié)構(gòu)自重，采光頂按恒荷載 0.8kN/m2，活荷載0.5kN/m2計(jì)算，主結(jié)構(gòu)自重由程序自動(dòng)計(jì)算。

（2）可變荷載：風(fēng)荷載按50年一遇基本風(fēng)壓設(shè)計(jì)，為0.35kN/m2，底面粗糙度類別為B類。雪荷載按50年一遇基本風(fēng)壓設(shè)計(jì)，為0.25kN/m2，

（3）地震作用：本工程多遇地震、設(shè)防地震和罕遇地震，抗震設(shè)防烈度為8度，設(shè)計(jì)地震分組為第二組，設(shè)計(jì)基本加速度為0.2g，多遇地震影響系數(shù)最大值為0.16，場(chǎng)地類別為Ⅱ類，場(chǎng)地特征周期為0.4s。鋼結(jié)構(gòu)抗震按4級(jí)要求考慮。

3.2 桿件截面尺寸

原幕墻構(gòu)架鋼材截面尺寸及材料、數(shù)量如表1所示。根據(jù)前期現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)檢測(cè)結(jié)果，實(shí)際鋼材強(qiáng)度不能完全滿足規(guī)范要求，考慮計(jì)算時(shí)對(duì)鋼材強(qiáng)度進(jìn)行60%折減。

表1 現(xiàn)場(chǎng)鋼材型材表

3.3 模型建構(gòu)

結(jié)合實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，采用PKPM軟件建立模型對(duì)原鋼結(jié)構(gòu)承載力進(jìn)行復(fù)核計(jì)算。

4 既有鋼結(jié)構(gòu)核算分析

按照鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)［1］，對(duì)既有鋼結(jié)構(gòu)承載力驗(yàn)算。計(jì)算結(jié)果顯示，在焊縫合格狀態(tài)下，結(jié)構(gòu)整體X/Y向剛度比和剪切剛度、地震作用下結(jié)構(gòu)框架剪力、層間水平傾覆力矩、層間位移角、撓度均能滿足要求，沒有超限的情況。在鋼結(jié)構(gòu)的抗傾覆和整體穩(wěn)定性計(jì)算中，剛重比為1.37和1.62，均大于0.7，滿足規(guī)范要求，說明結(jié)構(gòu)屈曲穩(wěn)定系數(shù)較高，有一定的安全儲(chǔ)備。鋼結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性、撓度變形、抗震性能基本滿足使用要求。

但是由于桿件材質(zhì)問題，各工況下部分桿件的高厚比、長寬比和應(yīng)力比超過規(guī)范限值要求。支座處內(nèi)力重分布，中間下部支座與東側(cè)上部支座反力超過設(shè)計(jì)。因施工坐標(biāo)偏差導(dǎo)致支座懸挑過大，中間下支座處豎向荷載遠(yuǎn)超設(shè)計(jì)值。表明實(shí)際鋼結(jié)構(gòu)承載能力不滿足所需要求。為保證結(jié)構(gòu)安全和幕墻安裝要求，需要對(duì)既有鋼結(jié)構(gòu)薄弱點(diǎn)（支座、桿件）進(jìn)行加固處理。

5 加固方案設(shè)計(jì)

結(jié)合鋼結(jié)構(gòu)復(fù)核計(jì)算結(jié)果、加固規(guī)范和相關(guān)理論分析，提出不改變?cè)摻Y(jié)構(gòu)受力體系，通過加固桿件節(jié)點(diǎn)、替換部分桿件和支座、加強(qiáng)腹桿、增加斜撐、牛腿撐等方法進(jìn)行加固。具體設(shè)計(jì)如下：

（1）節(jié)點(diǎn)加固：對(duì)未設(shè)置加勁板的節(jié)點(diǎn)補(bǔ)焊加勁板，未設(shè)置加勁板的邊角采用外貼鋼板法加固。

圖1 深梁加固圖

（2）桿件加固：①對(duì)實(shí)測(cè)結(jié)果顯示的節(jié)點(diǎn)處桿件錯(cuò)位問題，桿件應(yīng)力比超限情況，可采用增大截面、替換桿件方式進(jìn)行加固。②對(duì)于桿件高厚比超限情況，采用鋼板補(bǔ)強(qiáng)的措施進(jìn)行加固。對(duì)于桿件替換難度較大的底部橫梁，在原結(jié)構(gòu)上增設(shè)深梁（圖1），通過焊接整塊鋼板增大桿件截面尺寸。

（3）支座加固：對(duì)支座處承載力不足的問題，采用支座替換并在原支座處增設(shè)牛腿增加承載力。

（4）鋼結(jié)構(gòu)與混凝土連接加固：采用鋼斜撐加固，將部分荷載轉(zhuǎn)移到框架柱上以解決支撐混凝土承載力不足的問題。鋼斜撐下端與鋼板強(qiáng)悍，鋼板與柱體之間穿孔塞焊。

（5）根據(jù)加固規(guī)范［2］要求計(jì)算桿件內(nèi)力，原結(jié)構(gòu)名義應(yīng)力|σ0max |＞0.55fy0，表明原鋼結(jié)構(gòu)加固之前，需要卸載原有荷載。故使用臨時(shí)支撐結(jié)構(gòu)，逐次單榀卸荷加固。

6 加固工程施工要點(diǎn)

（1）對(duì)原有檢測(cè)不合格的焊縫進(jìn)行補(bǔ)焊并檢查驗(yàn)收，所有焊縫按照規(guī)范［3］要求進(jìn)行外觀檢查和超聲波探傷檢測(cè)。

（2）桿件節(jié)點(diǎn)加固前，使用胎架作為臨時(shí)支撐，確保構(gòu)建在卸荷狀態(tài)下進(jìn)行加固施工。進(jìn)行桿件及支座替換施工時(shí)，對(duì)支座相鄰構(gòu)建節(jié)點(diǎn)進(jìn)行安全支護(hù)，保證拆除前后的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。支座替換需同時(shí)配合硂加固支座預(yù)埋件。

（3）新增深梁加固施工時(shí)，鋼板深梁長度及蓋板開孔尺寸以現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)為準(zhǔn)。鋼板深梁施工時(shí)，水平支撐斷開，待深梁施工完成后，用10厚鋼板包裹焊接并與深梁、原結(jié)構(gòu)焊接牢靠。

（4）施工全過程中對(duì)鋼架的變形、支座的位移量進(jìn)行全過程檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)異常情況立即停止作業(yè)，采取臨時(shí)支撐等措施。

7 結(jié)論

（1）對(duì)于施工缺陷造成的承載力不足問題，設(shè)計(jì)通過多措施并針對(duì)性加固，較好地增加了結(jié)構(gòu)剛度和承載力。

（2）通過加固前的補(bǔ)焊工作和卸荷臨時(shí)支撐構(gòu)件等施工措施，保證替換構(gòu)件周圍結(jié)構(gòu)的承載力和穩(wěn)定性，不損害原有鋼結(jié)構(gòu)。

（3）有序施工是保證施工安全和加固質(zhì)量的關(guān)鍵，在加固設(shè)計(jì)中需要考慮施工的可實(shí)施性和帶來的各種影響。