曹慧

（太原市建筑設計研究院，山西太原 030002）

1 工程概況

太原市某廣場采用的結構為中庭加建的鋼框架結構，該結構建于2012 年，建筑總面積為15000 m2，為地下1 層，地上5 層結構，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，結構平面形狀為L 形，承重柱1～5 層為箱型柱，地下1 層為H 型鋼，基礎采用樁基礎，平面圖見圖1。工程竣工后由于材料存在問題，故需要對該結構進行安全可靠性的鑒定，并根據檢測結果對該結構進行加固設計與施工。

圖1 結構平面布置

2 原鋼結構的安全性鑒定

針對廣場結構的實際情況，結合相關的檢測標準，制定了相關的檢測方案，對結構進行了檢測，包括焊縫質量、連接質量、所使用材料的質量、安裝偏差和變形等。

2.1 對鋼結構構件尺寸進行檢測

采用紅外線測距儀、鋼尺和超聲測厚儀對廠房的構件的尺寸進行檢測，檢測結果發(fā)現該廠房的軸線和結構尺寸均與原設計圖紙相符。

2.2 外觀質量檢測

經檢查，鋼結構構件的外觀沒有明顯的裂紋、銹蝕和劃傷等缺陷，焊縫的外觀質量較差，梁體現場安裝的焊縫質量較差，不滿足鋼結構施工質量驗收規(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，鋼結構構件的外觀質量不符合規(guī)范規(guī)定。

圖2 鋼結構梁連接問題

2.3 高強螺栓連接質量檢測

高強螺栓連接外露的絲扣數量滿足鋼結構施工質量驗收規(guī)范的要求，現場采用扭矩扳手對高強螺栓的終擰扭矩進行檢測，未發(fā)現不符合相關規(guī)定的情況。

2.4 涂層厚度檢測

經檢測，現場鋼結構構件的涂層厚度不滿足鋼結構施工質量驗收規(guī)范的規(guī)定。

2.5 原材料及結構變形情況

采用里氏硬度計對現場鋼材的材質進行檢測，并采用鋼尺及白線對鋼結構構件的垂直度進行檢測，鋼結構框架各層的鋼梁、鋼柱均存在由于安裝施工不當導致的變形和接口錯位情況，施工偏差較大，大部分鋼柱垂直度不滿足鋼結構施工質量驗收規(guī)范的要求。鋼材的材質與原設計相符。

綜上所述，該結構的主體施工質量不合格，安裝存在嚴重的偏差，不符合相關規(guī)定，有嚴重的安全隱患，需要對該結構進行加固設計與施工。

3 鋼結構工程加固設計

結合鋼結構的檢測與分析，對工程加固的經濟性、實用性、可操作性與施工周期進行綜合考慮，確定最優(yōu)化的加固方案。

鋼結構梁、柱的加固設計：

鋼結構在工作狀態(tài)中不能夠進行大量的焊接處理，采用焊接加固方法也無法解決原結構中存在的安裝偏差問題，由于廣場空間較大，經過綜合分析考慮采用外包鋼筋混凝土對鋼框架進行加固處理。采用外包混凝土的方法能夠避免對原結構進行大量的焊接，而且混凝土外包層也可以當做防火層，有節(jié)約工期、提高承載力的特點。

該工程存在鋼結構柱的垂直度偏差等不合格問題，經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，同時也能夠恢復框架柱的垂直度。該結構的防火等級為一級，耐火極限為3h，根據相關規(guī)范，鋼柱外包混凝土結構層的厚度不得小于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。由于存在焊接質量問題，因此在外包之前需要先對焊縫存在的外觀質量缺陷進行返修與補焊，進行局部加固處理。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行加固，見圖3。對鋼結構柱進行加固時，原鋼結構柱不參與同時計算，假如原鋼結構柱失效，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算強度和配筋。

圖3 鋼結構柱加固

加固之后框架柱安全儲備較大，能夠保證各項指標滿足相關規(guī)范的要求，柱的穩(wěn)定性和剛度有效提高，也達到了安全的要求。

鋼結構梁應利用鋼結構梁構成完成的鋼骨混凝土結構，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行配置，并澆筑混凝土，加固大樣見圖4。采用補焊的方式對梁柱節(jié)點進行加固，施工時盡量減少焊接對結構的影響。

圖4 鋼結構梁加固設計

4 加固后后期監(jiān)測

為了驗證加固后的受力情況，對加固之后的梁體進行承載試驗，在設計荷載的作用下，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 結論

對鋼結構進行加固，需要結合實際情況對鋼結構進行檢測，考慮結構的性能和功能、方案的適用性、可靠性和施工周期等確定最優(yōu)加固方案，加固時應當處理原有的結構問題，大空間狀況下采用外包混凝土結構的方法能夠加強結構受力并提高結構的耐火性，具有良好的效果。