褚少輝

（1.河北省建筑工程質(zhì)量檢測(cè)中心有限公司，河北 石家莊 050227；2.河北省既有建筑綜合改造技術(shù)創(chuàng)新中心，河北 石家莊 050227）

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)由于其強(qiáng)度高、重量輕、施工快速方便等特點(diǎn)越來(lái)越多地被廣泛應(yīng)用于我國(guó)的房屋建筑中，鋼結(jié)構(gòu)房屋的質(zhì)量安全越來(lái)越被廣泛地關(guān)注。由于設(shè)計(jì)、施工及安裝等過(guò)程的不規(guī)范，會(huì)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)房屋造成不同程度的質(zhì)量缺陷，因此有必要對(duì)鋼結(jié)構(gòu)房屋進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)和鑒定。對(duì)鋼結(jié)構(gòu)房屋的質(zhì)量檢測(cè)鑒定是對(duì)建筑物質(zhì)量評(píng)定的重要依據(jù)，對(duì)提高建設(shè)工程質(zhì)量、節(jié)省資金、保證安全生產(chǎn)和生命財(cái)產(chǎn)安全方面都起到了重要的作用。本文結(jié)合某鋼框架結(jié)構(gòu)，對(duì)其檢測(cè)鑒定及加固方法和思路進(jìn)行研究。

1 工程概況

某商店為 2 層鋼框架結(jié)構(gòu)，首層層高約為 4.30 m，二層層高約為 3.63 m，樓面為樓承板現(xiàn)澆混凝土組合樓板，屋面為彩鋼板，鋼柱和鋼梁均采用 Q235 的實(shí)腹式熱軋工字型截面，基礎(chǔ)形式為柱下混凝土獨(dú)立基礎(chǔ)，建筑面積約為 1 300 m2。該商店約建于 2000 年，該框架結(jié)構(gòu)由于其建設(shè)年代較遠(yuǎn)，無(wú)正規(guī)設(shè)計(jì)圖紙及施工和監(jiān)理資料。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查繪制，該鋼框架結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)平面圖如圖 1 所示。

2 鋼框架結(jié)構(gòu)檢測(cè)鑒定

結(jié)合本工程的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，由于鋼框架結(jié)構(gòu)的門(mén)口雨棚和電梯井區(qū)域不具備檢測(cè)條件，因此該區(qū)域不列入本次檢測(cè)鑒定范圍。依據(jù)鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)該框架結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀情況，鋼構(gòu)件的截面尺寸、鋼柱垂直度進(jìn)行檢測(cè)，依據(jù)檢測(cè)結(jié)果，對(duì)該框架結(jié)構(gòu)鋼構(gòu)件建立力學(xué)模型進(jìn)行承載力復(fù)核驗(yàn)算。

2.1 現(xiàn)場(chǎng)普查

現(xiàn)場(chǎng)普查是鋼結(jié)構(gòu)檢測(cè)的重要環(huán)節(jié)，檢測(cè)人員采用目視、拍照的方式，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)存在的質(zhì)量缺陷和損傷進(jìn)行調(diào)查記錄，確保應(yīng)檢盡檢，應(yīng)記盡記?，F(xiàn)場(chǎng)普查結(jié)果如表 1 及圖 2～圖 7 所示。

表1 現(xiàn)場(chǎng)普查結(jié)果

圖2 柱腳連接做法（單螺帽）

圖3 框架梁-柱節(jié)點(diǎn)連接做法

圖4 懸挑區(qū)域挑梁與主梁鉸接連接做法

圖5 螺栓擴(kuò)孔

圖6 螺栓缺失

2.2 鋼構(gòu)件截面尺寸檢測(cè)

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)普查，本工程鋼梁、鋼柱構(gòu)件均采用熱軋 H 型鋼，由于無(wú)設(shè)計(jì)圖紙，故檢測(cè)結(jié)果均為檢測(cè)值。采用超聲波測(cè)厚儀、鋼卷尺檢測(cè)。構(gòu)件截面尺寸示意圖如圖 8 所示，具體檢測(cè)結(jié)果如表 2 所示。構(gòu)件截面尺寸的檢測(cè)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析模型的建立提供了數(shù)據(jù)支撐。

表2 鋼構(gòu)件截面尺寸檢測(cè)結(jié)果

圖8 鋼梁、鋼柱構(gòu)件截面尺寸示意圖

2.3 鋼柱垂直度檢測(cè)

鋼柱垂直度的檢測(cè)可較好地反映框架柱在工作荷載作用下的變形情況，采用經(jīng)緯儀、鋼卷尺對(duì)抽檢鋼柱進(jìn)行垂直度檢測(cè)，依據(jù) GB 50205-2020《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》［1］的相關(guān)規(guī)定，現(xiàn)場(chǎng)抽檢鋼柱的允許垂直度大部分不滿(mǎn)足規(guī)范要求。

2.4 結(jié)構(gòu)計(jì)算模型分析

2.4.1 工程荷載

①建筑結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí)，重要性系數(shù)為 1.0。②材料強(qiáng)度：鋼梁、鋼柱均采用 Q235 鋼。③自然條件：基本風(fēng)壓取 0.35 kN/m2，基本雪壓取0.30 kN/m2，地面粗糙度類(lèi)別為 C 類(lèi)。④抗震信息：建筑抗震設(shè)防類(lèi)別為丙類(lèi)，設(shè)防烈度為 7 度（0.10g），設(shè)計(jì)地震分組為第二組，場(chǎng)地類(lèi)別為Ⅱ類(lèi)。⑤恒荷載標(biāo)準(zhǔn)值：樓面取 3.5 kN/m2（含自重），輕鋼屋面（含吊頂）取 0.75 kN/m2?；詈奢d標(biāo)準(zhǔn)值：樓面 2.5 kN/m2，屋面 0.3 kN/m2。

2.4.2 主要計(jì)算依據(jù)

①GB 50009-2012《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》［2］；②GB 50223-2008《建筑工程抗震設(shè)防分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)》［3］；③GB 50011-2010《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（2016 年版）［4］；④GB 50068-2018《建筑結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》［5］；⑤GB 50017-2017《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》［6］。

2.4.3 結(jié)構(gòu)計(jì)算模型

本工程主體結(jié)構(gòu)采用北京盈建科軟件有限責(zé)任公司“盈建科 YJK-A1.9.3.2”軟件建模及計(jì)算。鋼框架整體模型圖如圖 9 所示。

圖9 鋼框架整體模型

2.4.4 結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果

計(jì)算后可知，該工程部分鋼梁構(gòu)件正應(yīng)力比值在 1.01～1.44，部分鋼柱構(gòu)件Y方向穩(wěn)定應(yīng)力比值在1.05～1.29，均不滿(mǎn)足現(xiàn)行相關(guān)規(guī)范允許限值 1.0 的要求。

3 加固處理方法

由于設(shè)計(jì)、施工失誤、材料質(zhì)量不達(dá)標(biāo)或使用功能的改變等原因，鋼結(jié)構(gòu)常需要進(jìn)行加固?？紤]到工程施工的便利性、加固的有效性及經(jīng)濟(jì)性問(wèn)題，加固前應(yīng)對(duì)加固的原因進(jìn)行分析鑒定，明確結(jié)構(gòu)加固的范圍和內(nèi)容，續(xù)而選擇合適的加固方案。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)普查結(jié)果和結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果，該工程的主要問(wèn)題為節(jié)點(diǎn)連接做法不規(guī)范，導(dǎo)致承載力不滿(mǎn)足要求，故針對(duì)設(shè)計(jì)或施工失誤造成的結(jié)構(gòu)受力缺陷問(wèn)題進(jìn)行加固。

3.1 梁柱節(jié)點(diǎn)形式

在鋼框架結(jié)構(gòu)中，梁柱節(jié)點(diǎn)力學(xué)性能對(duì)于框架結(jié)構(gòu)整體的力學(xué)性能有著很大的影響，現(xiàn)行規(guī)范中對(duì)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的理念為“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)，弱構(gòu)件”。節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)或施工不規(guī)范將直接影響鋼框架的受力性能，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)造成結(jié)構(gòu)的變形、傾斜或倒塌，因此節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)和施工對(duì)結(jié)構(gòu)的安全性很重要［7，8］。

根據(jù)梁柱節(jié)點(diǎn)的剛度和梁與柱的變形特性可將梁柱節(jié)點(diǎn)形式匯總?cè)缦隆?/p>

1）剛性節(jié)點(diǎn)，梁與柱之間的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)完全受到限制，節(jié)點(diǎn)能夠傳遞并可以承受彎矩。

2）鉸接節(jié)點(diǎn)，梁與柱之間的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)沒(méi)有限制，節(jié)點(diǎn)不能夠承受任何彎矩。

3）半剛性節(jié)點(diǎn)，梁與柱之間的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)部分受到限制，節(jié)點(diǎn)能夠承受一定的彎矩。

在工程設(shè)計(jì)中，如果節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)約束可達(dá)理想剛性節(jié)點(diǎn)的 90 % 時(shí)，認(rèn)為該節(jié)點(diǎn)為剛性節(jié)點(diǎn)；如果節(jié)點(diǎn)的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)量可達(dá)理想鉸接節(jié)點(diǎn)的 80 % 時(shí)，認(rèn)為該節(jié)點(diǎn)為鉸接節(jié)點(diǎn)；介于上述兩者之間的節(jié)點(diǎn)認(rèn)為是半剛性連接。

3.2 缺陷損傷及節(jié)點(diǎn)加固方法

1）框架梁—柱節(jié)點(diǎn)上下翼緣均未焊接，僅腹板采用高強(qiáng)螺栓連接，不滿(mǎn)足框架結(jié)構(gòu)體系剛性連接要求，應(yīng)按框架梁—柱剛性節(jié)點(diǎn)進(jìn)行加固，考慮到節(jié)點(diǎn)區(qū)的承載力、延性和穩(wěn)定性直接影響到整體結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能，故應(yīng)對(duì)節(jié)點(diǎn)域縱橫向梁柱進(jìn)行加固。

2）懸挑區(qū)域次梁節(jié)點(diǎn)均為鉸接連接，傳力不合理，應(yīng)將其進(jìn)行剛性連接，并對(duì)節(jié)點(diǎn)區(qū)域橫向梁柱進(jìn)行加固。

3）將部分節(jié)點(diǎn)存在連接板氣割擴(kuò)孔、螺栓缺失等情況進(jìn)行修復(fù)及加固處理，確保節(jié)點(diǎn)傳力不受影響。

4）對(duì)部分高強(qiáng)螺栓存在未擰緊情況，樓承板局部防腐涂層存在剝落情況進(jìn)行修復(fù)。

5）按規(guī)范要求對(duì)抗震構(gòu)造措施進(jìn)行加強(qiáng)。

4 結(jié)論

本文結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)和結(jié)構(gòu)分析模型，對(duì)鋼框架檢測(cè)鑒定及加固方法進(jìn)行了研究。

1）通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)普查可知，鋼框架的節(jié)點(diǎn)施工和設(shè)計(jì)不規(guī)范，缺陷和損傷對(duì)鋼框架結(jié)構(gòu)的承載力和穩(wěn)定性具有重要的影響，在鋼框架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工中，應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)范進(jìn)行。

2）根據(jù)檢測(cè)所測(cè)得的實(shí)際數(shù)據(jù)和鋼結(jié)構(gòu)實(shí)際情況，建立合理的計(jì)算模型對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析驗(yàn)算。計(jì)算后可知，該工程部分鋼梁構(gòu)件正應(yīng)力比值在 1.01～1.44，部分鋼柱構(gòu)件Y方向穩(wěn)定應(yīng)力比值在 1.05～1.29，均不滿(mǎn)足現(xiàn)行相關(guān)規(guī)范允許限值 1.0 的要求。針對(duì)不滿(mǎn)足安全性要求的結(jié)構(gòu)構(gòu)件和工程現(xiàn)場(chǎng)的問(wèn)題缺陷需要進(jìn)行加固處理以滿(mǎn)足建筑結(jié)構(gòu)的安全性。

圖10 梁柱節(jié)點(diǎn)示意圖

3）對(duì)缺陷損傷、節(jié)點(diǎn)不合理的情況進(jìn)行加固處理，以滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)安全性要求。加固方案選擇時(shí)，應(yīng)綜合考慮建筑物的功能要求、業(yè)主對(duì)工期和成本的要求以及加固方案的可實(shí)施性來(lái)確定最合理的加固處理方案。Q