高 瀑，李新泰，段世薪，趙國(guó)棟

（1.山東省建筑科學(xué)研究院有限公司，山東 濟(jì)南 250031；2.山東省建筑工程質(zhì)量檢驗(yàn)檢測(cè)中心有限公司，山東 濟(jì)南 250031）

0 引言

鋼結(jié)構(gòu)具有輕質(zhì)高強(qiáng)、抗震性能好、施工速度快等特點(diǎn)，在結(jié)構(gòu)加固與改造中廣泛應(yīng)用。加固設(shè)計(jì)應(yīng)考慮與實(shí)際施工方法緊密的結(jié)合，并采取有效措施，保證新增的截面、構(gòu)件和部件與原結(jié)構(gòu)的連接可靠有效，達(dá)到新增部件和原有結(jié)構(gòu)成為整體后能夠共同工作的目的［1，2］。本文針對(duì)某學(xué)校餐廳在加固改造過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行了全面的檢查檢測(cè)，介紹了結(jié)構(gòu)損壞情況及分析結(jié)果，并提出處理建議，以期為其他工程提供參考。

1 工程概況

該學(xué)校餐廳原為一層建筑，后期餐廳改造及二層兩次加固，高 10.35 m，基礎(chǔ)形式采用獨(dú)立基礎(chǔ)，樓面板采用鋼筋混凝土現(xiàn)澆板，屋面采用鋼梁支撐鋼桁架輕型復(fù)合板。結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為一級(jí)，設(shè)計(jì)使用年限為 30 年，抗震設(shè)防烈度為 8 度，設(shè)計(jì)基本地震加速度為 0.20g，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，建筑場(chǎng)地類別為 Ⅲ 類，建筑抗震設(shè)防類別為重點(diǎn)設(shè)防類，框架抗震等級(jí)為一級(jí)，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)為丙級(jí)?；炷翉?qiáng)度等級(jí)為基礎(chǔ)墊層為 C15，基礎(chǔ)、梁板梯為 C30，柱為 C35；鋼板、型鋼及鋼構(gòu)件采用 Q235-B。

該學(xué)校餐廳于 2015 年 7 月進(jìn)行二層接建施工，2018 年 1 月發(fā)現(xiàn)二層個(gè)別梁柱節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)開(kāi)裂情況，隨即進(jìn)行圍箍加固處理；2018 年 7 月發(fā)現(xiàn)鋼桁架輕型復(fù)合板橫向裂縫，于是進(jìn)行二次加固，施工過(guò)程中板與主梁之間出現(xiàn)縱向裂縫。

2 資料檢查

委托方提供的鋼筋檢測(cè)報(bào)告顯示，該工程采用的鋼筋，屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、斷后伸長(zhǎng)率及彎曲性能、重量級(jí)允許偏差等所檢項(xiàng)目合格；提供的鋼桁架輕型復(fù)合板產(chǎn)品合格證（產(chǎn)品等級(jí)為 A 級(jí)）檢測(cè)報(bào)告顯示，所檢鋼桁架輕型復(fù)合板 9 120 mm×1 480 mm×340 mm 正常使用階段結(jié)構(gòu)性能檢測(cè)項(xiàng)目符合規(guī)范要求；提供的檢測(cè)報(bào)告表明，所檢 11 mm 及 18 mm 厚碳素結(jié)構(gòu)鋼屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、斷后伸長(zhǎng)率及彎曲試驗(yàn)符合 Q235-B 鋼材要求；所檢高強(qiáng)度大六角頭螺栓連接副扭矩系數(shù)合格。提供的環(huán)氧改性粘鋼結(jié)構(gòu)膠檢測(cè)報(bào)告結(jié)論為所檢項(xiàng)目的檢測(cè)結(jié)果符合 GB 50728－2011《工程結(jié)構(gòu)加固材料安全性技術(shù)鑒定技術(shù)規(guī)范》表4.2.2－1 中Ⅰ類膠 A 級(jí)的技術(shù)要求。

經(jīng)檢查，該工程的屋面做法為：4 mm 厚 SBS 高聚物改性瀝青防水卷材（自帶頁(yè)巖砂保護(hù)層）+基層處理劑一道+20 mm 厚 1∶2.5 水泥砂漿找平+最薄處 20 mm 厚 2 % 找坡層 1∶6 水泥憎水性膨脹珍珠巖（容重＜140 kg/m2）+鋼桁架輕型復(fù)合板。

3 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查

3.1 結(jié)構(gòu)布置及構(gòu)件尺寸

餐廳改造（二層部分）屋面采用鋼梁支撐鋼桁架輕型復(fù)合板，鋼梁與混凝土柱通過(guò)端板+螺栓連接，部分鋼梁底設(shè)置圍箍鋼板+牛腿，符合加固設(shè)計(jì)要求。東西向柱距為 9.0 m×4，南北向柱距為 9.0 m×2，符合設(shè)計(jì)要求；H～M/17～19 軸間布置南北向鋼主梁中點(diǎn)設(shè)置一道東西向鋼次梁，其余軸間東西向鋼次梁尚未施工，18～19/H～P 軸間設(shè)置屋面水平支撐，十字型交叉型布置，目前部分系桿因次梁施工已拆除，次梁與主梁交接處錨栓數(shù)量多于原設(shè)計(jì)；柱間支撐呈十字型交叉型，設(shè)置在 17/M～P、22/M～P、H/18～19 及 P/18～19軸間；主梁尺寸為 HM488×300×11×18，次梁尺寸為 HM440×300×11×18，系桿尺寸采用 φ20 mm 圓鋼，柱間支撐采用 φ79×2.0 圓鋼，混凝土柱截面尺寸為 600 mm×600 mm，均符合設(shè)計(jì)要求。屋面采用鋼桁架輕型復(fù)合板，板長(zhǎng) 9.05 m，沿南北向布置，通過(guò)東西向鋼梁支撐，軸間布置各 6 塊，符合設(shè)計(jì)要求。

3.2 連接構(gòu)造

該工程二層鋼主梁與混凝土柱頂預(yù)埋鋼板外伸端板通過(guò) 3M20 高強(qiáng)螺栓連接，梁柱節(jié)點(diǎn)在梁底標(biāo)高處設(shè)置鋼板圍箍+牛腿，鋼板通過(guò)數(shù)量不等的 M16 螺栓錨固于柱混凝土中；在梁頂處通過(guò)鋼板圍箍與預(yù)埋板焊接連接，鋼板通過(guò)數(shù)量不等的 M16 螺栓錨固于柱混凝土中；東西向鋼次梁通過(guò) 6M20 螺栓連接。除個(gè)別位置外，梁柱節(jié)點(diǎn)符合第一次加固方案，典型節(jié)點(diǎn)連接形式如圖1 所示。

圖1 典型節(jié)點(diǎn)連接形式

3.3 鋼材抗拉強(qiáng)度

依據(jù) GB/T 50344－2019《建筑結(jié)構(gòu)檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》，采用里氏硬度計(jì)，現(xiàn)場(chǎng)隨機(jī)抽取部分鋼構(gòu)件對(duì)其硬度進(jìn)行檢測(cè)，并換算成鋼材抗拉強(qiáng)度［3］。經(jīng)檢測(cè)，所檢構(gòu)件抗拉強(qiáng)度換算值均達(dá)到鋼材牌號(hào) Q235 抗拉強(qiáng)度的要求。檢測(cè)結(jié)果如表1 所示。

3.4 構(gòu)件變形

現(xiàn)場(chǎng)對(duì)鋼梁及屋面板的變形情況（含施工誤差）進(jìn)行檢查檢測(cè)，經(jīng)檢測(cè)，該工程鋼梁撓度、屋面板撓度滿足 GB 50292－2015《民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》要求［4］，檢測(cè)結(jié)果如圖2、圖3 所示。

圖2 鋼梁變形檢測(cè)結(jié)果（單位 mm，向上為正）

圖3 屋面板變形檢測(cè)結(jié)果（單位 mm，向上為正）

3.5 化學(xué)錨栓錨固抗拔承載力

依據(jù) JGJ 145－2013《混凝土結(jié)構(gòu)后錨固技術(shù)規(guī)程》及委托方提供的化學(xué)錨栓基本設(shè)計(jì)參數(shù)（取 39.20 kN）檢測(cè)，現(xiàn)場(chǎng)所檢化學(xué)錨栓錨固抗拔承載力及檢測(cè)完畢后狀態(tài)均滿足設(shè)計(jì)要求［5］。具體檢測(cè)結(jié)果如表2 所示。

表2 化學(xué)錨栓錨固抗拔承載力檢測(cè)結(jié)果

3.6 現(xiàn)場(chǎng)施工質(zhì)量

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查檢測(cè)，二層加固部分存在以下問(wèn)題。①現(xiàn)場(chǎng)隨機(jī)選取部分柱頂，鑿開(kāi)頂部，發(fā)現(xiàn)存在放置磚塊及雜物現(xiàn)象；②個(gè)別鋼主梁端部存在螺栓孔擴(kuò)孔、梁腹板與端板之間存在空隙、螺栓孔中心至構(gòu)件邊緣距離不滿足規(guī)范要求；③現(xiàn)場(chǎng)對(duì)該工程梁柱節(jié)點(diǎn)處的鋼板圍箍焊接焊縫外觀質(zhì)量進(jìn)行了隨機(jī)抽查檢測(cè)，部分焊縫不飽滿，個(gè)別鋼板之間未采用坡口焊；④個(gè)別鋼梁底與牛腿頂板有空隙；⑤個(gè)別錨栓無(wú)螺帽；⑥18～19/H～P 軸間屋面支撐個(gè)別已拆除；⑦個(gè)別牛腿與梁中心線未對(duì)齊；⑧部分鋼板圍箍與柱頂混凝土之間有空隙。典型部位外觀如圖4 所示。

圖4 梁柱節(jié)點(diǎn)與屋面板典型部位現(xiàn)狀圖

3.7 結(jié)構(gòu)驗(yàn)算

根據(jù)委托方提供的設(shè)計(jì)圖紙、相關(guān)資料及現(xiàn)場(chǎng)檢查檢測(cè)結(jié)果，對(duì)二層加固部分鋼梁及梁柱節(jié)點(diǎn)連接進(jìn)行承載力復(fù)核驗(yàn)算。

1）荷載取值。按委托方提供的設(shè)計(jì)圖紙，恒荷載按設(shè)計(jì)圖紙對(duì)應(yīng) GB 50009－2012《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》中的規(guī)定取值［6］?；詈奢d標(biāo)準(zhǔn)值：餐廳、備餐間按2.50 kN/m2，樓梯間按 3.50 kN/m2，不上人屋面按0.50 kN/m2，其他按 2.00 kN/m2，基本風(fēng)壓按 0.45 kN/m2，基本雪壓按 0.35 kN/m2。

2）驗(yàn)算條件。驗(yàn)算時(shí)抗震設(shè)防烈度為 8 度，設(shè)計(jì)基本地震加速度為 0.20g，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，建筑場(chǎng)地類別為 Ⅲ 類，建筑抗震設(shè)防類別為重點(diǎn)設(shè)防類，框架抗震等級(jí)為一級(jí)，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)為丙級(jí)。結(jié)構(gòu)布置、混凝土強(qiáng)度、鋼筋強(qiáng)度、鋼材強(qiáng)度、構(gòu)件尺寸均按設(shè)計(jì)取值，梁截面尺寸按實(shí)測(cè)值，化學(xué)錨栓基本設(shè)計(jì)參數(shù)按委托方提供的資料，梁柱節(jié)點(diǎn)按原設(shè)計(jì)并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)檢查檢測(cè)結(jié)果，采用盈建科建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件，輸入計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)形成該工程的結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行驗(yàn)算。

3）驗(yàn)算結(jié)果。餐廳改造（二層部分）設(shè)計(jì)時(shí)，二層加固鋼梁抗彎、抗剪承載力滿足規(guī)范要求，撓度滿足規(guī)范限值要求，梁腹板與端板螺栓連接個(gè)數(shù)滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

第一次加固后，鋼梁抗彎、抗剪承載力滿足規(guī)范要求，撓度滿足規(guī)范限值要求，梁腹板與端板螺栓連接個(gè)數(shù)滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。梁柱節(jié)點(diǎn)化學(xué)錨栓承載力滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

4 鑒定分析

1）現(xiàn)場(chǎng)所檢化學(xué)錨栓錨固抗拔承載力均滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，所檢鋼構(gòu)件抗拉強(qiáng)度換算值均達(dá)到鋼材牌號(hào) Q235 抗拉強(qiáng)度要求，該工程二層鋼梁、屋面板撓度滿足 GB 50292－2015《民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》要求。

對(duì)委托方提供的設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行復(fù)核：餐廳改造圖紙中鋼梁與混凝土柱預(yù)埋錨筋構(gòu)造及典型節(jié)點(diǎn)，原設(shè)計(jì)為柱頂錨板采用對(duì)拉螺桿連接，實(shí)際施工為柱頂錨板采用 M16×125 特殊倒錐形化學(xué)錨栓連接，兩處的詳細(xì)構(gòu)造不一致且無(wú)設(shè)計(jì)變更；施工單位更改錨固方式施工，設(shè)計(jì)單位無(wú)確認(rèn)。餐廳改造設(shè)計(jì)及第一次加固后，鋼梁抗彎、抗剪承載力滿足規(guī)范要求，撓度滿足規(guī)范限值要求，梁腹板與端板螺栓連接個(gè)數(shù)滿足規(guī)范要求。

2）該工程現(xiàn)場(chǎng)施工存在以下問(wèn)題：個(gè)別柱頂放置磚塊及雜物，部分鋼主梁端部存在螺栓孔擴(kuò)孔、梁腹板與端板之間存在空隙、螺栓孔中心至構(gòu)件邊緣距離不滿足規(guī)范要求等；梁柱節(jié)點(diǎn)處鋼板圍箍部分焊縫不飽滿、未焊透，部分鋼板之間未采用坡口焊等，個(gè)別圍箍板尺寸與設(shè)計(jì)不符；個(gè)別鋼梁底與牛腿頂板有空隙；個(gè)別錨栓無(wú)螺帽；個(gè)別牛腿與梁中心線未對(duì)齊；部分鋼板圍箍與柱頂之間有空隙，以上均不符合加固設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，應(yīng)進(jìn)行處理。

3）二層鋼桁架輕型復(fù)合板之間、副桁架弦桿與填充材料之間、鋼桁架輕型復(fù)合板與主鋼梁之間存在開(kāi)裂現(xiàn)象，上述裂縫均非板自身的受力裂縫，不影響鋼桁架輕型復(fù)合板的安全使用。

4）鑒于施工存在上述問(wèn)題，二層鋼梁及梁柱節(jié)點(diǎn)存在安全隱患，應(yīng)進(jìn)行處理。應(yīng)對(duì)上述鋼梁及梁柱節(jié)點(diǎn)進(jìn)行處理，處理完畢并經(jīng)驗(yàn)收合格后可安全使用。

5 處理措施

綜合委托方提供的設(shè)計(jì)圖紙、加固方案、部分施工資料及驗(yàn)算結(jié)果，對(duì)二層需要處理的梁柱節(jié)點(diǎn)及二層鋼梁提出以下處理建議：需要注意的是鋼結(jié)構(gòu)的缺陷和損傷的修復(fù)，應(yīng)卸除或部分卸除作用于結(jié)構(gòu)上的活荷載，避免產(chǎn)生不利的附加應(yīng)力，并采取可靠的安全措施［7］。

5.1 二層需要處理的節(jié)點(diǎn)建議

1）放置磚塊及雜物的柱頂，清理干凈雜物后采用水泥基灌漿料進(jìn)行填充處理。

2）對(duì)鋼主梁梁腹板與端板之間存在空隙、螺栓孔中心至構(gòu)件邊緣距離不滿足規(guī)范要求，梁柱節(jié)點(diǎn)處鋼板圍箍部分焊縫不飽滿、未焊透，個(gè)別圍箍板尺寸與設(shè)計(jì)不符，部分鋼板之間未采用坡口焊的部位，應(yīng)按設(shè)計(jì)及規(guī)范要求進(jìn)行恢復(fù)處理。

3）對(duì)螺栓孔或錨栓孔擴(kuò)孔的部位，在擴(kuò)孔處進(jìn)行補(bǔ)焊處理；錨栓無(wú)螺帽、螺桿偏長(zhǎng)部位，螺帽與鋼板、螺桿之間均焊接，焊接時(shí)采取降溫措施。

4）鋼梁底與牛腿頂板有空隙的部位，塞填鋼板并與鋼梁、牛腿頂板固定焊接。

5）牛腿與梁中心線未對(duì)齊的部位，在牛腿處增設(shè)三角形端板，使修復(fù)后的牛腿端板與梁中心線對(duì)齊，如圖5 所示。

圖5 牛腿與梁中心線未對(duì)齊的部位處理建議（單位：mm）

6）鋼板圍箍與柱頂混凝土之間有空隙的部位，采用壓力注入建筑結(jié)構(gòu)膠進(jìn)行處理。

5.2 二層南北向鋼梁加固建議

二層 18/H～M、19/H～M、20/H～M、18/M～P、19/M～P 及 20/M～P 鋼梁，通過(guò)焊接連接使鋼板帶與屋面主桁架角鋼、主鋼梁之間形成一個(gè)整體。上述主梁與東西向次梁交接處南北向各 1.625 m 范圍內(nèi)焊接 5 mm厚 200 mm 寬鋼板，焊縫長(zhǎng)度 250 mm@250 mm，焊腳尺寸為 5 mm，鋼板采用 Q235B；主次梁交接處南北兩側(cè)均對(duì)稱增設(shè) 2 對(duì)加勁肋。加固位置如圖6、圖7 所示。

圖6 鋼板帶加固位置示意圖（單位：mm）

圖7 鋼板帶加固示意圖（單位：mm）

5.3 屋面板裂縫處理

該餐廳二層鋼桁架輕型復(fù)合板之間、副桁架弦桿與填充材料之間、鋼桁架輕型復(fù)合板與主鋼梁之間存在開(kāi)裂現(xiàn)象，上述裂縫建議采用經(jīng)安全性鑒定合格的Ⅰ級(jí)聚合物砂漿處理。基本性能和長(zhǎng)期使用性能標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)符合相關(guān)規(guī)范、規(guī)定的要求［8，9］。

6 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)某學(xué)校餐廳在加固改造過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行了全面的分析，介紹了結(jié)構(gòu)損壞情況及分析結(jié)果，并提出加固處理建議，得到如下結(jié)論。

1）節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)應(yīng)滿足承載力極限狀態(tài)要求，防止節(jié)點(diǎn)因強(qiáng)度破壞、局部失穩(wěn)、變相過(guò)大、連接開(kāi)裂等引起節(jié)點(diǎn)失效；節(jié)點(diǎn)的安全性主要決定于其強(qiáng)度與剛度，應(yīng)防止焊縫與螺栓等連接部位開(kāi)裂引起節(jié)點(diǎn)失效，或節(jié)點(diǎn)變形過(guò)大造成節(jié)點(diǎn)內(nèi)力重分配［10］。加固改造中新增的截面、構(gòu)件和部件與原結(jié)構(gòu)的連接施工質(zhì)量是影響新增部件和原有結(jié)構(gòu)成為整體的重要因素，加固設(shè)計(jì)應(yīng)重點(diǎn)做好構(gòu)件和節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)，考慮與實(shí)際施工方法緊密地結(jié)合并采取有效措施，以保證結(jié)構(gòu)的安全。

2）施工過(guò)程中應(yīng)加強(qiáng)施工組織設(shè)計(jì)，嚴(yán)格監(jiān)督監(jiān)理施工安裝過(guò)程，確保施工過(guò)程中及使用階段能形成穩(wěn)定的空間體系，滿足工程的實(shí)際使用。