某鋼結構售樓處加固設計

韓揚　趙才其　尹凌峰　靳磊

東南大學土木工程學院 江蘇南京210096

    近幾年，我國經濟飛速發展。鋼產量大幅度提高，鋼結構已廣泛應用于住宅、辦公樓等建筑中。但是有些設計、施工單位為了追求最低用鋼量以提高中標機率。設計者往往對結構進行滿應力設計，使得結構的安全儲備過低，一旦荷載略有增加，就需要對原結構進行復核驗算。當驗算不滿足規范要求時，還需要進行加固設計。本文結合某工程實例，介紹鋼結構建筑的一些加固方法。

1、工程概況

    某鋼結構售樓處主體結構為2層鋼框架。柱和梁均采用Q235一BF鋼，主粱與柱之間的連接均采用剛接，次粱與主梁之間及柱與基礎之間的連接均采用鉸接。

    由于原設計單位與甲方未協調好，甲方要求對該結構進行豪華裝修，而設計單位僅對該結構按常規荷載進行設計。這樣原結構的設計荷載有誤算和漏算。誤算的荷載主要有：樓面恒載設計時取3.5 kN/m2,實際應為3.9kN/m2，漏算的荷載主要有：屋面吊掛荷載0.3kN/m2,樓面吊掛0.3kN/m2，樓面局部隔墻荷載2.0kN/m2。這樣導致部分橫粱和柱子的強度和穩定性嚴重不足。

    另一方面，由于施工方技術水平不高，施工管理不善等原因，現場勘察時，發現眾多焊縫不夠飽滿，焊接質量較差；局部有懸挑時，也未預起拱，引起局部撓度過大。

    綜上所述，現場結構己存在嚴重的安全隱患，必須按照新的受力情況對現結構進行結構分析和加固設計。

2、內力分析

    按照現行鋼結構設計規范和裝修單位提供的荷載情況，重新分析設計，所取荷載為：

    屋面恒載0.6kN/m2,樓面恒載4.2kN/m2,局部隔墻荷載2.0kN/2m,屋面活載0.3kN/m2,樓面活載2.0kN/m2,基本雪壓0.65 kN/m2,基本風壓0.4kN/m：。

    根據上述荷載條件，采用有限元分析軟件SAP2000,對結構進行校核設計。按照<建筑結構荷載規范)GB50009—2001的要求，共考慮了ll種荷載工況組合。

    1)1.2恒+1.4活。2)1.2恒+1.4x0.9活+1.4x0.9左風。3)1.2恒+1.4x0.9活+1.4x0.9右風。4)1.2恒+1.4x0.9活+1.4x0.9前風。5)1.2恒+1-4×0.9活+1．4x0.9后風。6)135恒+1.4x0.7活。7)1.0恒+1.0活

    分析結果表明，結構中有眾多的梁、柱不滿足強度和剛度要求，部分粱、柱不滿足局部穩定要求。現取該鋼框架中的某一榀加以說明。

    構件的應力比為構件內最大應力與材料屈服強度的比值。最大的構件應力比己達l.944，材料早已進入塑性，不能滿足強度要求。另根據《鋼結構設計規范)GB50017—2002校驗發現：標注“0”的構件局部穩定不滿足要求。大粱在剛度工況(1.0恒+1.0活)作用下，跨中最大撓度為96.3咖．為其跨度的1/247，已超過規范的限值，不滿足剛度要求。因此該結構有較多的桿件需要加固。

3、加固設計

    3.1加固方案選擇

    加固方案設計不僅要滿足甲方的要求，而且也應簡單易行、安全可靠、經濟合理和方便施工。鋼結構加固的主要方法有：減輕荷載、改變計算簡圖、加大原結構構件截面和連接強度，阻止裂紋擴展等，當有成熟經驗時，亦可采取其它的加固方法。在本結構加固方案制定時曾考慮過以下幾個方案：

    1)拆除替換不滿足要求的構件。但是由于梁和柱已全部施工完畢，出于工期和造價的考慮，否決了該方案。

    2)增設柱子，減小橫粱的跨度。通過增設柱子，可以增強結構的剮度，同時減小橫粱的計算長度，改善橫粱受力，從而達到設計的要求。但是增設柱子后，減小了大廳的使用空間，不滿足甲方和建筑的要求，也不能采用該方案。

    3)改變裝修方案，盡量減小原設計未考慮到的荷載，僅在桿件的局部進行加固。在與甲方洽談后否決了該方案。

    因此。最終決定利用粘鋼和外包的方式增大原構件截面尺寸，同時對危險的粱柱節點加腋處理，進而對原結構進行加固。

    3.2加固計算

    結合加固方案．增大構件截面尺寸后，重新對模型進行計算分析。仍取前文中的鋼框架加以說明。

    比較加固前后構件的最大應力比如表l。表l加固前后構件的最大應力比，由表l可以看出加固后，構件的應力比有顯著改善，除個別構件外，大多數構件的應力比控制在0.85以下，滿足強度要求。

    加固后，大梁在剛度工況(1．0恒+1．0活)作用下，跨中的最大撓度降為51．2 mm，為跨度的1/465，滿足剛度要求。

    通過以上計算可以得出：增大原構件截面尺寸后，結構  的強度和剛度已能滿足規范要求。再通過構造措施可解決  構件局部穩定性問題，則整個結構可以滿足規范的要求。

    3.3加固措施

    結合現場條件和加固單位的技術水平，對不滿足設計要求的構件進行卸荷加固，具體的加固措施為：

    1)對局部穩定性不滿足要求的梁構件，按照(鋼結構設計規范)的要求設置縱、橫加勁肋，或在截面的兩側加焊鋼板，使其滿足局部穩定性要求。

    2)對強度不滿足要求的粱構件，下部加焊T形粱，上部增大翼緣寬度和厚度．使其滿足強度要求。如果穩定性也不滿足要求，則需增設縱、橫向加勁肋。

    3)對局部穩定性不滿足要求的柱構件，主要采用兩側加焊鋼板的方法，使其滿足局部穩定性要求。

    4)對強度不滿足要求的柱構件。采用兩側加焊鋼板或外包鋼板的方法，使其滿足強度要求。

    5)對局部應力仍較大的梁柱節點，采取加腋處理，既局部增大了粱、柱的截面又改善節點域的受力情況。

4、結論

    為追求最低用鋼量，現有鋼結構設計往往過于挖掘材料強度，使得結構的安全儲備較低，一旦荷載稍有增加，就需要對原結構進行復核驗算，當驗算不滿足規范要求時，需要進行加固設計。本工程運用有限元軟件SAP2000對結構進行計算分析，最終采取卸荷下增大構件截面法對結構進行現場加固。工程加固后立即投入使用，至今已有1年多，目前使用狀況良好，可見增大構件截面加周法具有工藝簡單、施工方便且不影響結構的建筑使用要求的優點，可供類似工程參考。

參考文獻

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【6】劉忠，張少華，淺談鋼結構的加固【S】．林業科技情報，2004．36(31：18-19．

(本文來源：陜西省土木建筑學會  文徑網絡：溫紅娟  劉紅娟  尹維維 編輯 文徑 審核)