某鋼結(jié)構(gòu)售樓處加固設(shè)計

韓揚　趙才其　尹凌峰　靳磊

東南大學(xué)土木工程學(xué)院 江蘇南京210096

    近幾年，我國經(jīng)濟飛速發(fā)展。鋼產(chǎn)量大幅度提高，鋼結(jié)構(gòu)已廣泛應(yīng)用于住宅、辦公樓等建筑中。但是有些設(shè)計、施工單位為了追求最低用鋼量以提高中標(biāo)機率。設(shè)計者往往對結(jié)構(gòu)進(jìn)行滿應(yīng)力設(shè)計，使得結(jié)構(gòu)的安全儲備過低，一旦荷載略有增加，就需要對原結(jié)構(gòu)進(jìn)行復(fù)核驗算。當(dāng)驗算不滿足規(guī)范要求時，還需要進(jìn)行加固設(shè)計。本文結(jié)合某工程實例，介紹鋼結(jié)構(gòu)建筑的一些加固方法。

1、工程概況

    某鋼結(jié)構(gòu)售樓處主體結(jié)構(gòu)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(chǔ)之間的連接均采用鉸接。

    由于原設(shè)計單位與甲方未協(xié)調(diào)好，甲方要求對該結(jié)構(gòu)進(jìn)行豪華裝修，而設(shè)計單位僅對該結(jié)構(gòu)按常規(guī)荷載進(jìn)行設(shè)計。這樣原結(jié)構(gòu)的設(shè)計荷載有誤算和漏算。誤算的荷載主要有：樓面恒載設(shè)計時取3.5 kN/m2,實際應(yīng)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(dǎo)致部分橫粱和柱子的強度和穩(wěn)定性嚴(yán)重不足。

    另一方面，由于施工方技術(shù)水平不高，施工管理不善等原因，現(xiàn)場勘察時，發(fā)現(xiàn)眾多焊縫不夠飽滿，焊接質(zhì)量較差；局部有懸挑時，也未預(yù)起拱，引起局部撓度過大。

    綜上所述，現(xiàn)場結(jié)構(gòu)己存在嚴(yán)重的安全隱患，必須按照新的受力情況對現(xiàn)結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析和加固設(shè)計。

2、內(nèi)力分析

    按照現(xiàn)行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范和裝修單位提供的荷載情況，重新分析設(shè)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(fēng)壓0.4kN/m：。

    根據(jù)上述荷載條件，采用有限元分析軟件SAP2000,對結(jié)構(gòu)進(jìn)行校核設(shè)計。按照<建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)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(fēng)。3)1.2恒+1.4x0.9活+1.4x0.9右風(fēng)。4)1.2恒+1.4x0.9活+1.4x0.9前風(fēng)。5)1.2恒+1-4×0.9活+1．4x0.9后風(fēng)。6)135恒+1.4x0.7活。7)1.0恒+1.0活

    分析結(jié)果表明，結(jié)構(gòu)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(wěn)定要求�，F(xiàn)取該鋼框架中的某一榀加以說明。

    構(gòu)件的應(yīng)力比為構(gòu)件內(nèi)最大應(yīng)力與材料屈服強度的比值。最大的構(gòu)件應(yīng)力比己達(dá)l.944，材料早已進(jìn)入塑性，不能滿足強度要求。另根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范)GB50017—2002校驗發(fā)現(xiàn)：標(biāo)注“0”的構(gòu)件局部穩(wěn)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(guī)范的限值，不滿足剛度要求。因此該結(jié)構(gòu)有較多的桿件需要加固。

3、加固設(shè)計

    3.1加固方案選擇

    加固方案設(shè)計不僅要滿足甲方的要求，而且也應(yīng)簡單易行、安全可靠、經(jīng)濟合理和方便施工。鋼結(jié)構(gòu)加固的主要方法有：減輕荷載、改變計算簡圖、加大原結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面和連接強度，阻止裂紋擴展等，當(dāng)有成熟經(jīng)驗時，亦可采取其它的加固方法。在本結(jié)構(gòu)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(gòu)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(shè)柱子，減小橫粱的跨度。通過增設(shè)柱子，可以增強結(jié)構(gòu)的剮度，同時減小橫粱的計算長度，改善橫粱受力，從而達(dá)到設(shè)計的要求。但是增設(shè)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(shè)計未考慮到的荷載，僅在桿件的局部進(jìn)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(gòu)件截面尺寸，同時對危險的粱柱節(jié)點加腋處理，進(jìn)而對原結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固。

    3.2加固計算

    結(jié)合加固方案．增大構(gòu)件截面尺寸后，重新對模型進(jìn)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(gòu)件的最大應(yīng)力比如表l。表l加固前后構(gòu)件的最大應(yīng)力比，由表l可以看出加固后，構(gòu)件的應(yīng)力比有顯著改善，除個別構(gòu)件外，大多數(shù)構(gòu)件的應(yīng)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(gòu)件截面尺寸后，結(jié)構(gòu)  的強度和剛度已能滿足規(guī)范要求。再通過構(gòu)造措施可解決  構(gòu)件局部穩(wěn)定性問題，則整個結(jié)構(gòu)可以滿足規(guī)范的要求。

    3.3加固措施

    結(jié)合現(xiàn)場條件和加固單位的技術(shù)水平，對不滿足設(shè)計要求的構(gòu)件進(jìn)行卸荷加固，具體的加固措施為：

    1)對局部穩(wěn)定性不滿足要求的梁構(gòu)件，按照(鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范)的要求設(shè)置縱、橫加勁肋，或在截面的兩側(cè)加焊鋼板，使其滿足局部穩(wěn)定性要求。

    2)對強度不滿足要求的粱構(gòu)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(wěn)定性也不滿足要求，則需增設(shè)縱、橫向加勁肋。

    3)對局部穩(wěn)定性不滿足要求的柱構(gòu)件，主要采用兩側(cè)加焊鋼板的方法，使其滿足局部穩(wěn)定性要求。

    4)對強度不滿足要求的柱構(gòu)件。采用兩側(cè)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(yīng)力仍較大的梁柱節(jié)點，采取加腋處理，既局部增大了粱、柱的截面又改善節(jié)點域的受力情況。

4、結(jié)論

    為追求最低用鋼量，現(xiàn)有鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計往往過于挖掘材料強度，使得結(jié)構(gòu)的安全儲備較低，一旦荷載稍有增加，就需要對原結(jié)構(gòu)進(jìn)行復(fù)核驗算，當(dāng)驗算不滿足規(guī)范要求時，需要進(jìn)行加固設(shè)計。本工程運用有限元軟件SAP2000對結(jié)構(gòu)進(jìn)行計算分析，最終采取卸荷下增大構(gòu)件截面法對結(jié)構(gòu)進(jìn)行現(xiàn)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(gòu)件截面加周法具有工藝簡單、施工方便且不影響結(jié)構(gòu)的建筑使用要求的優(yōu)點，可供類似工程參考。

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(本文來源：陜西省土木建筑學(xué)會  文徑網(wǎng)絡(luò)：溫紅娟  劉紅娟  尹維維 編輯 文徑 審核)