谈混凝土结构与钢结构的加固及设计

刘开敏

(湖北工业大学土木工程与建筑学院，430068)

谈混凝土结构与钢结构的加固及设计

刘开敏

(湖北工业大学土木工程与建筑学院，430068)

我们结构工程的任务不单要作好建筑物前期的设计工作，还要能科学的评估结构损伤的客观规律和程度，并采取有效的方法保证结构的安全的使用，那么，结构的加固将成为一项重要的工作。可以预见的是21世纪，人类建筑物还会以混凝土结构、钢结构等为主，现阶段我认为我们在结构的加固这方面的研究应该还以此为主要突破方向。

混凝土机构；钢结构；加固；设计

一、混凝土结构加固设计

混凝土结构的加固分为直接加固与间接加固两类，设计时可根据实际条件和使用要求选择适宜的方法和配套的技术。

（一）直接加固的一般方法

1、加大截面加固法。

在钢筋混凝土受弯构件受压区加混凝土现浇层，可增加截面有效高度，扩大截面面积，从而提高构件正截面抗弯，斜截面抗剪能力和截面刚度，起到加固补强的作用。

2、置换混凝土加固法。

该法的优点与加大截面法相近，且加固后不影响建筑物的净空，但同样存在施工的湿作业时间长的缺点；适用于受压区混凝土强度偏低或有严重缺陷的梁、柱等混凝土承重构件的加固。

3、有黏结外包型钢加固法。

外包钢加固是把型钢或钢板包在被加固构件的外边，外包钢加固钢筋混凝土梁一般应采用湿式外包法，即采用环氧树脂化灌浆等方法把型钢与被加固构件黏结成一整体，加固后的构件，由于受拉和受压钢截面面积大幅度提高，因此正截面承载力和截面刚度大幅度提高。

4、粘钢加固法。

钢筋混凝土受弯构件外部粘钢加固是在构件承载力不足区段（正截面受拉区、正截面受压区或斜截面）表面粘贴钢板，这样可提高被加固构件的承载力，且施工方便。

5、粘贴纤维增强塑料加固法。

外贴纤维加固是用胶结材料把纤维增强复合材料贴于被加固构件的受拉区域，使它与被加固截面共同工作，达到提高构件承载能力的目的。除具有粘贴钢板相似的优点外，还具有耐腐浊、耐潮湿、几乎不增加结构自重、耐用、维护费用较低等优点，但需要专门的防火处理，适用于各种受力性质的混凝土结构构件和一般构筑物。

6、绕丝法。

该法的优缺点与加大截面法相近；适用于混凝土结构构件斜截面承载力不足的加固，或需对受压构件施加横向约束力的场合。

7.锚栓锚固法

该法适用于混凝土强度等级为C20～C60的混凝土承重结构的改造、加固；不适用于已严重风化的上述结构及轻质结构。

二、钢结构加固方法

钢结构加固的主要方法有：减轻荷载、改变结构计算图形、加大原结构构件截面和连接强度、阻止裂纹扩展等。当有成熟经验时，亦可采用其它加固方法。

（一）改变结构计算图形

改变结构计算图形的加固方法是指采用改变荷载分布状况、传力途径、节点性质和边界条件，增设附加杆件和支撑、施加预应力、考虑空间协同工作等措施对结构进行加固。

（二）.加大构件截面的加固

采用加大截面加固钢构件时，所选截面形式应有利于加固技术要求并考虑已有缺陷和损伤的状况。

（三）.连接的加固与加固件的连接

钢结构连接方法，即焊缝、铆钉、普通螺栓和高强度螺栓连接方法的选择，应根据结构需要加固的原因、目的、受力状况、构造及施工条件，并考虑结构原有的连接方法确定。

钢结构加固一般宜采用焊缝连接、摩擦型高强度螺栓连接，有依据时亦可采用焊缝和摩擦型高强度螺栓的混合连接。当采用焊缝连接时，应采用经评定认可的焊接工艺及连接材料。

（四）裂纹的修复与加固

结构因荷载反复作用及材料选择、构造、制造、施工安装不当等产生具有扩展性或脆断倾向性裂纹损伤时，应设法修复。在修复前，必须分析产生裂纹的原因及其影响的严重性，有针对性地采取改善结构实际工作或进行加固的措施，对不宜采用修复加固的构件，应予拆除更换。

三、混凝土结构中钢结构的深化设计

钢结构的深化设计也称为加工详图，是钢结构加工前不缺少的工作，它是通过对设计文件的细化、补充以及量化，来绘制成构件、部件和零件等不同需要的图纸，从而进行工厂制作和现场安装。钢结构的深化设计主要以钢结构的设计图为依据，由钢结构加工单位进行深化编制和完成，并作为钢结构加工和安装的依据。这两种设计方法分工较为合理，有利于保证工程的施工质量，也便于施工。

（一）设计要点：

1、深化设计内容：钢结构的深化设计内容主要包括图纸的目录说明；深化设计的总说明；结构构件安装布置总图；通过节点焊接工艺图；构件图、部件图、零件图；构件或者零件清单等。

2、准备工作：进行深化设计并需要进行设计评估，包括进度评估和能力评估。另外还要进行钢结构图纸的会审，以便全面了解设计内容，使各相关人员和部门的工作能够协调统一。同时找出设计中存在的问题，在会审中进行解决以免影响后期深化设计。

3、工作要求:进行深化设计的工作人员，应该本着认真而负责的态度做好加工详图；读懂设计文件的每项内容和要求是深化设计人员的基本工作，如发现任何设计问题应该及时进行调整协商；钢结构深化设计的总说明，主要包括设计依据、制作安装说明、构件材质要求、表面处理要求以及其它各细节要求的说明；工厂生产的各分段构件在现场拼装时的所有数据都必须在总装图中进行说明；构件图应该包括现场拼装的信息和各阶段的验收记录，以及特殊焊点的焊接要求等；构件安装的布置图主要包括梁、柱等主要构件的分布情况，同时构件的编号必须与图纸标注的构件编号一致；材料表上要标注完整的构件或者零件的编号、材质、数量和重量等参数。

（二）节点设计原则：

钢结构的节点设计原则是节点连接的承载力要高于构件截面的承载力；进行安装单元划分时，工地的接头应该考虑到人工焊接时的位置适合度和舒适度，以方便安装为原则。柱要设计在主梁上端的1～1.3米位置，梁的设计每跨一个单元，结合现场的塔吊情况进行分段，但其接头位置应该设在跨的 1/3～1/4处。进行悬臂梁段的安装单元时，悬臂梁的长度可以根据梁的跨度和荷载进行设定，框筒结构在采用带悬臂梁段的柱安装时，梁的接头可以设在跨中位置；构件焊接时等强连接的对接接头，其拼料的长度要大于 300mm，纵横方向的对接焊缝要错开大于200mm；梁、柱的焊接组合可采用全焊透或者部分焊透的对接与角接组合焊缝形式，角焊缝可采用加强全熔透焊缝或者部分熔透焊缝的对接焊缝；梁、柱的对接应该采用等强全熔透焊缝的形式；安装单元的节点连接包括染与柱的连接、柱与柱的连接以及梁与梁的连接。

（三）深化设计质量控制措施

进行深化设计时，要从内部与外部的质量来控制。内部质量控制的重点是减少设计过程和深化文件的出错频率。反复的校对和审核是较为有效的方法，也可应用较为实用的深化设计软件。另外，深化设计人员的专业素质也是控制内部质量的重要因素，所以全面提升深化设计人员的专业素质是保证深化设计质量的关键；对于外部质量的控制措施，主要是对设计文件的严格检查尽量减少和避免因设计错误导致的深化错误，从而造成加工困难、安装不便等问题。

结语

随着经济的发展，钢结构在土木工程中的应用日趋广泛，钢结构是以钢材为材料制成受力构件的结构，钢结构住宅以其能使建筑更富有功能化，预工程化程度高，建设成本降低，自重轻，安装容易，环保节能，抗震性能好等综合优势而受到各方面的重视。结构在长期的自然环境和使用环境的作用下，其功能必然逐渐减弱，采取有效的方法保证结构的安全的使用。

[1]曹双寅,邱洪兴,王恒华编. 《结构可靠性鉴定与加固技术》[M],1998.

[2]过镇海,时旭东编著转. 《钢筋混凝土原理和分析》 [M],1998.

TU7

B

1007-6344（2015）07-0099-01