谈大跨度钢梁组合屋面加固补强

豆立岗

(山西大公建设有限公司，山西太原　030012)

谈大跨度钢梁组合屋面加固补强

豆立岗

(山西大公建设有限公司，山西太原030012)

摘要:通过分析某大跨度钢梁组合屋面承载力不足的原因，提出了对该结构加固补强的方案，介绍了加固补强的设计参数及工艺要求，并阐述了具体的施工技术要点，最终使结构设计满足了规范要求，保证了结构的安全性。

关键词:大跨度屋面，加固补强，钢梁，承载力

对于一个综合性较强的办公大楼，多功能厅是必不可少的。多功能厅是现代会议需求产物，其功能的多样性，打破了传统单一会议布置格局。而多功能厅最基本的要求是大跨度、大空间。大跨度、大空间在现有的技术、制作、装配的条件下完全能够实现。钢梁组合屋面就是实现方法之一。本案例在土建设计阶段选用了钢梁—钢筋混凝土屋面板组合屋面形式，考虑荷载为0.5 kN/m2;而随着装饰装修工程的深入发现其承载力余量不足，不利于今后的升级改造，因此需在装饰装修开始之前对其进行加固补强。

1　工程概况

1)某公司多功能厅位于办公大楼裙楼顶层。平面尺寸宽约36 m，长约42 m，框架结构，顶层周边设框架梁和柱，屋面结构为大跨度型钢梁加混凝土楼面。共设4道主钢梁，两边各1道型钢—混凝土组合梁。2)钢梁及其连接钢板采用Q345B级钢，材质应符合GB/T 1591低合金高强度结构钢的规定。3)高强螺栓:钢梁拼接采用摩擦型高强螺栓，性能等级为10.9级。其他柱、梁的拼接及柱与梁、梁与梁的连接，均采用承压型高强度螺栓，性能等级为8.8级。抗滑移系数均为0.45，连接范围内构件接触面采用喷砂处理。4)栓钉材料性能等级为4.6级，熔焊栓钉选用穿透型的瓷环，直接在压型钢板上安装，穿透压型钢板与钢梁上翼缘融为一体，焊钉的性能要求应满足GB/T 10433—2002的要求，并保证与钢梁的焊接质量达到规范要求。5)主钢梁截面尺寸H2 250× 400×16×30，次钢梁截面尺寸HN450×200×9×14，梁上满铺压型钢板，钢板上200厚钢筋混凝土楼面板。主次钢梁通过4M20螺栓连接，钢梁与边柱通过8M30的预埋螺栓连接，钢梁与混凝土楼面通过栓钉连接，主梁拼接点通过拼接板用2道18M20螺栓连接。施工预起拱70 mm。6)该工程大跨度屋面在施工至防水保护层时检测发现，其中一道梁的最大挠度已达到70 mm，而允许挠度值为［90 mm］，此时的荷载已达到0.4 kN/m2，经初步设计核算，如荷载为0.5 kN/m2时其钢梁承载力能满足设计要求，但挠度值偏大，需进行加固补强。

2　原因分析与方案选择

为了得到安全可靠、经济可行的加固补强方案，建设方特邀请钢结构方面的知名专家学者参与此次方案论证、选用。通过各位专家学者的独立计算和相互验算分析得知。

2.1超限产生的原因

1)原设计选用轻型钢梁计算方法和构造要求并对所承受荷载考虑不足。2)设计图纸未经过专家组论证。3)施工方经验不足，施工过程从放样、加工、装配各环节未制定切实可行的专项方案，导致施工质量偏差过大。

2.2方案选择建议

1)加固补强应增加屋面承载能力余量，为以后升级改造打好基础。2)选用方案技术可行、实施简单易操作、经济可靠。3)避免大拆大建，充分利用已有结构。

2.3加固补强方案

1)碳纤维补强法:拼接点处下翼缘贴补强板，拼接板四周围焊，其他下翼缘区域贴碳纤维补强。

2)钢梁局部补强法:在不破坏原有钢梁的基础上对钢梁做鱼腹式加强，即在跨中段附加T型钢梁。

3)钢梁—钢筋混凝土梁组合法:拼接节点加固，钢梁上方加混凝土梁一道，钢梁与混凝土梁之间用高强栓钉连接。

2.4加固补强方案选用

通过专家组多次讨论得出以下结论，既要解决现有超限问题，又要考虑日后增加承载力的问题，因此钢梁加混凝土梁组合梁是不二选择。通过设计计算，选择合适截面尺寸，改善原有受力方式，充分发挥钢材抗拉强度高、混凝土抗压强度高的特点，结合顶升法施工，将现有钢梁起拱30 mm，待施工完毕撤除顶升机构后，钢筋混凝土梁与钢梁共同作用，既有效解决挠度过大又可增加结构承载能力。

3　加固补强设计主要参数

1)主钢梁拼接点两侧两面拼接板同材质同尺寸焊接加宽，两侧各加设4道18M20螺栓，焊接、防火、防腐等参数同原设计及相关规范要求。

2)主钢梁跨中10 m范围，距上翼缘420 mm处腹板两侧加设加劲肋t =14一道，加劲肋宽192 mm，焊接、防火、防腐等参数同原设计及相关规范要求。

3)主钢梁端部腹板两侧加45°加劲板，螺栓两侧及上端加设加劲板，焊接、防火、防腐等参数同原设计及相关规范要求。

4)主钢梁端部两侧与边梁加设45°HN400×200×8×13斜支撑，焊接、防火、防腐等参数同原设计及相关规范要求。

5)各主钢梁端部加设边桁架一道。焊接、防火、防腐等参数同原设计及相关规范要求。

6)主钢梁上翼缘板顶面加设两道M20@ 200，长200 mm栓钉。加设0.4 m×1 m混凝土梁一道，标号C55，钢筋均采用三级钢，主筋18根直径20 mm@200，箍筋直径10 mm@100，拉筋直径10 mm@400长短方向各一道，焊接等参数同原设计及相关规范要求。

4　工艺及技术要求

1)焊缝须严格按照JGJ 81—91建筑钢结构焊接规程的质量检验标准要求进行施工。上、下翼缘和腹板的拼接焊缝应错开，腹板拼缝与上、下翼缘至少相距200 mm。梁与柱刚性连接时，柱在梁翼缘上下各500 mm的范围内，柱翼缘与柱腹板间采用全熔透坡口焊缝。

2)钢材加工前应进行矫正，使之平直，以免影响制作的精度，构件出厂前应进行预拼装。

3)钢构件表面应做防腐处理，除锈等级为Sa2.5级，除锈后的构件应在4 h内涂刷第一遍环氧富锌防锈底漆;涂装共2道底漆，2道环氧防腐面漆。漆膜厚度不小于125 μm，根据使用年限应定期进行维护。涂层厚度用磁性测厚仪测定，总厚度应达到有关设计要求。

4)本工程的耐火等级为二级，柱耐火极限为2.0 h，梁耐火极限为1.5 h。表面刷超薄型防火涂料，厚度应满足耐火极限要求。

5　施工难点与要点

1)外墙已装饰完工，吊车起吊所需构件和进入施工作业存在很多困难。结合现场实际，利用施工电梯口，机械与人工结合解决施工材料、机械等运至工作面。

2)钢柱顶升法的关键是顶升机构，构造由专业设计，施工方加工后必须在实验室进行顶升耐压实验，实验耐压力是顶升时的2倍(即1 600 kN/m2)。通过实验证明顶升机构合理可行。

3)加固施工顺序: a.在需加固钢梁1/3及2/3跨度处布置顶升支承柱，与钢梁顶紧，并采取措施保证其加固施工过程中的整体稳定性。b.拆除钢梁顶混凝土屋面板，边拆边运不得堆载，不得损坏钢梁与其他结构构件。c.钢梁拼接节点加固，腹板局部加设纵向加劲肋。加固时须在加固处设置临时支架，确保加固时钢梁的安全性。d.检查钢梁顶升处的垂直度，确保在施工误差容许范围内。e.顶升钢梁使其跨中挠度上拱30 mm为止。顶升应同步分级进行，每级顶升3 mm，并实时进行钢梁与顶升支架及其他措施的变形监测，发现异常立即停止施工，采取安全措施后方可继续进行。f.顶升到位后，对钢梁进行验收，质量合格后，采取稳固措施，确保后续施工的安全。g.去除钢梁顶面油漆并清洗干净，交错焊接焊钉，尽量减少焊接对钢梁承载力的影响。h.在新旧混凝土界面处，将旧混凝土凿毛，不密实、空鼓、空洞等地方用小锤和钢凿剔除至密，然后用高压水枪或风枪把浮尘和松动之处冲掉，露出干净、细密的混凝土新槎和钢筋，浇筑前涂刷混凝土界面剂，补全构造钢筋。i.绑扎加固混凝土梁的钢筋，并支设模板，浇筑混凝土。加固混凝土梁强度达到设计的混凝土立方体抗压强度标准值的100%后，方可拆除模板及顶升支承柱，拆除时应同步分级进行，每级3 mm，到完全脱离为止;卸载时，应实时进行钢梁及支柱的变形监测，确保卸载安全。j.进行屋面修复施工，达到原设计要求。

4)加强人员的责任意识、安全意识、质量意识教育，做到责任到人，分工明确。

6　结语

通过各方不懈努力，最终检测梁底挠度最大值为40 mm，小于允许值［90 mm］，满足设计及规范要求，通过专家组验收。验收报告中要求加强后期检测，保证结构安全可靠。

Discussion on the reinforcement and strengthening of big span steel beam combination roof

Dou Ligang
( Shanxi Dagong Construction Limited Company，Taiyuan 030012，China)

Abstract:Through the analysis on the causes of poor bearing capacity of a big span steel beam combination roof，this paper put forward the reinforcement and strengthening scheme of this structure，introduced the design parameters and process requirements of reinforcement and strengthening，and elaborated the specific construction technology main points，eventually made the structure design meet the specification requirements，guaranteed the structure safety.

Key words:large span roof，reinforcement and strengthening，steel beam，bearing capacity

作者简介:豆立岗(1978-)，男，工程师

收稿日期:2015-11-23

文章编号:1009-6825( 2016) 04-0027-02

中图分类号:TU318

文献标识码:A