钢结构加固浅析

甄国梁 商晓彤

（山东科技大学土木工程与建筑学院 山东青岛 266590）

钢结构加固浅析

甄国梁 商晓彤

（山东科技大学土木工程与建筑学院 山东青岛 266590）

钢结构材料由于长时间工作造成结构外形损伤,或是设计施工过程中处理不当导致结构存在缺陷。对正常使用条件发生改变后的钢结构工程进行检查、验算，结构的强度、刚度、稳定性等不再满足设计要求时就应对钢结构进行加固。文章分析了钢结构加固的各种原因、目的，钢结构的加固原则，着重介绍了钢结构加固的主要方法，并对各方法的优缺点进行对比和总结。

钢结构；建筑；加固

前言：近二十年以来，由于国家的强力支持和市场的旺盛需求，钢结构因其轻质高强、安装制造简单、施工速度快、抗震性能好等特点在工业和民用建筑中得到了越来越广泛的应用，但是由于结构设计、施工、使用管理不当，结构的强度、刚度或稳定性不满足使用要求，材料质量不符合国家标准、耐久性耐腐蚀性不足等原因，给钢结构建筑带来诸多隐患，这些隐患逐年积累，很可能对结构造成破坏，严重威胁人们的生命财产安全，这就需要对钢结构进行加固改造。

1 钢结构加固原因及目的

1.1 结构承受荷载的增加

钢结构建筑物建设或使用过程中，有时不得不对建筑物进行加层或进行加强利用，这就大大增加了建筑物的上部荷载，极易引起地基基础的沉降倒塌、梁柱弯曲变形甚至开裂等影响建筑物安全的问题。为保证钢结构建筑的正常安全使用，防止额外增加的荷载带来诸多隐患，需对建筑物进行必要的加固措施。

1.2 地震影响

自古以来地震都被认为是威胁建筑安全的重要因素，特别是近年来地震在全球范围内频繁发生，在最近的十五年中，仅我国一个国家就发生8级以上地震两起，6.5级以上地震十余起。地震对建筑的危害极其严重，是不容忽视的，给社会和国家带来的经济损失和人员伤亡更是难以估量。故需要通过结构加固，加强建筑物的抗震能力，尽可能将地震的伤害程度降到最低。

1.3 外部环境及自然灾害的损坏

钢结构由于其耐久性、耐腐蚀性较差，所以受自然环境影响较大。长期与空气接触后必定存在大气锈蚀，或者经过雨雪的冲刷，钢结构难免受到腐蚀。另有长期循环荷载作用导致结构整体承载能力和稳定性降低。通过对钢结构进行加固，可以减小这些负面作用对建筑的影响，从而保证结构各部件均衡受拉，使整体稳定可靠。

1.4 改善结构本身的状态

许多结构使用时往往不再遵循初始设计时的结构功能，这样的改变使得原有的梁柱位置不得不发生变化，为了减小结构变形，抑制裂缝的产生，降低原有的结构应力，以满足新功能的需求，需要进行结构的加固。

1.5 纠正设计或施工过程中的失误

在实际生产中，建筑物的新建和改造是非常复杂的系统工程。在这个过程中失误是避免不了的，结果就是造成钢结构缺陷从而削弱截面，加之结构焊接时产生不均匀温度场因其应力集中，又或者施工过程中偷工减料的现象时有发生，为了保证结构正常运行，需要对结构进行加固改造。

2 钢结构的加固原则

进行钢结构及其构件加固是一项较为复杂的工程。综合施工方法简单、经济合理、加固效果满足预期目标等因素，将钢结构加固原则总结为以下几点：

1）由于是对正在使用过程中的钢结构进行加固，所以加固过程应尽可能不妨碍结构的使用功能，对工业厂房做到不停产或者少停产，一旦停产，所造成的经济损失可达加固费用的几倍甚至几十倍。

2）若结构强度、刚度、稳定性等鉴定结果显示结构可靠性已经不再满足正常的使用要求，则必须对钢结构工程进行加固。结构的加固内容和范围要结合结构的鉴定结果和加固后的使用要求综合考虑，且设计单位要与业主单位进行协商确定具体的加固方案。其中，结构加固的范围可以是结构整体，也可以是特定的构件或结构某个区段、某个部位。加固后的结构安全等级取决于结构的重要性、结构破坏造成后果的严重性以及正常使用情况下的具体要求三个方面。

3）结构加固施工过程中是否可以不停产进行负荷施工主要由加固结构在加固施工过程中的应力应变状态决定，若构件的应力应变状态小于所使用钢材设计强度的80%，且构件损坏变形不太明显时，可采用负荷不停产的施工方法。

4）当用外部连接构件对结构进行加固时，应使用高强螺栓或采取焊接，且施工过程中要对高强螺栓的截面承载力、焊缝及焊接后结构承载力进行验算。

5）钢结构工程的加固设计不仅要满足结构使用要求，更要紧密结合实际的施工方法，采取适当的措施，充分考虑施工现场的条件，一方面避免构件在加固施工过程中产生附加变形，另一方面又要保证新增的截面或构件与原结构可靠有效地连接，使两者成为一个整体而共同工作。

6 ）由于特殊原因（冷脆、高温、地基不均匀沉降等）造成的结构损坏，应根据损坏原因采取相应的处理措施，确定实施可行后方可进行加固施工。

7）值得注意的是，对于加固时可能出现倾斜、失稳或倒塌的结构构件，在加固施工前要有相应的预防措施，防止施工过程中危险事故的发生。

3 钢结构加固方法

传统的钢结构的加固方法主要有减轻结构荷载、改变结构传力体系、加大原结构截面面积等，目前使用纤维复合材料对结构关键部位加固或修补裂缝逐渐显示出强大的优越性，也得到越来越广泛的应用。

改变结构传力体系适用于正在使用的钢结构改扩建工程，应用广泛，但这种加固方法对加固技术要求较高，技术手段要灵活多变，综合考虑经济效益、施工难度、使用功能、工艺要求等方面。

加大原结构的截面面积是指采用与原结构相同的材料来扩大构件截面面积，这种加固方法最大的优点是受力可靠且施工费用较低。但是施工时占用空间多，湿作业工作量大等明显缺点限制了这种方法的使用范围。

普通的钢板焊接、螺栓连接或者铆接，在一定程度上对结构起到了加固作用，但同时也会产生一些问题，最明显的就是焊接时产生的残余应力，对结构安全危害是很大的，一些新型的加固方式应运而生，其中效果最显著的是使用纤维复合材料（FRP）对钢结构关键部位进行加固或修补裂缝。

常用的FRP材料包括碳纤维复合材料（CFRP）、玻璃纤维复合材料（GFRP）、玄武岩纤维复合材料（BFRP）等，FRP材料质量小厚度小，且有较高的强度，同时延性良好，施工作业时占地面积小、施工速度快，一般不会影响结构的正常使用。

三种FRP材料中，CFRP综合性能最好，对结构加固后承载力提升最大，缺点是其延性、高温抗拉性能略差，且目前碳纤维材料主要依靠进口，造价过高；GFRP价格较低，但对提高结构承载力的效果并不明显；BFRP是一种绿色环保、经济适用的材料，采用 BFRP加固的结构，不仅承载力得到了提高，延性也有所增加，因此可大范围推广。

4 结论：

钢结构的加固改造是一个极其复杂的过程，要结合结构特点、使用要求、实际施工条件等各方面，选择合适的加固方法并制定加固方案，重点做好节点等关键部位的设计，保证加固过程中结构的安全。

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1007-6344（2016）07-0258-01

甄国梁 男 1992.02.20 硕士研究生 山东科技大学土木工程与建筑学院 山东青岛 266590

商晓彤 女 1990.12.11 硕士研究生 山东科技大学土木工程与建筑学院 山东青岛 266590