某钢框架房屋改造前结构安全性鉴定及加固处理

林 德 宏

(福建省建筑科学研究院,福建 福州 350025)



某钢框架房屋改造前结构安全性鉴定及加固处理

林 德 宏

(福建省建筑科学研究院,福建 福州 350025)

通过对某钢框架房屋结构现状进行检测，鉴定评价了该房屋结构的安全性，并从横向框架梁、竖向柱构件、地基基础等方面，阐述了结构的加固处理措施，使房屋加固改造后满足安全使用要求。

钢框架结构，安全性，加固处理，地基基础

钢结构因其重量相对较轻、跨度大可形成大空间、可拆卸二次利用等优点被广泛利用于厂房及大空间展馆、车站候车厅等建筑上。随着对可持续发展及环境保护的重视，钢结构将得到更广泛的应用。目前，关于钢框结构房屋改造加固处理的案例较少，本文以某2层钢框架结构房屋为例，介绍钢结构房屋改造前安全性鉴定并探讨加固处理方法，为类似工程改造加固提供借鉴。

1 工程概况

某工程为2层钢框架结构房屋，1层钢柱采用带翼缘的十字型钢柱，2层钢柱采用H型钢柱，钢梁采用H型钢梁，楼、屋面采用钢承板与混凝土组合楼板，层高均为6.0 m，采用柱下钢筋混凝土独立基础，建筑面积约为1 600 m2。主要柱网尺寸为9.0 m×12.1 m，主要框架柱截面尺寸为H600 mm×200 mm×10 mm×14 mm(其中1层钢柱为带翼缘的十字型柱)，主要框架梁截面尺寸为H(800～460)mm×200 mm×9 mm×13 mm及H346 mm×174 mm×6 mm×9 mm。该楼建成后闲置未曾使用，无相关设计图纸等技术资料，现拟改造成艺术展馆，改造后1层～2层改造为艺术展厅，屋面层改造为观景平台。现状结构平面布置见图1。

2 结构现状检测

钢结构现场检测首先全面检查结构布置现状，对结构体系、传力途径、构件属性进行识别；对钢构件截面尺寸进行现场量测；采用里氏硬度计抽检钢材极限强度；对钢构件的节点构造及连接状态进行检查、测量；对钢构件焊缝质量进行检测；对上部结构进行倾斜度观测；对钢构件锈蚀状态进行检查；对局部基础进行开挖检查。现场勘查结果表明，该楼主要钢柱截面，钢柱采用平板式刚接柱脚；框架柱与框架梁的连接采用柱贯通型，H型钢柱绕强轴方向与梁刚接连接、绕弱轴方向与梁铰接连接，主、次梁间采用连接板铰接连接。梁腹板采用高强螺栓与柱连接板连接，柱在刚接节点梁翼缘对应位置设置横向加劲肋，刚接节点处梁翼缘与柱翼缘间采用坡口焊缝。现场采用里氏硬度计实测钢柱的钢材极限强度达到钢材牌号Q235B的国家标准要求，钢梁的钢材极限强度达到钢材牌号Q345B的国家标准要求(检测结果见表1)。抽检柱、梁节点焊缝较均匀饱满，未见明显裂纹；节点螺栓未发现漏拧现象，采用扭矩扳手对节点螺栓进行检查表明所抽检螺栓均未见明显松动，节点杆件未见明显变形。钢构件表面有采取涂漆措施，现状构件表面局部漆面脱落，实测钢构件截面平均锈蚀深度在0.2 mm～0.4 mm之间,未超出鉴定标准[1]钢构件不适于承载的锈蚀深度限值。上部结构钢柱最大倾斜值为H/464，未超出鉴定标准[1]钢结构房屋侧向位移安全性限值H/200，表明现阶段房屋未产生明显倾斜。地基基础局部开挖检测结果表明该楼采用柱下钢筋混凝土独立基础，有设地梁，基础持力层为砂质粘性土，基础底面未见有地下水渗出。

表1 钢材强度检测结果

3 改造前结构安全性鉴定

根据该楼结构现状的实际检测数据及改造方案图纸，采用中国建筑科学研究院编制的PKPM系列软件对该楼结构现状按拟改造后进行承载力验算，并对该楼结构现状按承载功能、构造、锈蚀、侧向位移、结构整体性等逐项进行安全性鉴定。结构安全性鉴定结果表明现状结构不满足改造后的结构安全性要求，已严重影响承载能力。现状结构存在的问题如下：

表2 承载力不足的柱、梁构件应力比计算结果

2)该楼横向抗侧力体系采用刚接框架，纵向为铰接框架、未采取设置柱间支撑等可靠的抗侧力体系，房屋结构布置不合理，未形成完整的体系。

4 加固处理

钢结构加固的主要方法有：减轻荷载、改变计算简图(改变结构体系、传力途径等)、加大构件截面和连接强度、阻止裂纹扩展等。增加原有构件截面是最普遍的加固方法，加固构件数量较多时费用也较高；改变计算简图的方法最有效且多种多样，运用得当能大幅降低加固费用。

该楼普遍钢框架柱、多数钢框架主梁及次梁的计算应力比不满足承载安全性要求，框架柱弱向均采用铰接连接且未采取设置柱间支撑等可靠的抗侧力体系；若采用对承载力不足的构件逐一进行加固、同时增设柱间支撑的方法进行加固处理，则房屋整体加固量很大，加固费用很高，适修性差，且钢柱间增设柱间支撑后明显影响改造后建筑功能的整体美观。该楼经过与业主及改造设计单位深入沟通，充分考虑钢结构材料性能及连接特点，综合考虑改造加固后使用功能及建筑美观，最终采用改变结构体系、传力途径、节点性质的方法优化加固方案。具体加固方案如下：

1)横向框架梁及次梁构件加固。该楼层高较高，本次采用纵向次梁增加支座的办法，在各纵向次梁跨中贴梁底增设一道横向次梁(见图2)，次梁两端沿柱列增设纵向框架梁(上翼缘紧贴原框架梁底)，同时将增设的框架梁与框架柱的连接节点按刚性连接处理(见图3,图4)。

该加固方法改变了原结构的计算简图，使原纵向次梁跨度减半，原纵向框架梁变为叠合钢梁，原横向主梁的荷载经增设的次梁“分流”后大为减轻；增设的框架梁与框架柱的连接节点按刚性连接处理后，使原有钢框架形成双向刚接，解决了原框架纵向为铰接、无可靠的抗侧力体系问题，同时解决了改造设计不允许设置柱间支撑的要求。

2)竖向柱构件加固。为确保竖向柱构件加固质量，避免加固施工现场大量焊接对原钢构件的损伤，本次采用外包钢筋混凝土的方法对竖向柱构件进行加固(见图5)。钢柱外围新增纵筋下部植入基础，楼层处角部纵筋穿过楼板连通上层柱角筋，中部纵筋采用直螺纹套筒焊接在钢梁翼缘上；原钢柱在新增箍筋加密区范围内新增锚固螺栓。

竖向柱构件加固处理后变为型钢—混凝土组合柱，大幅提高原有钢柱的竖向承载力及侧向刚度；加固后框架柱、梁螺栓节点埋入混凝土内，进一步提高了钢构件刚性节点连接的可靠性。钢柱加固成矩形柱后，与改造设计将原有钢柱外包装饰成矩形柱的设计意图相呼应，在满足改造后结构安全性的同时，兼顾到了改造后建筑美观要求。

3)地基基础。该工程有补充地质勘查，根据地基基础开挖结果对该楼地基基础进行承载力验算表明地基承载力尚能满足改造后的结构安全性要求，地基基础不做加固处理，在后续改造施工过程加强沉降监测。

5 结语

既有钢结构房屋改造加固是一项复杂的工作，加固方法应从安全可靠、施工方便、经济合理等方面来选择，同时还要兼顾改造使用功能要求。该工程在加固设计过程系统分析原结构承载力、结构布置、结构体系以及建筑使用功能之间的相互联系与制约，通过增加横向梁构件、外包竖向柱构件的加固方法，解决了结构上存在的诸多问题，大大降低了工程加固费用。

[1] GB 50292—2015，民用建筑可靠性鉴定标准[S].

[2] GB/T 50017—2003,钢结构设计规范[S].

[3] GB 50011—2010,建筑抗震设计规范[S].

[4] GB 50367—2013,混凝土结构加固设计规范[S].

[5] 曹双寅,邱洪兴,王恒华.结构可靠性鉴定与加固技术[M].北京：中国水利水电出版社,2002.

On safety evaluation and consolidation treatment of some steel framework houses before reconstruction

Lin Dehong

(FujianAcademyofArchitecture,Fuzhou350025,China)

According to the detection of the status for some steel framework houses, the paper evaluates the safety of the house structures, and illustrates its consolidation measures from the horizontal framework beam, vertical column members, and foundation, so as to meet the demands for the safety after the house consolidation reconstruction.

steel framework structure, safety, consolidation treatment, foundation

1009-6825(2017)09-0043-02

2017-01-16

林德宏(1983- )，男，工程师

TU317

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