钢框架结构建筑检测鉴定与加固设计

司道林

(济南工程职业技术学院，山东 济南 250200)

引言

随着经济发展，钢结构广泛地应用在房屋建筑领域。部分建筑物在未履行正常审批手续的前提下提前施工，施工过程中会出现设计图纸不正规、质监资料不全等问题。针对这一种情况，为了保证结构安全性，需要对既有建筑物进行检测鉴定。本文以某钢结构房屋为例，从工程实际出发介绍了钢框架结构建筑物的检测内容和加固处理方案。

1 工程概况

某钢结构建筑为钢框架结构商业配套用房，建于2010年，地上两层，首层层高为3.90m，二层层高为3.60m，总高度为7.95m。该钢框架结构商业配套用房的基础结构为钢筋混凝土独立基础，楼面和屋面均采用压型钢板与混凝土组合楼板，钢柱和钢梁均采用Q345-B的实腹式焊接工字型截面，梁柱节点均采用大六角头摩擦型高强螺栓进行连接，螺栓的性能等级为10.9级。该钢框架结构商业配套用房结构平面图如图1所示。

该钢框架结构商业配套用房无正规设计图纸，且施工时质监资料不全，为保证结构安全，对该钢框架建筑物主体结构进行安全性检测鉴定。

图1 一、二层结构平面布置图

2 钢框架结构检测鉴定

通过现场实际情况和相关检测鉴定标准[1-2]规范，对该钢框架结构商业配套用房的主体结构进行现场检测，其检测内容包括钢梁截面尺寸、高强螺栓扭矩、钢材强度、宏观状况等。

2.1 钢梁截面尺寸检测

本工程钢梁截面均为焊接型工字型截面。对其截面尺寸进行检测时，采用钢卷尺量测构件截面高度和宽度，钢板测厚仪量测构件壁厚，钢梁截面示意图见图2。

图2 梁截面测试位置示意图

现场检测数据参照《钢结构工程施工质量验收规范》(GB 50205—2017)中附录C表C.0.1和7.2节[3]规定及《热轧H型钢和剖分T型钢》(GB/T 11263—2017)中5.2条[4]的规定，实测工程中焊接H型钢梁的截面尺寸偏差均满足钢结构验收规范的要求。

2.2 高强螺栓扭矩检测

本工程中的高强螺栓均采用10.9级M20摩擦型高强螺栓。根据《钢结构工程施工质量验收规范》(GB50205-2017)中对高强螺栓连接副扭矩系数的试验数值的要求：每组8套连接副扭矩系数的平均值应为0.110～0.150[3]。本工程取连接副扭矩系数平均值0.130，对10.9级M20高强螺栓终拧扭矩进行抽查，检测结果详见表1。可以得到：实测构件中高强螺栓连接副施工终拧扭矩偏差均不满足验收规范要求。

表1 高强螺栓连接副施工扭矩检测结果

2.3 钢材强度检测

现场采用HLN-11型里氏硬度计对钢梁的里氏硬度值进行抽样检测，检测结果详见表2。

根据《金属里氏硬度试验方法》(GB/T 17394—1998)[5]和《黑色金属硬度及强度换算》(GB/T 1172—1999)[6]中的相关标准，所测构件里氏硬度值均满足规范要求。

2.4 宏观检测

现场检测时，发现一层顶和二层顶3轴、4轴处钢梁端部与混凝土剪力墙连接处节点存在问题：锚栓数量被改为4个，螺栓布置方式与设计不符；部分节点处钢梁端板施工偏差大，螺栓孔采用电焊后开孔；部分节点钢梁腹板采用角焊缝三面围焊方式与端板连接，与原设计不符，如图3和图4所示。

表2 钢材里氏硬度检测结果

图3 螺栓布置方式与设计不符

图4 螺栓孔采用电焊后开孔

现场检测时，未发现该钢框架结构商业配套用房外围护墙存在因地基不均匀沉降而引起的围护墙体变形、开裂等现象；未发现钢柱、钢梁等主受力构件存在因承载力不足引起的明显变形；未发现梁柱节点、梁梁节点以及杆件对接焊缝存在因承载力不足引起的开裂现象。

3 承载力验算

依据原设计图纸、现场实测数据以及目前该钢框架结构建筑物的所受荷载状况，采用中国建筑科学研究院PKPM结构设计软件对该钢框架结构建筑物进行承载力复核验算。

该钢框架结构建筑物一层顶和二层顶3轴、4轴处钢梁端部与混凝土剪力墙连接处节点锚栓数量被改为4个，布置方式与设计不符，承载力验算时按照铰支座考虑；部分节点钢梁腹板采用角焊缝三面围焊的方式与端板连接，与原设计不符，承载力验算时也按照铰支座考虑。经验算，该钢框架结构建筑物一层2-B轴钢柱和2-C轴钢柱的承载力不满足现行规范的要求。

4 鉴定结论

(1)部分节点处钢梁端板施工偏差较大，螺栓孔采用电焊后开孔，影响结构承载力，建议进行加固处理。

(2)该建筑物实测构件高强螺栓连接副施工终拧扭矩偏差不满足验收规范要求，建议按照规范要求进行复拧。

(3)该建筑物一层2-B轴钢柱和2-C轴钢柱的承载力不满足现行规范的要求，建议对一层2-B轴钢柱和2-C轴钢柱进行加固处理。

5 钢框架结构商业配套用房加固方案

根据《钢结构设计规范》(GB50017-2017)及相关规范[7-8]并结合建筑物的实际情况，进行加固方案的比选，选取技术可行、施工便捷、经济合理的钢结构加固设计方案。

(1)在一层顶和二层顶3轴、4轴处钢梁端部与混凝土剪力墙连接处部分节点处后加钢支座进行加固，见图5。

图5 节点后加钢支座加固

(2)按照规范要求对建筑物实测不满足终拧扭矩偏差验收要求的高强螺栓进行复拧。

(3)对该钢框架建筑物一层2-B轴钢柱和2-C轴钢柱沿钢柱全长在原翼缘板上加焊钢板进行加固处理，见图6。

6 结语

(1)政府相关部门应该进行行政机构改革创新，优化行政审批程序，缩短行政审批时间，建设单位应当积极配合依法履行建设项目审批手续。

(2)钢结构建筑检测鉴定前，应先根据相关标准法规的规定，结合建筑物的设计图纸和现场实际情况确定检测鉴定方案，明确检测程序和检测内容，确保检测结果能够全面反映结构现状，满足检测鉴定要求。

图6 钢柱加焊钢板加固

(3)根据检测所测得的实际数据和钢结构实际情况，建立合理的计算模型对钢结构进行分析验算。针对不满足安全性要求的结构构件和工程现场的问题缺陷需要进行加固处理以满足建筑结构的安全性。

(4)加固方案选择时，应综合考虑建筑物的功能要求、业主对工期和成本的要求以及加固方案的可实施性来确定最合理的加固处理方案。