钢框架结构安全性鉴定及加固处理

张志伟 李云周 武运锋

(1.河北省建筑工程质量检测中心有限公司,石家庄 050227;2.河北建研工程技术有限公司,石家庄 050227)

0 引 言

随着我国社会经济水平的迅速提高，越来越多的钢结构应用于建筑行业，但由于设计、施工、安装等过程中存在缺陷，或是在使用过程中因锈蚀、超载、疲劳等原因造成结构损伤等，影响结构安全.而目前针对这一情况，采取对既有钢结构安全性鉴定并对存在的问题进行加固处理，成为解决该问题的首选方式，既保证结构整体的安全可靠，又可节约大量材料和资源.

钢结构遇到涉及安全问题时的处理过程，一般为检测-安全性鉴定-加固处理，本文通过某一钢框架结构检测鉴定及加固处理案例，介绍，为处理钢结构安全问题提供参考.

1 工程概况

某钢框架商场，为地上三层钢框架结构，独立基础，建筑面积约18600 m2.该商场建于2010年，平面图见图1.

图1 钢框架商场平面示意图

根据现场调查，该商场交付使用后出现较大变形、大面积漏雨等情况，严重影响安全使用，需要进行质量鉴定.

2 安全性鉴定过程

2.1 结构现状调查

调查发现，该商场存在以下主要问题：钢梁、钢柱节点未按设计图纸要求进行刚接连接；部分梁柱节点部位梁下翼缘侧向隅撑缺失；部分高强螺栓松动、缺失、扩孔过大；屋面墙体泛水做法不符合设计要求等.该钢框架外观质量缺陷见图2.

照片1翼缘上下未焊接、未设置侧向支撑 照片2 螺栓扩孔过大、连接做法不符合规范要求 照片3 螺栓缺失

2.2 构件截面尺寸检测

根据《钢结构现场检测技术标准》(GB/T50621-2010)[1]规定，对该商场钢柱、钢梁等主要构件截面尺寸进行检测.检测结果表明，部分所检构件截面尺寸偏差不满足《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205-2001[2]要求.

2.3 对接焊缝内在质量检测

根据《钢结构现场检测技术标准》(GB/T50621-2010)规定，对该商场钢柱、钢梁等主要构件对接焊缝内在质量进行检测.检测结果表明，所检对接焊缝内在质量满足规范要求.

2.4 实际荷载调查

现场对该商场楼屋面实际做法进行调查，并根据调查结果进行荷载统计.调查结果表明，一层顶楼面恒荷载取4.6 kN/m2，二层顶楼面恒荷载取4.9 kN/m2，活荷载均取4.5 kN/m2；二、三层不上人屋面恒荷载取0.8 kN/m2，活荷载取0.3 kN/m2；基本风压取0.3 kN/m2；檩条恒荷载(不计自重)取0.3 kN/m2，活荷载取0.5 kN/m2.

2.5 构造措施调查

对该商场结构形式、楼盖形式、框架柱的长细比、框架柱板件宽厚比、钢梁楼面隅撑、梁柱连接构造等构造措施进行调查.调查结果表明，该商场多处构造措施不满足设计要求.

2.6 承载力计算

2.6.1 计算原则

因部分梁柱节点下翼缘楼面侧向隅撑未设置，部分梁柱节点上下翼缘未焊接，不能满足原设计刚性节点要求，梁柱节点按铰接连接进行计算.

2.6.2 计算参数

该商场安全等级为二级，所在区域建筑抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.10 g，场地类别为Ⅲ类，设计地震分组为第一组，地面粗糙度为C类.

构件截面尺寸、恒荷载等取用实测值，活荷载、基本风压等取用设计值.

2.6.3 计算结果

经计算，该商场部分钢梁稳定应力比为1.06～1.35，超过规范允许限值[1.0]，支座截面抗剪承载力不满足规范要求；部分钢柱稳定应力为1.05～1.44，超过规范允许限值[1.0].

2.7 安全性鉴定结果

根据检测、调查及承载力计算结果，对该商场安全性进行鉴定，安全性等级评定为Csu级，需要对承载力不满足规范要求和构造不满足规范要求的部位进行处理.具体鉴定过程见表1.

表1 建筑物安全性等级评定

3 加固处理过程

3.1 加固方案

通过鉴定过程，发现该建筑物主要问题在于节点做法不满足设计要求，钢柱、钢梁的连接方式由原设计刚性连接变为铰接，且合理的加强措施，致使结构受力形式不合理、抗震承载力和稳定承载力达不到安全使用要求.因此采取对应措施进行加强.

根据《钢结构设计标准》GB50017-2017[3]、《抗震设计规范》GB50011-2010(2016年版)[4]和《屋面工程技术规范》GB 50345-2012[5]相关要求，对商场存在的问题采取以下措施进行加固处理.

(1)恢复梁柱刚性节点.恢复后承载力仍不满足规范要求构件采取扩大截面法进行加固.

(2)按原设计要求增设侧向隅撑.

(3)按规范要求对抗震构造措施进行加强.

(4)对存在缺陷的部位进行处理.

3.2 承重构件加固做法节点

框架梁柱采用扩大截面法加固，节点扩孔过大采用重新施拧后增加节点板加固，加固详图见图2～图4.

(L1、L2为加腋长度，根据计算确定)

图3 钢柱扩大截面加固 图4 梁柱节点螺栓扩孔过大加固

4 结 语

安全性鉴定的目的之一即为对结构安全使用要求进行合理评估.通过安全性鉴定的过程，诊断出构件、子单元、鉴定单位存在的问题，并提出初步的处理建议.安全性鉴定结果及初步处理建议是后续修缮、加固等过程的数据前提.通过该过程的阐释，为使用单位解决钢结构安全性问题提供参考.