钢结构工程加固改造施工分析

李英杰

摘要：根据上海某社区服务中心加固改造工程实例，项目涵盖了拆除工程、加固工程、钢结构工程、和装饰工程等。项目探讨了钢结构工程在加固改造方法中发挥的有效作用;钢结构加固不仅有效提升了建筑本身的性能，还提高了建筑物的质量和使用寿命。因此，有效的加固方法和措施，对于提高原建筑质量和使用期限有很大作用。本论文主要针对钢结构工程加固改造施工技术进行研究分析。

关键词：钢结构工程;加固方法;碳纤维、荷载;

由于建筑物在长时间使用过程中，受到环境因素和承载力变化的影响，其结构稳定性和耐久性也随之发生发变化;对可靠性不足的支撑结构、承重构件及其相关部分进行增强或调整其承载力，使之具有足够的安全性能，并保持其使用性能不变。如果工程设计的承载能力、抵抗变形的能力、稳定性不能满足目前使用要求时，可采取加固措施来满足。

本项目工程由于要增加额外的使用面积，故需要增强建筑物的承载能力，部分楼层考虑到做加层;特别是电竞场馆内，为了增加观众席位，增加了2个楼层看台，使得建筑主体结构承载发生很大变化;考虑到钢结构：质量轻，强度大，空间结构使用率高，可循环利用，施工快等优点，故采用钢结构加固方法。

一、上海某社区服务中心加固工程概况

1） 本工程为上海长风电竞EDG主场综合体改造项目;

2） 本项目施工内容包括原有结构构件拆除、部分原有结构加固、钢结构施工及加固、精装修工程等内容;

3） 项目原建筑形式为两栋5层框架结构。

二、建筑结构工程加固的原因和方法

1 结构加固的原因分析：

1） 建筑物本身需要增加荷载;如：改变使用功能、增加设备、增加承载，使原来结构的承载力满足不了实际的使用需求。

2） 建筑物使用过程中考虑到加层，提高建筑利用率（本项目主要涉及）。

3） 建筑结构工程使用年限过长。零部件功能损伤或发生锈蚀，使构件不完整，最终造成钢结构工程的承载能力或使用功能的下降。

4） 地基基础的不均匀沉降，建筑结构发生变形异常，使结构工程本身产生变形或破坏。

5） 在设计、施工阶段所造成的不可避免的损害，影响到钢结构工程本身的强度、刚度和稳定性。如：设计过程考虑不周存在缺陷，施工过程为方便偷工减料，同时施工还有自然天气等因素影响。

6） 遭受外部荷载撞击、火灾、地震的损害，使结构发生损坏。

7） 随着建筑使用年限过长，梁柱承载结构或者连接件出现老化、疲劳、锈蚀等情况，造成结构工程的本身承载能力的下降。

综上所诉，我们要找出问题的原因，针对不同的“病症”，“对症下药”;合理的方案措施，才能带来有效的经济效益。

2结构加固质量控制：

1） 设计单位应按照国家规范和要求设计图纸，施工图审查批准后，在项目开工前，向施工单位进行施工图技术交底，把图纸中重点和难点像总包单位明确;

2） 施工单位拿到图纸后，认真研究图纸，组织技术人员编制方案，审核批准后再实施作业;

3） 加固材料、产品进场前要检查产品合格证书、出厂日期、型号等资料，现场抽查检验，合格之后才可进入场地使用;

4） 现场施工前，对原有结构、构件先清理干净，修复合格和进行支护，避免加固过程中倒塌。总体原则是：先保护后加固;

5） 加固施工所有程序，都应按图纸和国家规范要求进行质量控制;

6） 每道工序完成后，马上组织人员检查验收，确保无误后，再进行下一道工序施工，如此反复循环，直到工程结束;

7） 不同工种交接前，进行交接验收检查，经过监理工程师或者甲方人员检查认可，方可进场下个工种施工;

8） 关于隐蔽工程验收，要先进行自检，自检通过之后，再通知监理人员验收，做到万无一失。

3 加固前表层清理、拆除和支护内容：

1） 施工开始前，根据施工需求，拆除影响施工的管道、支架、线路以及其他障碍物，清除表面的浮浆、污垢、油渍、涂料涂装或其他原饰面层;

2） 对于混凝土构件，先剔除其表面已经风化、剥落、掉皮的装饰涂料，然后对面层抛光打磨直至露出混凝土面层;

3） 对于钢制构件，还应去除表面锈迹，抛光打磨直至露出金属层。

4） 如果原结构构件有荷载，要先卸载，再施工;

4 纤维材料

现场使用的纤维材料，进场前，提前根据图纸计算好用量，必要时可留有一定余量，材料进场必须一次进场到位，避免后面施工，材料不足产生不必要的影响。材料进场时，监理和施工人员对材料的合格证、材料品种型号、外观、包装是否完整等检查;同时还应对纤维材料性能和质量指标见证取样，其各项性能指标一定要满足《混凝土结构加固设计规范》（GB50367）要求【3】。

纤维材料允许偏差如表1所示。

5 结构胶粘剂要求

加固工程使用的结构胶粘剂，提前计算好用量，一次进场到位，避免不必要的影响;当胶粘剂材料进场前，施工单位试验人员、同监理见证员（必要时甲方人员也到场），按照要求，对进场材料的质检報告进行检查，符合要求才可进场使用;检查内容如：产品的合格证、出厂报告、说明书和标志、生产日期等【1】【3】;

材料进场后还要对其一些性能指标做取样检测，合格之后方可使用;钢材之间的拉伸抗剪强度，钢材和混凝土之间的粘结强度和材料本身的大气稳定性（抗氧化性）;

有毒有害气体不挥发物含量要提前检测，合格后才能使用;如果项目地区地震烈度在7度及以上时，还要对其抗冲击剥离能力做检测试验【1】【3】。

6灌注浆液要求

按照说明书要求，现场配制结构加固水泥砂浆、聚合物砂浆材料、裂缝修补注浆料等，使用前注意观察，其品种、性能和质量都应符合规范和使用要求;

在对原建筑加固施工时，经常会遇到局部缺陷、损坏等问题，此时应对原结构进行修补后才可进行加固。具体方法为：清除空鼓、漏振麻面处表面，不得留有石屑、浮灰、油渍等杂物;在灌浆前使结构表面保持湿润，灌浆前1-2小时不得有积水。

灌注浆液【3】从上部开始使作业，灌浆液会依靠其自重流至漏振处，直到相应的排气口溢出多余浆液;一旦开始作业，必须保持连续施工，施工过程中不能出现间断的情况，期间尽可能缩短注浆时间，以达到质量的最大化保证;在注浆施工的过程中，严禁工人任何形式的振捣作业情况出现，非必要时可用干净物拉动浆液导流;施工完毕，需要立即开展养护工作;现场养护一般维持至少3—7天，测得同条件养护试块达到设计要求时，继而开展下一步加固工作。

三、钢结构工程加固的形式

（一）局部加固

所谓钢结构的局部加固是指对某些强度、刚度不足的杆件和连接处进行加固。通常采用的方法有如下几种。

1.加大构件横截面的面积

钢结构中存在的薄弱构件，或受力超出其荷载的构件;在不改受力分布情况下，可以采取加焊型钢和角钢，来增加截面面积，增大构件应力。

施工时应注意如下几点【4】：

（1）在不改变原来几何尺寸和受力状况下;焊接工作要少，选择最优施焊程序，避免杆件过大变形;

（2）注意空间尺寸，加固时构件不要与其他杆件打架、交错;

（3）注意老旧钢材焊接，清除旧钢材表面垃圾;

（4）当构件受外力破损或变形较严重时，可选用钢筋混凝土进行局部加固，增加构件的抗剪应力;

（5）加固施工完毕后，新材料要及时做防火和防腐处理，避免积灰、积水引起锈蚀，造成不良后果。

2.对连接处和节点进行加固

（1）焊缝的加固方法

①加长焊缝的长度

对原焊缝长度不满足要求的，在原焊缝处补焊，加强焊缝长度，增链接点强整体强度，使其性能满足使用要求【4】。

②加大焊脚尺寸

当原焊脚尺寸偏小，杆件较厚。而加长焊缝又有困难时，可采取加大焊脚尺寸的方法来满足要求，前提是原焊缝质量没有问题。

（2）铆接、螺栓连接加固方法【4】

①增加螺栓或铆钉的数量，增加多少要根据设计要求决定。

②增大铆钉的直径或者用高强螺栓代替原来铆钉。扩孔后的铆钉与铆钉、螺栓与铆钉之间的间距应大于3d（d为较大螺栓或铆钉的直径）。

（二）全面加固

1.增加构件的刚度

（1）增加支撑，加强结构空间刚度，增强其稳定性和安全性。

（2）在平面系中，重点加强某些梁、柱的刚度，以其承受大部分剪力，从而减轻其他梁、柱的负荷。

（3）缩短杆件的自由长度，在原杆件上增设支撑或者增加链接件，使杆件整体受力增强【4】。

2.改变构件受力情况【3】【4】

（1）改变荷载的分布情况，如均布荷载变成集中到某些点上，也可集中荷载分散成均布荷载;

（2）改变结构构件端部铰接的情况，如将铰接变为刚性连接;

（3）适时调整结构支座位置，使弯矩受力重新分布;

（4）使用桁架。但受空间条件的限制，必须以不影响空间使用为前提;

（5）增加中间支撑位置或增设支座形式;

（6）简支变连续，具体做法为简支结构末端首尾连接变成一个整体。

四、加固施工的方法及注意事项

1.加固施工的方法

（1）带荷载加固

此方法适用于构件受力不大或者受力在一定可控范围之内的情况下，同时构件没有大的损坏情况下施工;国家规范规定构件内在应力小于允许应力的60%时，可以带荷施工，此方法施工简便，经济效益很高。

（2）卸荷载加固

当需要加固的构件应力处于高状态时（大于自身应力的80%），为了安全，需要提前卸载掉部分荷载，使其在安全范围之内;对某些不能卸载的构件，可对其加强支撑或者支护，分散掉其中一些应力，即相当于卸掉部分荷载。待满足荷载要求时，可对其进行加固。

（3）从结构上拆下应加固或更新部分

如果结构破坏较大，或原结构承载能不能满足当前需求，必须拆下来进行加大或更换，此时要设置临时支撑或支护结构，更换过程要加强对原结构变形监测，发现危险情况立即停止作业;把被换构件拆除下来，同时还要保证新换构件的安全性。

2.加固施工时应注意的事项

对钢结构工程加固施工时应注意以下几点：

（1）加固时，必须保证结构的稳定，事先检查各连接点是否牢固;如果构件存在失稳情况，可先对链接处采取加固措施，需要支撑可提前搭设，待加固完毕后拆除。

（2）结构加固前，清理表面灰层，清除锈迹。加固完毕后，再涂刷油漆。

（3）对于受损部位，可先予以修复处理，然后进行加固。

（4）在有应力作用下施焊，应慎重选择焊接工艺（焊条、电压、电流、焊接速度等）。

（5）在有应力状态下加固时，应遵循下列原则：

①尽量减小焊接应力，并能促使构件卸载。

②优先加固最薄弱的部位和应力较高的构件。

③凡是能起到补强作用的立即焊接，对原断面影响小的优先焊接。应先施焊两端的节点位置，然后焊接中间位置，节点上焊缝在加固时应首先考虑补焊。

钢结构使用期长，并不代表钢结构工程完工，就可以不管不问了，钢结构的保养及修护也是很重要的，日常工作中要注意定期保养维护。

五、效益

1） 利用原有结构和框架，节约成本;

2） 避免了工程全部拆除和重建，只进行局部的拆除和加固处理，节约了工程造价和时间成本;

3） 材料可周转利用，节约成本。

4） 为公司今后实施改造项目积累了经验。

5） 引起社会的广泛关注。上海第一个以电竞为中心的商业综合体改造项目。

六、结论

伴随着社会不断发展，人们对于使用的建筑功能有了越来越多的需求，但多数情况下我们又不可能拆除原有建筑，只能对现有建筑进行加固改造，来满足我们基本功能的需求。而钢结构加固由于其方便，安全，快捷，对周边环境影响小的特点而广受欢迎，是有效恢复建筑物使用功能的不二之选。

同时，很多建筑物或构筑物因为长时间使用、或者环境的破坏和自然灾害等原因出现了使用功能下降、甚至倒塌等状况，使得建筑物在安全、使用功能等方面不能满足现有规定，因此，需要对建筑物进行加固以确保其正常使用。

目前国家也在大力推广老房屋就地改造项目，其各项规章制度也在不断健全。相信在未来不久，结构加固工程將是建筑工程中的一只主力军。

参考文献：

[1]GB 50550-2010《建筑结构加固工程施工质量验收规范》[S]：6～7;13～14

[2]GB/T 50375-2016《建筑工程施工质量评价标准》[S]：18～24

[3]GB 50367-2013《混凝土结构加固设计规范》[S]：13～16;16～17

[4]GB 50205-2017《钢结构工程施工质量验收规范》[S]：10～11;12;26

[5]CECS 146-2003《碳纤维片材加固混凝土结构技术规程》[S]：21～23;24～29

[6]GB/T 3354-1999《定向纤维增强塑料拉伸性能试验方法》[S]：3～6。

[7]GB/T 9914.3《增强制品试验方法第3部分：单位面积质量的测定》[S]：