钢框架结构检测鉴定与加固设计关键分析

骆利

（1.江苏省建筑科学研究院有限公司，南京 210008；2.江苏省建筑工程质量检测中心有限公司，南京 210012）

1 引言

钢框架是建筑工程中的一种特殊结构形式，能够提高建筑的结构质量，与传统结构形式相比具有多项优点。钢架结构在建筑工程中会受到多种因素的影响而出现损伤，一旦出现损伤问题，就会导致钢框架结构性能下降，所以，必须针对钢框架结构进行检测鉴定，从而制订相应的加固方案，确保钢框架结构性能符合国家标准和设计要求，提高钢框架结构建筑工程，综合质量。本文结合某商业配套用房的实际工程案例，对其具体处理措施进行分析。

2 工程概况

某商业配套用房建筑工程为4 层钢框架结构，柱距离为9.5 m×14.5 m，总长度为54.3 m，总宽度设计为26 m，建筑占地面积约为4 030 m2，该商业配套用房的楼和屋盖采用预应力多孔板，围护墙体设计为厚200 mm 的实心墙。因为该配套用房建设时间较早，部分设计资料已经丢失，经过业主与相关检测单位的质量检测验收发现，钢框架结构存在一定的质量问题，需要对该商业配套用房钢框架进行加固处理，从而保障结构承载力和稳定性，防止出现意外事故。

3 钢框架结构检测鉴定

在钢框架结构建筑中，如果设计方案不合理或施工存在问题，会导致钢框架结构出现一定的累计损伤或局部破坏问题，严重影响建筑工程质量。为了解决钢框架结构的质量问题，除了长期对其进行养护处理，还需要对钢框架结构的承载力、性能以及构建连接点等进行检测鉴定[1]。

1）钢框架结构常见的质量问题可以分为钢材脆性破坏、钢结构疲劳破坏、钢结构腐蚀破坏以及钢结构稳定破坏等种类。钢结构脆性破坏主要是因为钢材料自身存在问题，或承载负荷较大，导致钢框架结构出现断裂问题；钢结构疲劳破坏主要是因为设计方案存在问题，钢框架结构难以承载建筑重量，外加应力和荷载过于集中，长期在这种状态下引起的质量问题；钢结构稳定性破坏是因为出现结构不稳定，导致钢框架结构出现倒塌或荷载不均匀引起的破坏性问题；腐蚀性破坏是因外界因素对钢材料的侵蚀而引起。通常情况下，钢框架结构检测鉴定分为钢结构性能检测鉴定、钢结构连接形式检测鉴定以及钢材料检测鉴定，结构连接形式检测鉴定分为焊缝检测、连接紧固检测，以判断当前钢框架结构各个环节是否存在连接紧固问题，当检测结果显示某环节存在问题时，就需要对其进行加固处理，从而提高钢框架结构质量和使用安全性[2]。

2）部分钢梁与钢梁连接节点螺栓未拧紧，进而出现松动，造成端板间存在较大缝隙。同时，螺栓数量不满足设计要求，也会造成节点连接出现异常，导致节点域柱翼缘板已出现变形。这种情况需要制订加固方案，所有柱梁、梁梁连接节点端板进行矫正归位，同时，对存在缝隙的钢梁进行加固。在进行加固过程中，需要严格按照GB 50550—2010《建筑结构加固工程施工质量验收规范》等规范的要求进行。除此之外，对加固构件进行临时支撑，在支撑过程中做好相关支护工作，这样可以保证商业配套结构更加安全。而且在加固过程中，需要充分关注结构稳定性以及安全性，如果检验过程中发现存在异常，需要将其停止临时加撑，并且进行进一步鉴定工作，对构建焊接质量进行鉴定，保证焊接钢管柱和钢梁、次梁和主梁连接区域稳定性。

为了明确该商业配套用房的钢框架结构质量现状，为加固改造方案制订提供支持，必须对商业配套用房的钢框架结构的安全性进行检测鉴定，只有保证钢框架结构安全性，才能进一步保证商业配套用房的安全性，保证工程施工过程中建筑结构设计严谨，可以对基础的外界风险进行承受，防止社会资源浪费。该商业配套用房地区抗震设防烈度为6 级，基本地震加速度值设计为0.05g，抗震设防类别为丙类，场地类别为Ⅱ类，建筑结构安全等级为二级，建筑设计使用年限为50 a。

4 鉴定结论

该商业配套用房的钢框架结构检测鉴定，主要包括材料强度检测、基础形式检测、构件截面尺寸检测、结构布置检测、构件变形程度检测、构件节点连接状态检测以及构件焊缝质量检测等内容，以下为本次检测鉴定工作的主要内容：

1）采用随机抽取该商业配套用房钢框架结构中钢材料样本的方式，对钢材料的拉伸性能、冷弯性能、材料主要元素（碳、锰、硅、磷以及硫）含量进行检测，检测结果符合GB/T 1591—2018《低合金高强度结构钢》中Q345B 规定的要求。

2）该商业配套用房的钢管柱基础为条形形式，基础埋深深度为1.35 m，基础混凝土强度为16.8 MPa。

3）该商业配套用房钢框架结构中1 层钢柱为等截面钢管柱，2～4 层大部分钢管柱为不等直径钢管柱，焊接方式为点焊，主梁为工字形钢梁结构形式，次梁为H 型钢梁结构。

4）抽取样本中50%的钢柱构件，对其垂直度进行检测，检测结果不符合GB 50205—2020《钢结构工程施工质量验收标准》中的“单节柱垂直度允许偏差为h/1 000，且不超过10 mm”的规定（h 为腹板净高度）。

5）钢结构构件连接方式检测鉴定。在钢柱柱脚的连接方式检测方面，该工程钢柱底部和基础顶面预埋钢板采用围焊连接，钢管柱脚底部没有肋板，为混凝土浇筑结构形式；在钢柱与钢梁的连接方式检测方面，该工程上层和下层的钢管柱为不连通结构形式，中间被钢梁分隔，钢管柱与钢梁上部、下部接触部分采用角焊缝方式连接；在次梁与主梁的连接方式检测方面，次梁上部与主梁上部采用对接缝焊接方式连接，次梁下部与主梁下部采用角焊缝方式连接，主梁腹板和次梁腹板采用角焊缝方式连接[3]。

6）构件焊接质量检测。该商业配套用房钢框架结构的钢柱和钢梁焊缝质量符合焊缝质量等级Ⅱ级要求，但钢管柱和钢梁、次梁和主梁连接区域的焊缝外观质量较差，且部分焊缝存在夹渣、未焊透等质量问题。

7）预应力多孔板检测。该商业配套用房的预制楼板位于次梁上方，长度为140 mm，预制板与钢梁之间没有采取紧固连接措施。

8）围护墙体检测。该商业配套用房的围护墙体为厚200 mm的实心墙，墙体与钢框架结构之间没有采取紧固连接措施。

检测人员考虑到该商业配套用房钢框架结构存在体系不合理、钢柱垂直度以及构件连接形式不符合要求等问题，判定该工程钢框架为带有缺陷的钢结构，综合现场检测以及承载力计算结果得出结论：该商业配套用房钢框架结构安全性为D 级，不符合国家现行安全规范标准，必须对其进行加固处理，其主要存在以下问题：

1）上部承重结构体系不合理，节点连接存在安全隐患；

2）纵向不具有稳定且可靠的传力体系；

3）大部分钢柱的承载能力不能满足标准要求，一部分钢梁的承载能力不满足标准要求；

4）一部分钢柱垂直度不满足要求；

5）楼梯与屋面的预制板与钢框架结构连接不够紧固；

6）维护墙与钢框架结构连接不够紧固。

5 钢框架结构商业配套用房加固方案

为了保证本次商业配套用房钢框架结构加固方案设计的合理性，在设计前必须明确设计基本原则，主要包括：

1）计算荷载时必须按照结构实际受力情况进行计算，主要包括实测检验以及抽样检验；

2）结构功能必须经过工程实践验证，加固方案相比于计算结果必须更加优越；

3）在加固过程中必须对原有结构和新结构的共同受力情况进行判断。

在本次商业配套用房的钢框架结构加固处理中，连接方式与节点设计是2 项重要内容，采用增大构件截面和替换现有构件的方式时，需要充分考虑连接方式的合理性，将钢框架结构各节点的连接方式放在加固方案的首要位置。当前大部分钢框架结构建筑主要采用螺栓连接、铆接以及焊接3 种方式，该商业配套用房的钢框架结构主要采用焊接连接方式，所以对其进行加固处理需要着重从焊接加固方面考虑[4]。

在对该商业配套用房的钢框架结构进行加固处理前，设计人员根据检测鉴定结果以及现场勘察的实际情况，对加固设计难点进行了总结，主要包括没有设计图纸、结构缺陷较多以及施工周期较为紧张等，为了提高钢框架加固效果，整体加固设计方案采用如下思路：（1）对商业配套用房钢柱通过加大构件截面尺寸的方式进行加固处理，钢柱基础通过加大基础底面尺寸的方式进行加固处理；（2）对部分已经不能满足承载力要求的钢管柱和钢梁采用加大构件截面尺寸的方式进行加固处理[5]；（3）所有钢管柱与其他结构接触的位置采用安装通长钢梁的加固方式；（4）在预制板底部的跨中心区域安装次梁，并采用浇筑混凝土的方式对预制板进行处理，从而提高预制板与钢结构连接的紧密性；（5）采用安装钢管混凝土柱的方式将围护墙与钢结构连接，从而提高围护墙体与钢结构连接的紧固程度。

采用上述加固方案进行处理后，结合加固设计图纸、施工情况以及相关资料，按照如下参数对结构进行计算：（1）材料。钢框架结构材料为Q345，混凝土强度等级为C35，界面根据实测尺寸进行数值选取。（2）荷载。在考虑钢框架结构自身重量、恒定荷载以及活荷载的基础上，恒定荷载取值为4.0 kN/m2；楼梯与屋面荷载取值为3.0 kN/m2；雪荷载取值为0.50 kN/m2；风荷载取值为0.55 kN/m2。

计算结果为：（1）钢管柱、钢梁的承载力能够满足标准要求；（2）钢管混凝土柱承载力、稳定性能够满足标准要求；（3）墙体高度和厚度比能够满足标准要求。经过多项计算证明，加固处理后钢框架结构承载力和综合性能较好，均能够满足现行国家标准规定要求，说明本所设计的加固方案对于钢框架结构加固具有良好效果，能够全面提升钢框架结构承载力和综合性能。

6 结语

综上所述，论文结合某商业配套用房钢框架结构的工程案例，对钢框架结构检测鉴定的主要内容等方面进行了分析，得到该商业配套用房的钢框架结构的实际检验鉴定结论，并以此为切入点制订出科学的加固方案，经过实践检验起到了良好的加固效果，希望能够对我国钢框架结构相关施工起到一定的借鉴和帮助作用，不断提高我国建筑工程施工技术水平。