鋼結構工程加固改造施工分析

李英杰

摘要：根據上海某社區服務中心加固改造工程實例，項目涵蓋了拆除工程、加固工程、鋼結構工程、和裝飾工程等。項目探討了鋼結構工程在加固改造方法中發揮的有效作用;鋼結構加固不僅有效提升了建筑本身的性能，還提高了建筑物的質量和使用壽命。因此，有效的加固方法和措施，對于提高原建筑質量和使用期限有很大作用。本論文主要針對鋼結構工程加固改造施工技術進行研究分析。

關鍵詞：鋼結構工程;加固方法;碳纖維、荷載;

由于建筑物在長時間使用過程中，受到環境因素和承載力變化的影響，其結構穩定性和耐久性也隨之發生發變化;對可靠性不足的支撐結構、承重構件及其相關部分進行增強或調整其承載力，使之具有足夠的安全性能，并保持其使用性能不變。如果工程設計的承載能力、抵抗變形的能力、穩定性不能滿足目前使用要求時，可采取加固措施來滿足。

本項目工程由于要增加額外的使用面積，故需要增強建筑物的承載能力，部分樓層考慮到做加層;特別是電競場館內，為了增加觀眾席位，增加了2個樓層看臺，使得建筑主體結構承載發生很大變化;考慮到鋼結構：質量輕，強度大，空間結構使用率高，可循環利用，施工快等優點，故采用鋼結構加固方法。

一、上海某社區服務中心加固工程概況

1） 本工程為上海長風電競EDG主場綜合體改造項目;

2） 本項目施工內容包括原有結構構件拆除、部分原有結構加固、鋼結構施工及加固、精裝修工程等內容;

3） 項目原建筑形式為兩棟5層框架結構。

二、建筑結構工程加固的原因和方法

1 結構加固的原因分析：

1） 建筑物本身需要增加荷載;如：改變使用功能、增加設備、增加承載，使原來結構的承載力滿足不了實際的使用需求。

2） 建筑物使用過程中考慮到加層，提高建筑利用率（本項目主要涉及）。

3） 建筑結構工程使用年限過長。零部件功能損傷或發生銹蝕，使構件不完整，最終造成鋼結構工程的承載能力或使用功能的下降。

4） 地基基礎的不均勻沉降，建筑結構發生變形異常，使結構工程本身產生變形或破壞。

5） 在設計、施工階段所造成的不可避免的損害，影響到鋼結構工程本身的強度、剛度和穩定性。如：設計過程考慮不周存在缺陷，施工過程為方便偷工減料，同時施工還有自然天氣等因素影響。

6） 遭受外部荷載撞擊、火災、地震的損害，使結構發生損壞。

7） 隨著建筑使用年限過長，梁柱承載結構或者連接件出現老化、疲勞、銹蝕等情況，造成結構工程的本身承載能力的下降。

綜上所訴，我們要找出問題的原因，針對不同的“病癥”，“對癥下藥”;合理的方案措施，才能帶來有效的經濟效益。

2結構加固質量控制：

1） 設計單位應按照國家規范和要求設計圖紙，施工圖審查批準后，在項目開工前，向施工單位進行施工圖技術交底，把圖紙中重點和難點像總包單位明確;

2） 施工單位拿到圖紙后，認真研究圖紙，組織技術人員編制方案，審核批準后再實施作業;

3） 加固材料、產品進場前要檢查產品合格證書、出廠日期、型號等資料，現場抽查檢驗，合格之后才可進入場地使用;

4） 現場施工前，對原有結構、構件先清理干凈，修復合格和進行支護，避免加固過程中倒塌?？傮w原則是：先保護后加固;

5） 加固施工所有程序，都應按圖紙和國家規范要求進行質量控制;

6） 每道工序完成后，馬上組織人員檢查驗收，確保無誤后，再進行下一道工序施工，如此反復循環，直到工程結束;

7） 不同工種交接前，進行交接驗收檢查，經過監理工程師或者甲方人員檢查認可，方可進場下個工種施工;

8） 關于隱蔽工程驗收，要先進行自檢，自檢通過之后，再通知監理人員驗收，做到萬無一失。

3 加固前表層清理、拆除和支護內容：

1） 施工開始前，根據施工需求，拆除影響施工的管道、支架、線路以及其他障礙物，清除表面的浮漿、污垢、油漬、涂料涂裝或其他原飾面層;

2） 對于混凝土構件，先剔除其表面已經風化、剝落、掉皮的裝飾涂料，然后對面層拋光打磨直至露出混凝土面層;

3） 對于鋼制構件，還應去除表面銹跡，拋光打磨直至露出金屬層。

4） 如果原結構構件有荷載，要先卸載，再施工;

4 纖維材料

現場使用的纖維材料，進場前，提前根據圖紙計算好用量，必要時可留有一定余量，材料進場必須一次進場到位，避免后面施工，材料不足產生不必要的影響。材料進場時，監理和施工人員對材料的合格證、材料品種型號、外觀、包裝是否完整等檢查;同時還應對纖維材料性能和質量指標見證取樣，其各項性能指標一定要滿足《混凝土結構加固設計規范》（GB50367）要求【3】。

纖維材料允許偏差如表1所示。

5 結構膠粘劑要求

加固工程使用的結構膠粘劑，提前計算好用量，一次進場到位，避免不必要的影響;當膠粘劑材料進場前，施工單位試驗人員、同監理見證員（必要時甲方人員也到場），按照要求，對進場材料的質檢報告進行檢查，符合要求才可進場使用;檢查內容如：產品的合格證、出廠報告、說明書和標志、生產日期等【1】【3】;

材料進場后還要對其一些性能指標做取樣檢測，合格之后方可使用;鋼材之間的拉伸抗剪強度，鋼材和混凝土之間的粘結強度和材料本身的大氣穩定性（抗氧化性）;

有毒有害氣體不揮發物含量要提前檢測，合格后才能使用;如果項目地區地震烈度在7度及以上時，還要對其抗沖擊剝離能力做檢測試驗【1】【3】。

6灌注漿液要求

按照說明書要求，現場配制結構加固水泥砂漿、聚合物砂漿材料、裂縫修補注漿料等，使用前注意觀察，其品種、性能和質量都應符合規范和使用要求;

在對原建筑加固施工時，經常會遇到局部缺陷、損壞等問題，此時應對原結構進行修補后才可進行加固。具體方法為：清除空鼓、漏振麻面處表面，不得留有石屑、浮灰、油漬等雜物;在灌漿前使結構表面保持濕潤，灌漿前1-2小時不得有積水。

灌注漿液【3】從上部開始使作業，灌漿液會依靠其自重流至漏振處，直到相應的排氣口溢出多余漿液;一旦開始作業，必須保持連續施工，施工過程中不能出現間斷的情況，期間盡可能縮短注漿時間，以達到質量的最大化保證;在注漿施工的過程中，嚴禁工人任何形式的振搗作業情況出現，非必要時可用干凈物拉動漿液導流;施工完畢，需要立即開展養護工作;現場養護一般維持至少3—7天，測得同條件養護試塊達到設計要求時，繼而開展下一步加固工作。

三、鋼結構工程加固的形式

（一）局部加固

所謂鋼結構的局部加固是指對某些強度、剛度不足的桿件和連接處進行加固。通常采用的方法有如下幾種。

1.加大構件橫截面的面積

鋼結構中存在的薄弱構件，或受力超出其荷載的構件;在不改受力分布情況下，可以采取加焊型鋼和角鋼，來增加截面面積，增大構件應力。

施工時應注意如下幾點【4】：

（1）在不改變原來幾何尺寸和受力狀況下;焊接工作要少，選擇最優施焊程序，避免桿件過大變形;

（2）注意空間尺寸，加固時構件不要與其他桿件打架、交錯;

（3）注意老舊鋼材焊接，清除舊鋼材表面垃圾;

（4）當構件受外力破損或變形較嚴重時，可選用鋼筋混凝土進行局部加固，增加構件的抗剪應力;

（5）加固施工完畢后，新材料要及時做防火和防腐處理，避免積灰、積水引起銹蝕，造成不良后果。

2.對連接處和節點進行加固

（1）焊縫的加固方法

①加長焊縫的長度

對原焊縫長度不滿足要求的，在原焊縫處補焊，加強焊縫長度，增鏈接點強整體強度，使其性能滿足使用要求【4】。

②加大焊腳尺寸

當原焊腳尺寸偏小，桿件較厚。而加長焊縫又有困難時，可采取加大焊腳尺寸的方法來滿足要求，前提是原焊縫質量沒有問題。

（2）鉚接、螺栓連接加固方法【4】

①增加螺栓或鉚釘的數量，增加多少要根據設計要求決定。

②增大鉚釘的直徑或者用高強螺栓代替原來鉚釘。擴孔后的鉚釘與鉚釘、螺栓與鉚釘之間的間距應大于3d（d為較大螺栓或鉚釘的直徑）。

（二）全面加固

1.增加構件的剛度

（1）增加支撐，加強結構空間剛度，增強其穩定性和安全性。

（2）在平面系中，重點加強某些梁、柱的剛度，以其承受大部分剪力，從而減輕其他梁、柱的負荷。

（3）縮短桿件的自由長度，在原桿件上增設支撐或者增加鏈接件，使桿件整體受力增強【4】。

2.改變構件受力情況【3】【4】

（1）改變荷載的分布情況，如均布荷載變成集中到某些點上，也可集中荷載分散成均布荷載;

（2）改變結構構件端部鉸接的情況，如將鉸接變為剛性連接;

（3）適時調整結構支座位置，使彎矩受力重新分布;

（4）使用桁架。但受空間條件的限制，必須以不影響空間使用為前提;

（5）增加中間支撐位置或增設支座形式;

（6）簡支變連續，具體做法為簡支結構末端首尾連接變成一個整體。

四、加固施工的方法及注意事項

1.加固施工的方法

（1）帶荷載加固

此方法適用于構件受力不大或者受力在一定可控范圍之內的情況下，同時構件沒有大的損壞情況下施工;國家規范規定構件內在應力小于允許應力的60%時，可以帶荷施工，此方法施工簡便，經濟效益很高。

（2）卸荷載加固

當需要加固的構件應力處于高狀態時（大于自身應力的80%），為了安全，需要提前卸載掉部分荷載，使其在安全范圍之內;對某些不能卸載的構件，可對其加強支撐或者支護，分散掉其中一些應力，即相當于卸掉部分荷載。待滿足荷載要求時，可對其進行加固。

（3）從結構上拆下應加固或更新部分

如果結構破壞較大，或原結構承載能不能滿足當前需求，必須拆下來進行加大或更換，此時要設置臨時支撐或支護結構，更換過程要加強對原結構變形監測，發現危險情況立即停止作業;把被換構件拆除下來，同時還要保證新換構件的安全性。

2.加固施工時應注意的事項

對鋼結構工程加固施工時應注意以下幾點：

（1）加固時，必須保證結構的穩定，事先檢查各連接點是否牢固;如果構件存在失穩情況，可先對鏈接處采取加固措施，需要支撐可提前搭設，待加固完畢后拆除。

（2）結構加固前，清理表面灰層，清除銹跡。加固完畢后，再涂刷油漆。

（3）對于受損部位，可先予以修復處理，然后進行加固。

（4）在有應力作用下施焊，應慎重選擇焊接工藝（焊條、電壓、電流、焊接速度等）。

（5）在有應力狀態下加固時，應遵循下列原則：

①盡量減小焊接應力，并能促使構件卸載。

②優先加固最薄弱的部位和應力較高的構件。

③凡是能起到補強作用的立即焊接，對原斷面影響小的優先焊接。應先施焊兩端的節點位置，然后焊接中間位置，節點上焊縫在加固時應首先考慮補焊。

鋼結構使用期長，并不代表鋼結構工程完工，就可以不管不問了，鋼結構的保養及修護也是很重要的，日常工作中要注意定期保養維護。

五、效益

1） 利用原有結構和框架，節約成本;

2） 避免了工程全部拆除和重建，只進行局部的拆除和加固處理，節約了工程造價和時間成本;

3） 材料可周轉利用，節約成本。

4） 為公司今后實施改造項目積累了經驗。

5） 引起社會的廣泛關注。上海第一個以電競為中心的商業綜合體改造項目。

六、結論

伴隨著社會不斷發展，人們對于使用的建筑功能有了越來越多的需求，但多數情況下我們又不可能拆除原有建筑，只能對現有建筑進行加固改造，來滿足我們基本功能的需求。而鋼結構加固由于其方便，安全，快捷，對周邊環境影響小的特點而廣受歡迎，是有效恢復建筑物使用功能的不二之選。

同時，很多建筑物或構筑物因為長時間使用、或者環境的破壞和自然災害等原因出現了使用功能下降、甚至倒塌等狀況，使得建筑物在安全、使用功能等方面不能滿足現有規定，因此，需要對建筑物進行加固以確保其正常使用。

目前國家也在大力推廣老房屋就地改造項目，其各項規章制度也在不斷健全。相信在未來不久，結構加固工程將是建筑工程中的一只主力軍。

參考文獻：

[1]GB 50550-2010《建筑結構加固工程施工質量驗收規范》[S]：6～7;13～14

[2]GB/T 50375-2016《建筑工程施工質量評價標準》[S]：18～24

[3]GB 50367-2013《混凝土結構加固設計規范》[S]：13～16;16～17

[4]GB 50205-2017《鋼結構工程施工質量驗收規范》[S]：10～11;12;26

[5]CECS 146-2003《碳纖維片材加固混凝土結構技術規程》[S]：21～23;24～29

[6]GB/T 3354-1999《定向纖維增強塑料拉伸性能試驗方法》[S]：3～6。

[7]GB/T 9914.3《增強制品試驗方法第3部分：單位面積質量的測定》[S]：