某門式輕鋼結構檢測鑒定與加固方法研究

趙 鋼 （安徽省建筑科學研究設計院，安徽 合肥 230031）

0 前言

門式輕鋼結構因其具有自重輕、抗震性能好和施工快速方便等諸多優點，在工業廠房中得到廣泛應用。實際工程建設和使用過程中，由于結構設計失誤、施工質量不達標、未按設計圖紙施工、使用不當而增加荷載等因素不同程度地影響了廠房的結構使用安全和正常使用，必要時應進行檢測鑒定及加固補強處理。筆者以某門式輕鋼結構廠房為例，對照設計圖紙、鋼結構施工驗收規范和工業建筑可靠性鑒定標準等對其進行檢測鑒定，結構復核驗算結果顯示剛架部分構件承載能力不符合標準要求，經對各種加固方案進行比較，采用改變結構計算簡圖、增設剛架梁柱之間支撐的措施對主剛架進行加固補強，方法簡便易行，可滿足結構安全和正常使用功能要求。

1 工程設計概況

本工程系單層門式輕鋼結構，結構使用年限為50年，建筑結構安全等級為二級，抗震設防烈度為7度（0.10g），設計地震分組為第二組。建筑物平面幾何尺寸為（30.4×135.2）m，檐口高度約7.2m，屋脊高度約8.4m，縱向24道軸線，縱向柱距為5m和6m；上部承重結構為單層門式剛架，現有主剛架為兩連跨，單跨跨度為15m，總跨度30m，屋面為單脊雙坡，主剛架鋼柱、鋼梁均采用H型鋼（材質為Q345），屋面檁條、墻面墻梁采用單面開口卷邊槽鋼（材質為Q235）；鋼梁梁-梁節點、鋼梁與鋼柱節點均采用10.9S級高強螺栓連接；鋼柱柱腳節點底采用M20和M24地腳螺栓與基礎連接；其余鋼構件間采用普通螺栓連接。工程平面布置詳見圖1。

圖1 一層平面布置示意圖

2 主鋼結構抽樣檢測

2.1 鋼柱頂點側向位移

現場隨機抽取部分鋼柱采用經緯儀測量頂點側向位移，結果結果見表1所示。

鋼柱頂點側向位移檢測結果匯總表 表1

抽檢部分鋼柱頂點平面外側向位移在《工業建筑可靠性鑒定標準》（GB50144-2008）B級允許值（＞H/1000，≤H/700，H＞10m時＞25，≤35）范圍內。

2.2 剛架支撐系統桿件布置

現場對剛架支撐系統桿件布置情況進行調查，結果匯總于表2。

屋架支撐體系桿件調查結果匯總表 表2

實測剛架支撐桿件未見明顯松弛現象，D軸線局部鋼柱柱間豎向未設置支撐，改為在2～3、6～7、12～13、18～19、22～23軸線部位柱間增設門式柱間支撐，其余部位屋面水平支撐和柱間豎向支撐設置均符合原設計要求。

2.3 主鋼構件截面尺寸

現場采用金屬測厚儀、游標卡尺及鋼尺對鋼構件截面尺寸進行檢測，結果顯示：抽檢鋼構件中除鋼梁截面尺寸偏小不符合設計及施工質量驗收規范要求外，其余鋼構件截面尺寸基本符合原設計及施工質量驗收規范要求。

2.4 節點螺栓連接情況

本工程主剛架屋面主鋼構件間連接采用高強螺栓連接，現場抽取部分屋面梁-柱、梁-梁節點進行檢測，結果顯示：抽檢剛架梁-柱、梁-梁節點高強度螺栓規格、數量符合設計要求，螺栓安裝質量基本符合施工質量驗收規范要求。

2.5 焊縫焊接質量抽檢

現場采用PXUT-350B+型超聲波檢測儀對鋼構件焊縫進行隨機抽檢，結果顯示：現場抽檢8條對接焊縫內部質量能夠符合規范二級焊縫要求。

3 地基基礎

fak=190kPa，Es0.1～0.2=6.72MPa；第 ③ 層粉土(Q3al+pl)，該層未揭穿，揭露最大厚度15.10m， fak=180kPa， Es0.1～0.2=11.10 MPa。

本場地地下水對混凝土結構具有微腐蝕性，對鋼筋混凝土結構中的鋼筋有微腐蝕性；土對混凝土結構具有微腐蝕性，對鋼筋混凝土結構中的鋼筋有微腐蝕性。

3.1 地基基礎概況

委托單位提供的地質勘察報告顯示：擬建場地為耕地，地勢平坦開闊，地貌單元隸屬淮北沖（洪）積平原。場地抗震設防烈度為7度，設計基本地震加速度值為0.10g，設計地震分組為第二組，場地抗震設防類別為丙類。場地覆蓋層厚度大于50.0m，建筑場地類型為Ⅲ類，場地穩定，地基均勻，屬抗震一般地段。

場地地基土構成層序自上而下依次為：①層耕土(Q4ml)：層厚 0.50～0.60m；②粉質粘土(Q3al+pl)：層厚 3.20～6.00m，

3.2 地基基礎檢測

采用回彈法檢測基礎柱構件混凝土強度，抽檢基礎柱現齡期混凝土強度推定值達到設計強度等級（C25）要求。使用鋼筋探測儀及鋼尺等對基礎柱鋼筋配置情況及截面尺寸進行檢測，抽檢基礎柱鋼筋配置、截面尺寸符合設計及規范要求。

3.3 地基基礎鑒定

經現場查看，建設場地較為平整，非邊坡地帶，地基較穩定未見滑動跡象。未見明顯因基礎不均勻沉降引起的上部結構異常現象。

4 結構復核驗算

4.1 復核驗算依據

本工程巖土工程勘察報告；工程設計施工圖紙；現場檢測數據；主要檢測鑒定及相關設計標準；采用中國建筑科學研究院結構設計軟件PKPM2010版。

基本風壓：0.35kN/m2。基本雪壓：0.55kN/m2。地面粗糙度類別：B類。地震作用：抗震設防烈度為7度（0.10g），設計地震分組為第二組。屋面恒荷載：0.25kN/m2。屋面活荷載：0.30kN/m2（檁條活荷載：0.50kN/m2）。主剛架鋼材牌號取為Q345鋼，次鋼構件鋼材牌號取為Q235鋼。

4.2 復核驗算結果

結合設計圖紙、現場檢測結果，經復核：地基基礎承載能力符合標準要求；主剛架部分構件承載能力不符合標準要求；水平及柱間支撐布置基本符合標準要求；屋面檁條及墻梁承載能力符合標準要求。

5 剛架補強加固處理

由于本工程部分剛架構件承載能力不符合標準要求，為確保結構安全使用，業主委托設計院和鋼結構公司對上述構件進行了加固補強處理。

5.1 加固補強處理方案

現有的比較成熟的門式剛架加固設計方法主要如下。

①減輕荷載：改用輕質材料或者其他材料。

②改變計算圖形：通過有效措施改變原有結構的應力分布，產生內力重分布，使結構受力狀態有利于加固的目標構件來達到加固的目的。如通過改變荷載的分布情況，增加支撐，改變支座等來改變結構受力。

③加大構件截面：這個方法在鋼結構的加固中是最為常見的辦法，因為此方法相對其他方法有著明顯的優勢，它只是單一地加大構件的截面來增加構件的承載能力，思路清晰明了簡單，設計較為簡單，涉及面和影響面小，特別值得一提的是此方法在一定條件下不影響廠房的正常運作，能夠在負荷的情況下進行，但此方案中涉及焊接的數量較多，特別是在加固鋼梁過程中的焊接質量較難保證。

綜合考慮上述三種加固方案，本案選擇第二種改變計算簡圖的方式進行加固處理。對于本案的廠房加固較為適用，這種加固方式有加固成本較低、施工工期較短及經濟性也較好的優點，經與業主協商最終確定以增設梁柱支撐的形式加固。

5.2 本案加固補強處理方案簡介

加固補強處理方案為：中柱脊梁部位增設剛架梁柱之間支撐措施對主剛架進行加固補強，增設支撐截面為140x4.0方鋼管，材質為Q345B，支撐與中柱夾角約為53°，補強支撐與原結構構件間采用現場焊接的方式連接。

具體加固補強措施如下：柱翼緣板與屋面脊梁下翼緣板間增設方鋼支撐，支撐部位翼緣板之間設肋板；梁下翼緣板設連接板，連接處四面圍焊；補強構件與原結構構件采用四面圍焊連接，與連接板之間采用四面圍焊連接。

5.3 整改方案審核

經審核，加固補強采用改變結構計算簡圖的方法，在中柱脊梁部位增設剛架梁柱之間支撐，方案簡便易行，提升結構構件承載能力作用明顯，能夠滿足該工程正常使用情況下的安全性要求。

5.4 鋼梁補強情況抽查

經普查，1～24/D軸梁柱節點兩側均進行了加固補強，補強連接部位均滿焊，現場抽取部分節點對加固補強情況進行檢測，結果匯總于表3。

梁柱節點加固情況檢測結果匯總表（單位：㎜） 表3

經檢查，1～24/D軸梁柱節點兩側均進行了加固補強，補強連接部位均滿焊，現場抽取部分節點對加固補強情況進行檢測：抽檢節點加固措施、構件選型、構件截面尺寸、焊縫長度、焊腳高度基本符合設計圖紙要求。

6 結語

門式輕鋼鋼結構剛架的加固方法通常分為三種：加大原結構構件截面法、改變結構的計算簡圖法、既改變結構的計算簡圖又增加結構構件截面的綜合加固法。實際工程中一般根據檢測鑒定結果，考慮到剛架自重荷載增加、施工難易程度以及施工方案優缺點，對各種加固方案進行比較選擇，采用恰當可行的加固方法進行可靠處理。本工程結構復核驗算結果為剛架部分構件承載能力不符合標準要求，若采用加大結構構件截面法需要對鋼柱和鋼梁均進行加固，而改變結構的計算簡圖的方法更簡便易行，可滿足結構安全和正常使用功能要求。