鋼框架結構檢測鑒定與加固設計關鍵分析

駱利

（1.江蘇省建筑科學研究院有限公司，南京 210008；2.江蘇省建筑工程質量檢測中心有限公司，南京 210012）

1 引言

鋼框架是建筑工程中的一種特殊結構形式，能夠提高建筑的結構質量，與傳統(tǒng)結構形式相比具有多項優(yōu)點。鋼架結構在建筑工程中會受到多種因素的影響而出現(xiàn)損傷，一旦出現(xiàn)損傷問題，就會導致鋼框架結構性能下降，所以，必須針對鋼框架結構進行檢測鑒定，從而制訂相應的加固方案，確保鋼框架結構性能符合國家標準和設計要求，提高鋼框架結構建筑工程，綜合質量。本文結合某商業(yè)配套用房的實際工程案例，對其具體處理措施進行分析。

2 工程概況

某商業(yè)配套用房建筑工程為4 層鋼框架結構，柱距離為9.5 m×14.5 m，總長度為54.3 m，總寬度設計為26 m，建筑占地面積約為4 030 m2，該商業(yè)配套用房的樓和屋蓋采用預應力多孔板，圍護墻體設計為厚200 mm 的實心墻。因為該配套用房建設時間較早，部分設計資料已經(jīng)丟失，經(jīng)過業(yè)主與相關檢測單位的質量檢測驗收發(fā)現(xiàn)，鋼框架結構存在一定的質量問題，需要對該商業(yè)配套用房鋼框架進行加固處理，從而保障結構承載力和穩(wěn)定性，防止出現(xiàn)意外事故。

3 鋼框架結構檢測鑒定

在鋼框架結構建筑中，如果設計方案不合理或施工存在問題，會導致鋼框架結構出現(xiàn)一定的累計損傷或局部破壞問題，嚴重影響建筑工程質量。為了解決鋼框架結構的質量問題，除了長期對其進行養(yǎng)護處理，還需要對鋼框架結構的承載力、性能以及構建連接點等進行檢測鑒定[1]。

1）鋼框架結構常見的質量問題可以分為鋼材脆性破壞、鋼結構疲勞破壞、鋼結構腐蝕破壞以及鋼結構穩(wěn)定破壞等種類。鋼結構脆性破壞主要是因為鋼材料自身存在問題，或承載負荷較大，導致鋼框架結構出現(xiàn)斷裂問題；鋼結構疲勞破壞主要是因為設計方案存在問題，鋼框架結構難以承載建筑重量，外加應力和荷載過于集中，長期在這種狀態(tài)下引起的質量問題；鋼結構穩(wěn)定性破壞是因為出現(xiàn)結構不穩(wěn)定，導致鋼框架結構出現(xiàn)倒塌或荷載不均勻引起的破壞性問題；腐蝕性破壞是因外界因素對鋼材料的侵蝕而引起。通常情況下，鋼框架結構檢測鑒定分為鋼結構性能檢測鑒定、鋼結構連接形式檢測鑒定以及鋼材料檢測鑒定，結構連接形式檢測鑒定分為焊縫檢測、連接緊固檢測，以判斷當前鋼框架結構各個環(huán)節(jié)是否存在連接緊固問題，當檢測結果顯示某環(huán)節(jié)存在問題時，就需要對其進行加固處理，從而提高鋼框架結構質量和使用安全性[2]。

2）部分鋼梁與鋼梁連接節(jié)點螺栓未擰緊，進而出現(xiàn)松動，造成端板間存在較大縫隙。同時，螺栓數(shù)量不滿足設計要求，也會造成節(jié)點連接出現(xiàn)異常，導致節(jié)點域柱翼緣板已出現(xiàn)變形。這種情況需要制訂加固方案，所有柱梁、梁梁連接節(jié)點端板進行矯正歸位，同時，對存在縫隙的鋼梁進行加固。在進行加固過程中，需要嚴格按照GB 50550—2010《建筑結構加固工程施工質量驗收規(guī)范》等規(guī)范的要求進行。除此之外，對加固構件進行臨時支撐，在支撐過程中做好相關支護工作，這樣可以保證商業(yè)配套結構更加安全。而且在加固過程中，需要充分關注結構穩(wěn)定性以及安全性，如果檢驗過程中發(fā)現(xiàn)存在異常，需要將其停止臨時加撐，并且進行進一步鑒定工作，對構建焊接質量進行鑒定，保證焊接鋼管柱和鋼梁、次梁和主梁連接區(qū)域穩(wěn)定性。

為了明確該商業(yè)配套用房的鋼框架結構質量現(xiàn)狀，為加固改造方案制訂提供支持，必須對商業(yè)配套用房的鋼框架結構的安全性進行檢測鑒定，只有保證鋼框架結構安全性，才能進一步保證商業(yè)配套用房的安全性，保證工程施工過程中建筑結構設計嚴謹，可以對基礎的外界風險進行承受，防止社會資源浪費。該商業(yè)配套用房地區(qū)抗震設防烈度為6 級，基本地震加速度值設計為0.05g，抗震設防類別為丙類，場地類別為Ⅱ類，建筑結構安全等級為二級，建筑設計使用年限為50 a。

4 鑒定結論

該商業(yè)配套用房的鋼框架結構檢測鑒定，主要包括材料強度檢測、基礎形式檢測、構件截面尺寸檢測、結構布置檢測、構件變形程度檢測、構件節(jié)點連接狀態(tài)檢測以及構件焊縫質量檢測等內容，以下為本次檢測鑒定工作的主要內容：

1）采用隨機抽取該商業(yè)配套用房鋼框架結構中鋼材料樣本的方式，對鋼材料的拉伸性能、冷彎性能、材料主要元素（碳、錳、硅、磷以及硫）含量進行檢測，檢測結果符合GB/T 1591—2018《低合金高強度結構鋼》中Q345B 規(guī)定的要求。

2）該商業(yè)配套用房的鋼管柱基礎為條形形式，基礎埋深深度為1.35 m，基礎混凝土強度為16.8 MPa。

3）該商業(yè)配套用房鋼框架結構中1 層鋼柱為等截面鋼管柱，2～4 層大部分鋼管柱為不等直徑鋼管柱，焊接方式為點焊，主梁為工字形鋼梁結構形式，次梁為H 型鋼梁結構。

4）抽取樣本中50%的鋼柱構件，對其垂直度進行檢測，檢測結果不符合GB 50205—2020《鋼結構工程施工質量驗收標準》中的“單節(jié)柱垂直度允許偏差為h/1 000，且不超過10 mm”的規(guī)定（h 為腹板凈高度）。

5）鋼結構構件連接方式檢測鑒定。在鋼柱柱腳的連接方式檢測方面，該工程鋼柱底部和基礎頂面預埋鋼板采用圍焊連接，鋼管柱腳底部沒有肋板，為混凝土澆筑結構形式；在鋼柱與鋼梁的連接方式檢測方面，該工程上層和下層的鋼管柱為不連通結構形式，中間被鋼梁分隔，鋼管柱與鋼梁上部、下部接觸部分采用角焊縫方式連接；在次梁與主梁的連接方式檢測方面，次梁上部與主梁上部采用對接縫焊接方式連接，次梁下部與主梁下部采用角焊縫方式連接，主梁腹板和次梁腹板采用角焊縫方式連接[3]。

6）構件焊接質量檢測。該商業(yè)配套用房鋼框架結構的鋼柱和鋼梁焊縫質量符合焊縫質量等級Ⅱ級要求，但鋼管柱和鋼梁、次梁和主梁連接區(qū)域的焊縫外觀質量較差，且部分焊縫存在夾渣、未焊透等質量問題。

7）預應力多孔板檢測。該商業(yè)配套用房的預制樓板位于次梁上方，長度為140 mm，預制板與鋼梁之間沒有采取緊固連接措施。

8）圍護墻體檢測。該商業(yè)配套用房的圍護墻體為厚200 mm的實心墻，墻體與鋼框架結構之間沒有采取緊固連接措施。

檢測人員考慮到該商業(yè)配套用房鋼框架結構存在體系不合理、鋼柱垂直度以及構件連接形式不符合要求等問題，判定該工程鋼框架為帶有缺陷的鋼結構，綜合現(xiàn)場檢測以及承載力計算結果得出結論：該商業(yè)配套用房鋼框架結構安全性為D 級，不符合國家現(xiàn)行安全規(guī)范標準，必須對其進行加固處理，其主要存在以下問題：

1）上部承重結構體系不合理，節(jié)點連接存在安全隱患；

2）縱向不具有穩(wěn)定且可靠的傳力體系；

3）大部分鋼柱的承載能力不能滿足標準要求，一部分鋼梁的承載能力不滿足標準要求；

4）一部分鋼柱垂直度不滿足要求；

5）樓梯與屋面的預制板與鋼框架結構連接不夠緊固；

6）維護墻與鋼框架結構連接不夠緊固。

5 鋼框架結構商業(yè)配套用房加固方案

為了保證本次商業(yè)配套用房鋼框架結構加固方案設計的合理性，在設計前必須明確設計基本原則，主要包括：

1）計算荷載時必須按照結構實際受力情況進行計算，主要包括實測檢驗以及抽樣檢驗；

2）結構功能必須經(jīng)過工程實踐驗證，加固方案相比于計算結果必須更加優(yōu)越；

3）在加固過程中必須對原有結構和新結構的共同受力情況進行判斷。

在本次商業(yè)配套用房的鋼框架結構加固處理中，連接方式與節(jié)點設計是2 項重要內容，采用增大構件截面和替換現(xiàn)有構件的方式時，需要充分考慮連接方式的合理性，將鋼框架結構各節(jié)點的連接方式放在加固方案的首要位置。當前大部分鋼框架結構建筑主要采用螺栓連接、鉚接以及焊接3 種方式，該商業(yè)配套用房的鋼框架結構主要采用焊接連接方式，所以對其進行加固處理需要著重從焊接加固方面考慮[4]。

在對該商業(yè)配套用房的鋼框架結構進行加固處理前，設計人員根據(jù)檢測鑒定結果以及現(xiàn)場勘察的實際情況，對加固設計難點進行了總結，主要包括沒有設計圖紙、結構缺陷較多以及施工周期較為緊張等，為了提高鋼框架加固效果，整體加固設計方案采用如下思路：（1）對商業(yè)配套用房鋼柱通過加大構件截面尺寸的方式進行加固處理，鋼柱基礎通過加大基礎底面尺寸的方式進行加固處理；（2）對部分已經(jīng)不能滿足承載力要求的鋼管柱和鋼梁采用加大構件截面尺寸的方式進行加固處理[5]；（3）所有鋼管柱與其他結構接觸的位置采用安裝通長鋼梁的加固方式；（4）在預制板底部的跨中心區(qū)域安裝次梁，并采用澆筑混凝土的方式對預制板進行處理，從而提高預制板與鋼結構連接的緊密性；（5）采用安裝鋼管混凝土柱的方式將圍護墻與鋼結構連接，從而提高圍護墻體與鋼結構連接的緊固程度。

采用上述加固方案進行處理后，結合加固設計圖紙、施工情況以及相關資料，按照如下參數(shù)對結構進行計算：（1）材料。鋼框架結構材料為Q345，混凝土強度等級為C35，界面根據(jù)實測尺寸進行數(shù)值選取。（2）荷載。在考慮鋼框架結構自身重量、恒定荷載以及活荷載的基礎上，恒定荷載取值為4.0 kN/m2；樓梯與屋面荷載取值為3.0 kN/m2；雪荷載取值為0.50 kN/m2；風荷載取值為0.55 kN/m2。

計算結果為：（1）鋼管柱、鋼梁的承載力能夠滿足標準要求；（2）鋼管混凝土柱承載力、穩(wěn)定性能夠滿足標準要求；（3）墻體高度和厚度比能夠滿足標準要求。經(jīng)過多項計算證明，加固處理后鋼框架結構承載力和綜合性能較好，均能夠滿足現(xiàn)行國家標準規(guī)定要求，說明本所設計的加固方案對于鋼框架結構加固具有良好效果，能夠全面提升鋼框架結構承載力和綜合性能。

6 結語

綜上所述，論文結合某商業(yè)配套用房鋼框架結構的工程案例，對鋼框架結構檢測鑒定的主要內容等方面進行了分析，得到該商業(yè)配套用房的鋼框架結構的實際檢驗鑒定結論，并以此為切入點制訂出科學的加固方案，經(jīng)過實踐檢驗起到了良好的加固效果，希望能夠對我國鋼框架結構相關施工起到一定的借鑒和幫助作用，不斷提高我國建筑工程施工技術水平。