曹慧

（太原市建筑设计研究院，山西太原 030002）

1 工程概况

太原市某广场采用的结构为中庭加建的钢框架结构，该结构建于2012 年，建筑总面积为15000 m2，为地下1 层，地上5 层结构，各层的层高分别为：地下 1 层 4.2m，1 层 6m，2～4 层为 4.2m，5层层高为4.2m，结构平面形状为L 形，承重柱1～5 层为箱型柱，地下1 层为H 型钢，基础采用桩基础，平面图见图1。工程竣工后由于材料存在问题，故需要对该结构进行安全可靠性的鉴定，并根据检测结果对该结构进行加固设计与施工。

图1 结构平面布置

2 原钢结构的安全性鉴定

针对广场结构的实际情况，结合相关的检测标准，制定了相关的检测方案，对结构进行了检测，包括焊缝质量、连接质量、所使用材料的质量、安装偏差和变形等。

2.1 对钢结构构件尺寸进行检测

采用红外线测距仪、钢尺和超声测厚仪对厂房的构件的尺寸进行检测，检测结果发现该厂房的轴线和结构尺寸均与原设计图纸相符。

2.2 外观质量检测

经检查，钢结构构件的外观没有明显的裂纹、锈蚀和划伤等缺陷，焊缝的外观质量较差，梁体现场安装的焊缝质量较差，不满足钢结构施工质量验收规范的规定，部分对接焊缝存在夹渣、咬边、未焊满和气孔等问题，见图2，钢结构构件的外观质量不符合规范规定。

图2 钢结构梁连接问题

2.3 高强螺栓连接质量检测

高强螺栓连接外露的丝扣数量满足钢结构施工质量验收规范的要求，现场采用扭矩扳手对高强螺栓的终拧扭矩进行检测，未发现不符合相关规定的情况。

2.4 涂层厚度检测

经检测，现场钢结构构件的涂层厚度不满足钢结构施工质量验收规范的规定。

2.5 原材料及结构变形情况

采用里氏硬度计对现场钢材的材质进行检测，并采用钢尺及白线对钢结构构件的垂直度进行检测，钢结构框架各层的钢梁、钢柱均存在由于安装施工不当导致的变形和接口错位情况，施工偏差较大，大部分钢柱垂直度不满足钢结构施工质量验收规范的要求。钢材的材质与原设计相符。

综上所述，该结构的主体施工质量不合格，安装存在严重的偏差，不符合相关规定，有严重的安全隐患，需要对该结构进行加固设计与施工。

3 钢结构工程加固设计

结合钢结构的检测与分析，对工程加固的经济性、实用性、可操作性与施工周期进行综合考虑，确定最优化的加固方案。

钢结构梁、柱的加固设计：

钢结构在工作状态中不能够进行大量的焊接处理，采用焊接加固方法也无法解决原结构中存在的安装偏差问题，由于广场空间较大，经过综合分析考虑采用外包钢筋混凝土对钢框架进行加固处理。采用外包混凝土的方法能够避免对原结构进行大量的焊接，而且混凝土外包层也可以当做防火层，有节约工期、提高承载力的特点。

该工程存在钢结构柱的垂直度偏差等不合格问题，经过外包混凝土柱的方法能够提高框架柱的承载能力与刚度，同时也能够恢复框架柱的垂直度。该结构的防火等级为一级，耐火极限为3h，根据相关规范，钢柱外包混凝土结构层的厚度不得小于12cm，该案例采用的外包层厚度为15cm，能够满足防火厚度的要求。由于存在焊接质量问题，因此在外包之前需要先对焊缝存在的外观质量缺陷进行返修与补焊，进行局部加固处理。存在大量缺陷无法局部加固的位置采用四周加围钢板的方法进行加固，见图3。对钢结构柱进行加固时，原钢结构柱不参与同时计算，假如原钢结构柱失效，混凝土柱可以按照箱型截面等为惯性矩和面积相等的工字型截面计算强度和配筋。

图3 钢结构柱加固

加固之后框架柱安全储备较大，能够保证各项指标满足相关规范的要求，柱的稳定性和刚度有效提高，也达到了安全的要求。

钢结构梁应利用钢结构梁构成完成的钢骨混凝土结构，由于钢梁手工焊缝存在缺陷，不能完成传递弯矩和剪力，因此需要增加过渡钢筋以及加密箍筋，避免焊接作业。用SATWE 软件对框梁配置的钢筋进行配置，并浇筑混凝土，加固大样见图4。采用补焊的方式对梁柱节点进行加固，施工时尽量减少焊接对结构的影响。

图4 钢结构梁加固设计

4 加固后后期监测

为了验证加固后的受力情况，对加固之后的梁体进行承载试验，在设计荷载的作用下，可以观测到梁体跨中最大挠度仅为3mm，满足规范的相关要求。可见加固后的框架梁承载能力满足受力要求，安全性大幅提高，说明加固方案有较好的效果。

5 结论

对钢结构进行加固，需要结合实际情况对钢结构进行检测，考虑结构的性能和功能、方案的适用性、可靠性和施工周期等确定最优加固方案，加固时应当处理原有的结构问题，大空间状况下采用外包混凝土结构的方法能够加强结构受力并提高结构的耐火性，具有良好的效果。