钢结构加固施工方法

王少凯

摘要：钢结构建筑相比于砖混结构建筑在环保、节能、高效、工厂化生产等方面具有明显优势。随着经济的发展，钢结构的发展必将促使建筑业、冶金工业、机械工业、汽车工业、农业、石油工业、商业、交通运输业得到迅速发展。当钢结构存在较多的缺陷、损伤或者使用环境发生改变，经验算刚结构的强度、刚度、稳定性等不满足设计要求的时候，应进行加固，此时钢结构的加固技术显得尤其重要。

关键词：钢结构；加固；施工方法

中图分类号：TU391文献标识码：A 文章编号：

引言

钢结构具有强度高自重轻、抗震性能好、工业化程度高、可重复利用等特点，是现代工程结构广泛采用的结构形式之一。在我国工程结构中存在大量的钢结构，这些钢结构在国民经济中占有重要的地位。由于自然环境的侵蚀、外部荷载的作用和人为因素的破坏，这些钢结构不可避免的会存在各种缺陷和损伤，为确保结构安全工作，就必须对损伤结构构件进行更换或修理，因此寻求高效钢结构加固修复方法成为了工程界的研究热点。

1钢结构加固原则

钢结构加固工程是一项非常复杂的工程。钢结构加固要考虑的因素有很多。钢结构加固的方法应从施工方法简便、经济上合理、不影响正常生产、加固效果能够达到预期目标等方面来考虑。钢结构工程加固的一般原则有以下几条:

1)当结构鉴定结果显示结构可靠性不满足正常使用要求时，必须对钢结构工程进行结构加固处理。结构加固的具体范围和内容应根据结构鉴定的结论和加固后使用要求来考虑，设计单位应与业主单位协商确定需要加固设计的内容。结构需要加固的范围可以是结构整体，也可以是指定的区段、特定的构件或者部位。

2)钢结构加固后的结构安全等级应根据结构破坏造成后果的严重程度以及结构的重要性和在正常使用情况下的具体要求而定。具体的加固方案由业主单位和设计单位按结构破坏的实际情况和使用情况协商确定。

3)在钢结构加固施工过程中一般来说要做到应尽可能不停产或少停产，这是因为停产造成的损失往往是加固费用的几倍甚至几十倍。在结构加固施工时能不能在加固施工过程中产生的施工负荷下不停产的进行加固施工，取决于要加固的结构在加固施工过程中的应力应变状态，一般构件应力应小于钢材设计强度的80%左右。

4)钢结构工程的加固设计应该考虑与实际施工方法紧密的结合，并采取有效的措施，保证新增的截面、构件和部件与原结构的连接可靠有效，可以达到新增部件和原有结构成为整体后能够共同工作的目的。在结构加固施工的过程中，尽量不要去影响到还没有进行加固处理的部位或者构件，以免对其造成不利的影响，并且在选择施工方案和制定施工组织设计的时候应该充分的考虑现场实际条件对施工的方法、加固预期产生的效果和施工工期的影响，尽可能不要采取使得构件在加固施工过程中产生附加变形的加固措施以及施工方法。

5)对于由于冷脆、振动、高温、腐蚀、地基不均匀沉降等外界和内部原

因造成的结构损坏，应提出其相应具体的处理措施后再进行加固施工。

6)加固时可能会出现结构倾斜或者结构失稳或结构倒塌等不安全因素的钢结构。在加固施工进行前应该采取相应的临时应对技术措施和安全措施，并且在施工过程中严格执行，做到事前预防，以免在加固过程中产生不安全的事故。

2钢结构加固程序

钢结构加固一般遵循的流程为结构安全鉴定→加固方案选择→结构加固设计→加工施工及验收，流程中每个步骤需要遵循一定的步骤与原则，具体情况如下。

（1）结构安全鉴定。结构安全鉴定分静力检测和抗震检测，静力检测可按照《民用建筑可靠性鉴定标准》和《工业厂房可靠性鉴定标准》，鉴定结构安全性和正常使用性能；抗震检测主要依据《建筑抗震鉴定标准》，鉴定建筑物的整体性与抗震性能。

（2）加固方案选择。钢结构加固方案主要根据安全鉴定的结果，结构可靠性差异原因及成因，在结构特点及施工条件基础上进行选择。静力加固主要提高结构承载力和改善结构物的使用功能；抗震加固主要提高结构稳定性及增强房屋的整体性。在加固方案的选择中，应坚持不破坏原结构并尽量不挠动原地基，以避免整体结构强度下降的情况出现。

（3）结构加固设计。结构加固设计应坚持力学概念清晰、技术先进和施工可行的原则，包括加固设计前及施工后的内力计算分析、构件截面设计、构件构造措施和拟采用施工方法及特殊施工工艺等过程。在承载力计算中，必须考虑新旧结构共同受力及原结构的二次受力；在加固设计中，应充分考虑加固施工荷载后结构所受的应力不能超过结构承载力限值，否则应进行卸载加固。

（4）加固施工及验收。加固施工中对结构重要部位或薄弱环节应专门制定施工技术方案，钢结构加固施工中连接方法对结构共同受力影响关键，因此应有专门施工工艺要求，同时按《结构加固技术规范》及相关规范进行验收。

4钢结构加固计算实例分析

4.1工程实例

实例一：某钢结构框架，由于上部设备重量变化，经过鉴定，结构承载力不能满足要求，经计算在框架底部增设八字斜撑，位置设在新增设备梁与框架梁相交处，如图1所示。实例二：某钢结构框架，原为一层，拟改为两层结构，荷载增加，结构验算后，框架柱与梁均不能满足要求，同时结构变形超过规范要求，需对框架整体加固，如图2所示，通过优化结构方案，在柱间增设支撑，设置在管线较少处，验算后强度和变形满足要求。实例三：某框架钢柱，结构改造后总重增加100T，高度增加10米，计算后承载力不能满足要求对结构采用外包结构加固，采用建筑结构加固料，如图3所示。

图1底部增设八字斜撑图2柱间增设支撑

图3 外包结构加固

4.2加固分析及小结

实例一和二通过增加受力构件，改变结构计算模型，按加固后结构受力途径进行结构验算，在实例一中，由于钢结构所受荷载改变，通过新设撑杆承担剪力和弯矩，增强结构承载力。实例二中，结构强度和刚度均不满足要求，在梁和柱间设置支撑，并结合建筑特点，满足结构强度和使用要求。实例三中，因改造工期较短，在考虑采用粘贴钢板加固时，计算发现钢结构柱受力过大，根据《钢结构加固技术规范》，不能在负荷作用下焊接，因此对结构采用外包结构加固。在加固方案选择中，若采用混凝土外包加固，由于钢柱加劲板和连接节点板较多，混凝土难以浇筑振捣，最终会因强度不足导致加固失效，最终采用建筑结构加固料加固。通过分析以上加固实例可知，在钢结构加固中，应同时考虑钢结构整体强度和节点安全，重视计算假定和安全措施，并在结构加固后应尽可能保持截面形心位置。

5钢结构加固应注意的问题

5.1先鉴定后加固

在结构加固方案确定前，必须对原有结构进行质量可靠性鉴定。根据可靠性鉴定，然后再进行加固，避免在加固工程中留下结构隐患。

5.2结构加周方案要科学选择

加固方案的选择应充分考虑已有结构实际情况和加固后结构受力及使用要求等特点。加固后，结构体系受力路线要明确，结构要安全可靠，同时还要采取一定的措施来保证新的结构和材料的可靠连接。在确定加固方案时，应尽量减少对原有结构或构件的拆除和损伤，尽量利用原有结构的承载能力，原则是结构方案应技术可靠，经济合理，方便施工。

总结

在钢结构加固改造中，钢结构加固设计和方案选定工作是非常复杂的，应按照有关规范规定要求严格进行，并且重点做好构件和节点设计，以保证结构的安全。对构件加固后的截面，尽可能减少由于加固造成截面减少的不利影响，并且在施工前做好施工工艺的选择，做好施工组织设计，以免由于施工的原因在加固过程中对原有的结构产生危害，致使达不到预期的效果。

参考文献

[1] 郭兵,雷淑忠编著.钢结构的检测鉴定与加固改造[M]. 中国建筑工业出版社, 2006

[2] 郑金泰.探究钢结构稳定性设计[J]. 科技创新导报. 2008(29)

[3] 梁悦欢.钢结构加固技术研究[J]. 中国新技术新产品. 2011(10)

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。