某鋼結構廠房鑒定加固中的問題探討

袁 平
　　(中國恩菲工程技術有限公司，北京 100038)
　　摘 要：由于生產技術的不斷改進，當既有建筑不能滿足新的使用功能的要求時，鋼結構廠房改擴建工
　　程也就呈現出越來越多的趨勢，對既有房屋的鑒定加固也逐漸成為工程領域新的熱點。本文以某寒冷地區鋼
　　結構改造工程為例，對鑒定加固方案中的幾點問題進行探討。
　　關鍵詞：鋼結構；結構鑒定；改造加固

　　在既有建筑結構的使用過程中，由于其使用功能或使用期限的變更、結構腐蝕、遭遇地震、火災或颶風的襲擊等諸多因素的影響，都需要對建筑結構的性能進行檢測和評估[1]。結構可靠性鑒定是評估結構在將來一段時間內，在規定條件下完成預定功能的能力，即安全性、適用性、耐久性的評估。在結構鑒定基礎上，才能根據使用功能的要求進行改造加固。目前鋼結構的加固方法主要包括：減輕荷載，改變計算圖形，加大原有結構構件截面和連接強度，阻止裂紋開展等[2][3]。
　　1. 工程概況
　　某環保資源綜合利用項目，位于北方寒冷地區，主廠房的建筑平面和立面均很不規則，平面二方向的最大建筑軸線長度分別為109米和144米，最大高度約38米，總建筑面積約15785m2。基本風壓：0.35KN/M2；抗震設防烈度6度（0.05g）。結構形式采用鋼結構，工廠已運行8年。焚燒主廠房立面圖見圖1，平面圖見圖2。本次改造主要工作內容為增加鍋爐、汽機、風機等設備及改造輸煤和上料系統。設計工作主要圍繞增加設備基礎及爐前鋼平臺展開。

圖1主廠房立面圖  圖2主廠房平面布置圖

　　2 對原有鋼結構廠房進行檢測鑒定
　　2.1 檢測內容
　　（1）對既有結構進行外觀檢查。檢查建筑物外圍場地、圍護結構的變形、裂縫等狀況，判斷基礎的沉降情況；檢查構件及其連接節點的銹蝕、變形和損傷情況；檢查圍護結構的外觀及滲漏情況；檢查混凝土垃圾池表面的開裂情況和保護層風化、剝落情況。
　?。?）檢測既有結構定位尺寸和設計圖紙的一致性；主要承重構件截面尺寸、壁厚和設計圖紙的一致性；主要連接節點的構造及其與設計圖紙的一致性；檢查構件的變形情況。確定重點基礎的類型、尺寸、埋深和施工情況。
　?。?）取樣檢測主要承重構件鋼材的力學性能；現場檢測混凝土垃圾池和汽輪機間內循環水泵坑的混凝土強度等級和碳化深度。
　?。?）根據結構調查和檢測結果，參照結構設計圖紙，對既有結構的安全可靠性進行計算復核。
　　2.2 檢測結果
　?。?）廠房的基礎狀態良好，未發生明顯的不均勻沉降。
　?。?）結構體系總體上布置合理，不存在嚴重的構件布置缺失現象，符合結構承載要求，主要承重構件截面雖有諸多與設計圖紙不符，且存在各種制作缺陷或損傷，但經計算復核絕大部分滿足承載要求，且有所富余。只有濕解車間C/k軸上一些柱穩定承載力不足或偏低，應予加固。工作平臺上個別構件有損傷，如圖3，應予更換或修復。根據以上分析，可評定結構的安全等級為B級。屋面梁及工作平臺梁的變形經計算符合規范規定。其余構件未見明顯變形。結構的使用性等級為A級。主體結構和工作平臺的可靠性等級可評定為B級。

圖3 拆除施工對梁的損傷  圖4 構件表面銹蝕情況

　　（3）大部分結構構件表面均有輕度銹蝕，目前銹蝕深度總體不大，尚不至于影響構件的承載力，如圖4。
　?。?）焚燒車間爐前鋼平臺有積灰現象，目測大概有8cm未及時清理。
　　3. 加固改造方案的確定
　　3.1 荷載的確定
　　1.荷載的確定直接影響整體結構的計算及改造加固的經濟成本，文獻[4]中可以看出：對既有結構的可靠性評估，研究對象更加具體，具有一定的歷史信息，根據《工程結構可靠度設計統一標準》的規定：荷載標準的確定與設計基準期有關，設計基準期不同，荷載標準取值也將不同，既有結構的設計基準期為其服役基準期，其荷載的取值就應以服役基準期為依據，目前我國還沒有關于這方面的規范制定，在其取值上還是基本按照新建結構的設計基準期來進行的，故荷載取值依然按照《建筑結構荷載規范》（GB50009-2012）及其他專業提供的荷載取值。
　　2.關于鑒定中發現爐前平臺嚴重積灰的問題，經現場調查及分析，是由于原設備泄露，而且未及時清理造成。更換鍋爐設備及增加通風后，爐前鋼平臺積灰現象將得以改善，故可不考慮積灰荷載。
　　3.2 新增設備基礎的設計
　　考慮到設備振動的影響，設計過程中將焚燒爐、汽機及引風機基礎與原廠房完全脫離。其中汽機基礎采用筏板形式。焚燒爐滿載運行總重約2169t，單柱最大軸力2850KN，由于焚燒間室內空間限制及持力層較深，不宜采用筏板基礎，同時為方便施工及避免開挖造成對原結構的影響，經方案比較，焚燒爐基礎采用樁基形式，并采用外包式柱腳。
　　3.3 改造加固方案
　　改造加固方案的選擇，首先考慮技術與現場施工的可行性，其次是工程經濟合理性，針對不同的現場實際情況選用不同的加固方法，既可以簡化施工又可以節省造價。爐前平臺的改造主要涉及上料及輸煤系統，改造加固前，設備已拆除，不需要帶負荷加固。
　?。?）C/K 軸上共14根柱平面外穩定承載力不足，分析原因為建設期間未按原設計圖紙施工，柱間支撐被取消，該列柱截面H400x300x10x14，高16.9m，經計算，平面外計算長度系數為5.34，平面外應力比最大1.12，加固方案可采用增加柱間平面外支撐方法，降低平面外計算長度，實際設計中，在標高8.1m處增加水平系桿，改造后平面外計算長度約減小一半，經計算，滿足要求。
　　（2）鋼煤倉原設計為懸掛于23.788m樓層平臺梁下，設備改造后原煤倉已不滿足使用要求，需要重新設計?？紤]施工方便，將鋼倉后改為座倉，即在22.588米標高處設計一煤倉鋼支架平臺，支架鋼柱落在20.688m樓層梁上，鋼柱最大軸力255.6KN。改變傳力方式后，20.688米樓層鋼梁承載力不能滿足設計要求，需要進行加固，如圖5所示。以鋼梁GL1為例，GL1原設計為焊接H型鋼H500X250X6X12。

　　圖5 20.688 平面圖   圖6 GL1 剖面圖

　　鋼梁GL1采用加大原結構構件截面的方法進行加固，在鋼梁下翼緣增焊倒置的“T”形型鋼，上翼緣貼焊10mm厚鋼板的方式增大截面面積和截面模量，以提高構件承載力，如圖6。重新計算構件截面特性，并考慮加固強度的折減系數，以達到新荷載對構件設計要求，運用結構計算軟件（STS）進行內力分析時，按照力學指標（如截面慣性矩，截面模量，截面面積，截面回轉半徑等）近似相等法則，將新型鋼梁折算成標準型鋼輸入程序，根據程序的計算結果不斷調整型鋼的加固斷面，直到滿足要求。
　　（3）節點設計是鋼結構廠房改造加固設計中的重要環節，新舊結構之間的連接，既要保證原結構的受力性能，又要使新舊結構的連接牢固可靠、確保質量，還要考慮施工的可操作性。本文中主要采用栓焊連接（翼緣坡口焊，腹板高強度螺栓連接），以GL1為例，其與原廠房鋼柱的連接見圖7。即保證了連接的可靠性，又便于施工。改造后廠房內景見圖8

　　圖7 GL1 新增部分與鋼柱連接   圖8 改造后的廠房內景

　　5 結 語
　　建筑結構鑒定和加固的方法很多，各有利弊。加固方法的選擇，要根據結構可靠性鑒定的結果，同時結合結構的自身特點，綜合考慮加固效果、施工簡易性和經濟性等多種因素。加大原結構構件截面的方法以及栓焊連接的應用在本工程中取得良好的效果。
　　參考文獻
　　[1] 陸錦標，顧祥林. 既有建筑結構檢測鑒定規范的現狀和發展趨勢[J] 《住宅科技》 2008，6.
　　[2] CECS77: 96 鋼結構加固技術規范[S].
　　[3] 黃興棣. 建筑物鑒定加固與增層改造.
　　[4] 張俊芝，李桂青，高兌現.服役建筑結構可靠性評估的可變荷載取值研究[J] 《工業建筑》2000，Vol.30，No.12.
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