某门式轻钢结构检测鉴定与加固方法研究

赵 钢 （安徽省建筑科学研究设计院，安徽 合肥 230031）

0 前言

门式轻钢结构因其具有自重轻、抗震性能好和施工快速方便等诸多优点，在工业厂房中得到广泛应用。实际工程建设和使用过程中，由于结构设计失误、施工质量不达标、未按设计图纸施工、使用不当而增加荷载等因素不同程度地影响了厂房的结构使用安全和正常使用，必要时应进行检测鉴定及加固补强处理。笔者以某门式轻钢结构厂房为例，对照设计图纸、钢结构施工验收规范和工业建筑可靠性鉴定标准等对其进行检测鉴定，结构复核验算结果显示刚架部分构件承载能力不符合标准要求，经对各种加固方案进行比较，采用改变结构计算简图、增设刚架梁柱之间支撑的措施对主刚架进行加固补强，方法简便易行，可满足结构安全和正常使用功能要求。

1 工程设计概况

本工程系单层门式轻钢结构，结构使用年限为50年，建筑结构安全等级为二级，抗震设防烈度为7度（0.10g），设计地震分组为第二组。建筑物平面几何尺寸为（30.4×135.2）m，檐口高度约7.2m，屋脊高度约8.4m，纵向24道轴线，纵向柱距为5m和6m；上部承重结构为单层门式刚架，现有主刚架为两连跨，单跨跨度为15m，总跨度30m，屋面为单脊双坡，主刚架钢柱、钢梁均采用H型钢（材质为Q345），屋面檩条、墙面墙梁采用单面开口卷边槽钢（材质为Q235）；钢梁梁-梁节点、钢梁与钢柱节点均采用10.9S级高强螺栓连接；钢柱柱脚节点底采用M20和M24地脚螺栓与基础连接；其余钢构件间采用普通螺栓连接。工程平面布置详见图1。

图1 一层平面布置示意图

2 主钢结构抽样检测

2.1 钢柱顶点侧向位移

现场随机抽取部分钢柱采用经纬仪测量顶点侧向位移，结果结果见表1所示。

钢柱顶点侧向位移检测结果汇总表 表1

抽检部分钢柱顶点平面外侧向位移在《工业建筑可靠性鉴定标准》（GB50144-2008）B级允许值（＞H/1000，≤H/700，H＞10m时＞25，≤35）范围内。

2.2 刚架支撑系统杆件布置

现场对刚架支撑系统杆件布置情况进行调查，结果汇总于表2。

屋架支撑体系杆件调查结果汇总表 表2

实测刚架支撑杆件未见明显松弛现象，D轴线局部钢柱柱间竖向未设置支撑，改为在2～3、6～7、12～13、18～19、22～23轴线部位柱间增设门式柱间支撑，其余部位屋面水平支撑和柱间竖向支撑设置均符合原设计要求。

2.3 主钢构件截面尺寸

现场采用金属测厚仪、游标卡尺及钢尺对钢构件截面尺寸进行检测，结果显示：抽检钢构件中除钢梁截面尺寸偏小不符合设计及施工质量验收规范要求外，其余钢构件截面尺寸基本符合原设计及施工质量验收规范要求。

2.4 节点螺栓连接情况

本工程主刚架屋面主钢构件间连接采用高强螺栓连接，现场抽取部分屋面梁-柱、梁-梁节点进行检测，结果显示：抽检刚架梁-柱、梁-梁节点高强度螺栓规格、数量符合设计要求，螺栓安装质量基本符合施工质量验收规范要求。

2.5 焊缝焊接质量抽检

现场采用PXUT-350B+型超声波检测仪对钢构件焊缝进行随机抽检，结果显示：现场抽检8条对接焊缝内部质量能够符合规范二级焊缝要求。

3 地基基础

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

本场地地下水对混凝土结构具有微腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋有微腐蚀性；土对混凝土结构具有微腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋有微腐蚀性。

3.1 地基基础概况

委托单位提供的地质勘察报告显示：拟建场地为耕地，地势平坦开阔，地貌单元隶属淮北冲（洪）积平原。场地抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.10g，设计地震分组为第二组，场地抗震设防类别为丙类。场地覆盖层厚度大于50.0m，建筑场地类型为Ⅲ类，场地稳定，地基均匀，属抗震一般地段。

场地地基土构成层序自上而下依次为：①层耕土(Q4ml)：层厚 0.50～0.60m；②粉质粘土(Q3al+pl)：层厚 3.20～6.00m，

3.2 地基基础检测

采用回弹法检测基础柱构件混凝土强度，抽检基础柱现龄期混凝土强度推定值达到设计强度等级（C25）要求。使用钢筋探测仪及钢尺等对基础柱钢筋配置情况及截面尺寸进行检测，抽检基础柱钢筋配置、截面尺寸符合设计及规范要求。

3.3 地基基础鉴定

经现场查看，建设场地较为平整，非边坡地带，地基较稳定未见滑动迹象。未见明显因基础不均匀沉降引起的上部结构异常现象。

4 结构复核验算

4.1 复核验算依据

本工程岩土工程勘察报告；工程设计施工图纸；现场检测数据；主要检测鉴定及相关设计标准；采用中国建筑科学研究院结构设计软件PKPM2010版。

基本风压：0.35kN/m2。基本雪压：0.55kN/m2。地面粗糙度类别：B类。地震作用：抗震设防烈度为7度（0.10g），设计地震分组为第二组。屋面恒荷载：0.25kN/m2。屋面活荷载：0.30kN/m2（檩条活荷载：0.50kN/m2）。主刚架钢材牌号取为Q345钢，次钢构件钢材牌号取为Q235钢。

4.2 复核验算结果

结合设计图纸、现场检测结果，经复核：地基基础承载能力符合标准要求；主刚架部分构件承载能力不符合标准要求；水平及柱间支撑布置基本符合标准要求；屋面檩条及墙梁承载能力符合标准要求。

5 刚架补强加固处理

由于本工程部分刚架构件承载能力不符合标准要求，为确保结构安全使用，业主委托设计院和钢结构公司对上述构件进行了加固补强处理。

5.1 加固补强处理方案

现有的比较成熟的门式刚架加固设计方法主要如下。

①减轻荷载：改用轻质材料或者其他材料。

②改变计算图形：通过有效措施改变原有结构的应力分布，产生内力重分布，使结构受力状态有利于加固的目标构件来达到加固的目的。如通过改变荷载的分布情况，增加支撑，改变支座等来改变结构受力。

③加大构件截面：这个方法在钢结构的加固中是最为常见的办法，因为此方法相对其他方法有着明显的优势，它只是单一地加大构件的截面来增加构件的承载能力，思路清晰明了简单，设计较为简单，涉及面和影响面小，特别值得一提的是此方法在一定条件下不影响厂房的正常运作，能够在负荷的情况下进行，但此方案中涉及焊接的数量较多，特别是在加固钢梁过程中的焊接质量较难保证。

综合考虑上述三种加固方案，本案选择第二种改变计算简图的方式进行加固处理。对于本案的厂房加固较为适用，这种加固方式有加固成本较低、施工工期较短及经济性也较好的优点，经与业主协商最终确定以增设梁柱支撑的形式加固。

5.2 本案加固补强处理方案简介

加固补强处理方案为：中柱脊梁部位增设刚架梁柱之间支撑措施对主刚架进行加固补强，增设支撑截面为140x4.0方钢管，材质为Q345B，支撑与中柱夹角约为53°，补强支撑与原结构构件间采用现场焊接的方式连接。

具体加固补强措施如下：柱翼缘板与屋面脊梁下翼缘板间增设方钢支撑，支撑部位翼缘板之间设肋板；梁下翼缘板设连接板，连接处四面围焊；补强构件与原结构构件采用四面围焊连接，与连接板之间采用四面围焊连接。

5.3 整改方案审核

经审核，加固补强采用改变结构计算简图的方法，在中柱脊梁部位增设刚架梁柱之间支撑，方案简便易行，提升结构构件承载能力作用明显，能够满足该工程正常使用情况下的安全性要求。

5.4 钢梁补强情况抽查

经普查，1～24/D轴梁柱节点两侧均进行了加固补强，补强连接部位均满焊，现场抽取部分节点对加固补强情况进行检测，结果汇总于表3。

梁柱节点加固情况检测结果汇总表（单位：㎜） 表3

经检查，1～24/D轴梁柱节点两侧均进行了加固补强，补强连接部位均满焊，现场抽取部分节点对加固补强情况进行检测：抽检节点加固措施、构件选型、构件截面尺寸、焊缝长度、焊脚高度基本符合设计图纸要求。

6 结语

门式轻钢钢结构刚架的加固方法通常分为三种：加大原结构构件截面法、改变结构的计算简图法、既改变结构的计算简图又增加结构构件截面的综合加固法。实际工程中一般根据检测鉴定结果，考虑到刚架自重荷载增加、施工难易程度以及施工方案优缺点，对各种加固方案进行比较选择，采用恰当可行的加固方法进行可靠处理。本工程结构复核验算结果为刚架部分构件承载能力不符合标准要求，若采用加大结构构件截面法需要对钢柱和钢梁均进行加固，而改变结构的计算简图的方法更简便易行，可满足结构安全和正常使用功能要求。