鋼結(jié)構(gòu)建筑進(jìn)行加固設(shè)計的流程和常用方法

現(xiàn)如今鋼結(jié)構(gòu)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)和民用建筑，但是由于設(shè)計、施工、使用、管理不當(dāng)、材料質(zhì)量不符合要求等因素的影響，在鋼結(jié)構(gòu)建筑不可避免的存在著各種各樣的缺陷和損傷，嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)安全。傳統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)加固方法有鋼板焊接、螺栓連接或在損傷部位粘貼鋼板等方法。本文結(jié)合《鋼結(jié)構(gòu)加固設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》（GB51367-2019）的鋼結(jié)構(gòu)加固標(biāo)準(zhǔn)，介紹鋼結(jié)構(gòu)加固知識，與大家一起學(xué)習(xí)分享。

一、鋼結(jié)構(gòu)加固流程

基本流程如圖所示：

加固設(shè)計前，應(yīng)根據(jù)建筑物種類，分別按現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》GB50292和《工業(yè)建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》GB50144和進(jìn)行檢測或鑒定。當(dāng)涉及抗震加固時，必須進(jìn)行抗震能力鑒定，根據(jù)結(jié)果出具項目檢測鑒定報告。

結(jié)構(gòu)加固后的建筑物使用年限，應(yīng)由產(chǎn)權(quán)人和設(shè)計單位共同商定。當(dāng)加固材料中使用結(jié)構(gòu)膠粘劑或其他聚合物成分時，其結(jié)使用年限為30年，如果讓結(jié)構(gòu)加固后的使用年限超過50年，其膠和聚合物的應(yīng)通過耐長期應(yīng)力作用能力檢驗。

鋼結(jié)構(gòu)加固有減輕荷載、改變計算圖形、加大原結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面和連接強(qiáng)度、阻止裂紋擴(kuò)展等方法。當(dāng)有成熟經(jīng)驗時，也可采用其他的加固方法。經(jīng)鑒定需要加固的鋼結(jié)構(gòu)，根據(jù)損害范圍一般分為局部加固和全面加固。

結(jié)構(gòu)加固設(shè)計，應(yīng)與實際施工方法相結(jié)合，保證新增構(gòu)件與原結(jié)構(gòu)連接可靠，新增截面與原截面的結(jié)合面牢固，形成共同體，并不對未加固的部分，以及相關(guān)結(jié)構(gòu)、構(gòu)件和地基基礎(chǔ)造成不利影響。

二、鋼結(jié)構(gòu)加固流程

分析加固原因1、由荷載變化，超期服役，規(guī)范和規(guī)程改變導(dǎo)致結(jié)構(gòu)承載力不足;2、由荷載變化，超期服役，規(guī)范和規(guī)程改變導(dǎo)致結(jié)構(gòu)承載力不足;3、溫差作用下引起構(gòu)件或連接變形、開裂和翹曲;4、由于化學(xué)物質(zhì)的侵蝕而產(chǎn)生腐蝕以及電化學(xué)腐蝕致使鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面削弱;5、其它包括設(shè)計、生產(chǎn)、施工中的失誤及服役期中的違規(guī)使用和操作等。

加固用鋼材及焊接材料加固件的鋼號應(yīng)與原構(gòu)件的鋼號相同或相當(dāng)，韌性、塑性及焊接性能應(yīng)能與原構(gòu)件鋼材相匹配。結(jié)構(gòu)加固用鋼筋的品種宜選用HRB400級或HPB300級鋼筋，其質(zhì)量和性能應(yīng)符合相關(guān)國家標(biāo)。結(jié)構(gòu)加固用焊接材料的質(zhì)量和性能應(yīng)符合相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)。

結(jié)構(gòu)膠粘劑鋼結(jié)構(gòu)加固用的結(jié)構(gòu)膠粘劑，應(yīng)采用以鋼為基材的結(jié)構(gòu)膠，嚴(yán)禁采用以不飽和聚酯或醇酸樹脂為主成分的膠粘劑。當(dāng)使用環(huán)境為常溫時，應(yīng)采用I類AAA級或AA級常溫結(jié)構(gòu)膠;當(dāng)使用環(huán)境有高溫時，應(yīng)采用II類或III類耐溫結(jié)構(gòu)膠。

三、常用加固方法

增大截面法增大截面法加固可采用焊接連接、螺栓連接、鉚釘連接和粘貼鋼板等方式。負(fù)荷狀態(tài)下，鋼構(gòu)件的焊接加固，應(yīng)根據(jù)原構(gòu)件的使用條件，校核其最大名義應(yīng)力σ0max不得超過應(yīng)力比限值規(guī)定，否則應(yīng)采用其他增大截面的方法進(jìn)行加固。

加固后構(gòu)件需滿足現(xiàn)行設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的安全性、適用性及耐久性。以受彎構(gòu)件為例，平面內(nèi)受彎的加固構(gòu)件，抗彎強(qiáng)度應(yīng)滿足以下公式：

其中f為鋼材的抗彎強(qiáng)度設(shè)計值(MPa)，取截面中最低強(qiáng)度級別鋼材的抗彎強(qiáng)度設(shè)計值；

ηm為彎構(gòu)件加固強(qiáng)度修正系數(shù)，對雙側(cè)加固按下表取值，對單側(cè)加固按下表0.9倍取值。

主平面內(nèi)受彎的加固構(gòu)件，其整體穩(wěn)定性的驗算應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》GB50017的規(guī)定，穩(wěn)定系數(shù)應(yīng)按加固后截面計算，但驗算時，應(yīng)將鋼材抗彎強(qiáng)度設(shè)計值f改取為鋼材換算強(qiáng)度設(shè)計值f’，并應(yīng)乘以強(qiáng)度折減系數(shù)ηm。

鋼結(jié)構(gòu)受彎構(gòu)件加固后的總撓度不應(yīng)超過現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》GB50017規(guī)定的限值。加固后受彎構(gòu)件的總撓度ωT應(yīng)包括加固前負(fù)荷下的初始撓度ω0，焊接時因加熱、固化引起的焊接殘余撓度ωw及焊后新增荷載下的撓度增量Δω。

粘貼鋼板加固法粘貼鋼板加固法可用于鋼結(jié)構(gòu)受彎、受拉、受剪實腹式構(gòu)件的加固以及受壓構(gòu)件的加固。用本方法加固的鋼結(jié)構(gòu)，其長期使用的環(huán)境溫度不應(yīng)高于60℃；處于高溫、高濕、介質(zhì)侵蝕、放射等特殊環(huán)境的鋼結(jié)構(gòu)采用本方法加固時，除應(yīng)按國家現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定采取相應(yīng)的防護(hù)措施外，尚應(yīng)采用耐環(huán)境因素作用的膠粘劑，并應(yīng)按專門的工藝要求進(jìn)行粘貼。

受彎構(gòu)件采用粘鋼加固后，其受彎承載力以及受剪承載力的提高幅度，均不應(yīng)超過30%。

受彎承載力的加固計算，應(yīng)考慮不能卸載的荷載引起的原構(gòu)件應(yīng)力σ0的影響，并引人針對不同使用條件類別構(gòu)件的強(qiáng)度修正系數(shù)ηm，其計算公式如下：

受彎構(gòu)件的腹板上粘鋼進(jìn)行受剪加固時，對于承受靜力荷載的構(gòu)件應(yīng)符合下列規(guī)定：

其中fv為計算部位原鋼材的抗剪強(qiáng)度設(shè)計值，ηv受彎構(gòu)件腹板粘鋼加固強(qiáng)度修正系數(shù)，對于I、II類結(jié)構(gòu)取為0.80，對其他類結(jié)構(gòu)取為0.85。

對受彎構(gòu)件正彎矩區(qū)的正截面加固，其受拉面沿軸向粘貼的鋼板的截斷位置，應(yīng)從其強(qiáng)度充分利用的截面算起，且粘貼延伸長度的取值應(yīng)符合下式規(guī)定:

四、注意事項

鋼結(jié)構(gòu)加固所選材料基本