钢结构加固是指对现有的钢结构建筑进行结构上的增强或修复,以提升其承载力、延长使用寿命并确保安全使用。在进行钢结构加固时,需要注意以下几点:必须了解原结构的设计和用途,以便选择正确的加固方法;施工过程中要严格遵守相关规范和标准,保证加固质量;在加固完成后,需要进行严格的检测和验收,确保其符合设计要求和安全标准。还应考虑环境影响,如温度变化、地震等,以确保加固后的钢结构能够适应各种环境条件。
一、钢结构加固的必要性
当钢结构存在严重缺陷和损伤,或者使用条件发生改变,经检查验算结构的强度、刚度或稳定性不满足使用要求时,就需要对钢结构进行加固。例如一些老旧的钢结构厂房,随着使用年限的增加以及生产需求的改变,可能就面临加固的需求;还有一些钢结构建筑在经历自然灾害(如地震、强风等)后,结构安全性受到影响,也需要进行加固处理。
二、钢结构加固的主要方法
(一)加大构件截面法
- 粘钢或贴碳纤维布
- 这是增大钢结构截面的主要加固方法。其对结构本身损伤比较小,在国内发展较快,应用也逐渐增多。但在钢结构建筑物加固应用相对不多,特别是在正常使用情况下的使用寿命仍然存在问题。而且粘钢或碳纤维的施工难度比较大,必须要将原结构表面进行处理、磨平、光滑后才能粘贴。并且在结构承受动力荷载或高温时可能产生脱胶的情况。
- 选择截面形式的考虑
- 在对加大截面钢构件进行加固时,所选择的截面形式应有利于加固技术要求,并考虑存在的缺陷和损伤。
(二)改善结构受力体系
- 增设梁柱
- 这种加固方法可以有效并较为明显地降低结构的荷载效应,从而使结构的承载能力满足要求,且这种方法的投入不高,经济效益非常好。当建筑结构无任何特别要求时,此种方法可行性很强,但不适用于要求大空间等结构中。
(三)预应力技术加固法
- 体外预应力加固
- 是指将预应力筋布置在待加固结构构件的截面之外,通过改变结构的传力途径减少构件的荷载效应,同时在结构的原有基础上提高结构的承载能力,改善结构的变形性能,降低杆件中的应力,能使受损工程结构恢复其原有的技术功能,从而满足新的承载条件和使用功能的要求。结构由预应力筋、管道、防腐材料、转向块、锚固系统等部件组成。虽然体外预应力加固钢梁的方法具有可操作性、经济性、安全性等优点,但现阶段这方面的研究经验及工程实践较少,其明显的经济和社会效益还有待进一步研究。
(四)改变结构计算图形
- 增加结构或构件刚度的方法
- 可通过增加支持以在空间形成结构并根据空间检查该结构;增加支撑以增加结构刚度,或调整结构的固有频率等提高结构的承载能力和动力特性;增加支撑或辅助杆件以减小结构的长细比来提高其稳定性;在塔和其他结构中,布置拉杆或适度张紧的缆索以加强结构的刚度等方法来加固结构,以增加结构或构件的刚度。
- 改变受弯构件截面内力的方法
- 可以改变载荷的分布,如将一个集中载荷转换为多个集中载荷;改变端部支撑,如将铰链改为刚性结;增加中间支撑或将简支结构的端部连接成连续结构;调整连续结构的支承位置等方法来加固受弯构件。
- 加强桁架构件内力的方法
- 可通过增加撑杆,将桁架变为撑杆结构;增设预应力拉杆等方法来加强桁架。
(五)其他加固方法
当有成熟的经验时,也可以采用如减轻荷载、阻止裂纹扩展等方法,还包括连接的加固(如钢结构连接方法,即焊缝、铆钉、普通螺栓和高强度螺栓连接方法的选择,应根据需要加固的结构的原因、目的、受力情况、结构和施工条件,并考虑结构的原始连接方法确定,一般宜采用焊缝连接、摩擦型高强度螺栓连接,有依据时亦可采用焊缝和摩擦型高强度螺栓的混合连接)以及裂纹的修复(当结构因反复荷载和材料选择、结构、制造、施工和安装不当而出现具有膨胀性或脆性断裂倾向的裂缝时,应进行修复,修复前要分析产生裂纹的原因及其影响的严重性,有针对性地采取改善结构实际工作或进行加固的措施,对不宜采用修复加固的构件,应予拆除更换)等方法。
三、钢结构加固的设计要点
- 人员确定
- 在进行建筑结构加固设计的时候,对于混凝土结构的修复加固设计应由富有经验的专业人士承担。因为混凝土结构修复加固设计所面临的不确定因素远比新建工程多而复杂,况且还要考虑业主的种种要求,因此,承担修复加固设计的人员除具有较强的结构理论、明晰的结构概念外,还应具备较为丰富的工程经验才能够全面系统地分析问题,提出较为合理的修复结构加固设计方案,实现修复加固的目的。虽然这里针对的是混凝土结构加固设计人员的要求,但对于钢结构加固设计人员同样需要具备专业的知识和丰富的经验。
- 考虑多种影响因素
- 加固设计应考虑施工现场、各管道、相邻建筑物和相邻道路的影响,并考虑施工的可行性和方便性。在对钢结构建筑进行加固设计和施工的过程中,工作人员要结合实际的情况,做出较为理想化的设计内容。在不影响工作寿命的情况下进行,尽量保留原结构构件,减少拆除工作量,保留部分应具有足够的安全性和耐久性,具有使用价值。