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某混凝土柱-钢屋架单层工业厂房的鉴定与加固方案

2015/10/12 8:26:31

[摘  要]介绍了某混凝土柱-钢屋架单层工业厂房的检测鉴定与加固,该厂房建于80年代末期,设计图纸已遗失。根据此类建筑的特点,对钢屋架进行了几何形式、截面尺寸、整体构造、挠度、材质、焊接质量、锈蚀等多方面的检测,发现了混凝土柱、钢屋架、填充墙各自存在的问题,并有针对性地进行了加固设计。我国目前仍有大量的同类厂房,当发现问题或需要进行改造时,本文可作为此类工程的参考。

1 工程概况

某厂房位于广东省深圳市,于90年代初期建成,为单层厂房,采用钢筋混凝土柱和三角形轻型钢屋架,跨度24m(图1),基础形式为柱下独立基础。随着时代的发展,深圳市区的厂房多已迁出至周边地区,甲方计划将此厂房改造为大型艺术工作室。由于原设计图纸和施工资料已遗失,为保证安全,甲方要求对该建筑物进行检测鉴定,并对所发现的问题采取相应措施进行处理。

本文着重介绍根据该厂房的特点,对钢屋架进行的几何形式、截面尺寸、整体构造、挠度、材质、焊接质量、锈蚀等多方面的检测结果,并有针对性地进行加固设计的方案,供类似工程参考。


图1 厂房结构平面图

2 对主体结构的检测鉴定

2.1混凝土柱的检测

对柱混凝土表面进行回弹,并用钻芯法进行修

正,得到表1所示强度检测结果;柱截面尺寸及钢筋配置检测结果见表2。


表 1 混凝土强度检测结果


表2 柱截面尺寸及钢筋配置检测

备注:箍筋未加密,部分柱箍筋间距过大。


2.2 屋面三角形轻型钢屋架检测

(1)屋架挠度的检测  采用日本产宾得R-122全站仪对一榀屋架的挠度进行检测,沿长度方向分布五个点(梁的两个端点、中点及两个加密点),位置分布图见图2。检测时,先测其五个点相对选取参考点的高差值,然后以测点①和⑤为直线,计算出测点②、③和④的相对于该直线的高差值来评定桁架的挠度,其检测结果见表3。


图2 钢屋架挠度检测点


表 3  屋面桁架五个测点的测量结果

备注:屋面桁架有起拱值(单位均为m)


(2)屋面桁架角钢的检测  角钢力学性能的测试结果见表4。同时,重点对该厂房屋面桁架的角钢焊缝进行了抽检。经检测发现,桁架存在气孔、咬边、未焊满等缺陷,不符合《钢结构工程施工及验收规范》(GB 50205-95)的要求,其焊接接头不合格,检测结果详见表5。


表4 现场抽检角钢的力学性能试验结果             

表 5  角钢焊缝的检测结果


2.3填充墙砌筑砂浆强度检测

对于填充墙,主要检测其砌筑砂浆的强度,检测结果见表6。


表6 填充墙砌筑砂浆强度


2.4检测鉴定结论

(1)该结构中的柱混凝土强度尚可,但主筋配置较少,箍筋间距过大,经计算,不满足要求,应进行加固处理。

(2)钢屋架所用钢材(主要为角钢)的力学性能满足要求,但焊接质量差,多数焊缝不合格。此外,经过计算,发现部分杆件承载力或稳定性未达到要求。因此,应对钢屋架进行加固处理。

(3)该建筑的填充墙砂浆强度过低,与规范的最低要求(M2.5)相差甚远,也应予以加固处理。

综上所述,该结构的重要组成部分均不同程度的存在问题,结合该建筑物没有设计图纸和施工资料的情况,怀疑其未经正规的设计和施工。甲方应引起重视,并尽快进行加固处理。

3 结构加固设计

3.1加固设计依据

对该工程的加固设计,主要依据《钢结构设计规范》(GBJ 17-88),《建筑结构荷载规范》(GB 50009-2001)《混凝土结构设计规范》(GB 50010-2002),《建筑抗震设计规范》(GB 50011-2001),《钢结构加固技术规范》(CECS 77:96),《混凝土结构加固技术规范》(CECS 25:90),《建筑抗震加固技术规程》(JGJ 116-98),《钢结构工程施工及验收规范》(GB50205-200)和《轻型屋面钢屋架》标准图集(G517-1~5)等规范、规程和标准。

3.2 钢屋架结构加固设计

根据检测结果,针对钢屋架存在的问题,采取相应的加固方法,图3为钢屋架加固简图。



图3 钢屋架加固图



对于钢屋架的加固施工,具体要求如下:

(1)为保证施工过程的安全,对钢屋架采取临时支撑措施(见图4);


图4 临时支撑布置图


(2)针对焊缝质量差的问题,对于重要部位的节点焊缝,要求予以补焊;

(3)将计算节点板尺寸与计算焊缝长度结合考虑,与实际情况相对照,如果不能满足焊缝长度要求,则加大节点板;

(4)针对部分杆件承载力不足的问题,采取增大截面的方法,将L形的角钢用钢板封闭成三角形截面(见图3);

(5)针对部分杆件稳定性不足等问题,考虑到存在此问题的都是腹杆,且都为单肢角钢,结合此情况,决定采用增加一角钢,焊在两端节点板上,形成双肢角钢(见图3)。

(6)现场焊接时应特别注意次序和方法,因为这是正在承载的钢结构,积聚的热量会使原结构角钢产生变形,造成附加的应力。要求焊接时从中间向两端进行,每次施焊时间不宜过长。

3.3混凝土柱加固设计

(1)针对混凝土柱的主筋和箍筋均配置不足的情况,采用柱包钢围套,即四角包角钢,并用钢缀板连接的方法(见图5);

(2)角钢难以直接伸入基础,因此采用植筋,并将钢筋焊在角钢上,以解决角钢的锚固问题。




图5 柱加固设计图



3.4填充墙的加固

检测发现填充墙的砌筑砂浆强度很低,故采取沿灰缝将原砂浆部分剔除,深度约为20mm,并用1∶2.5水泥砂浆勾缝的方案进行处理,可有效提高砌体强度。

4 结  语

钢结构的检测,应从材质、变形、焊缝、锈蚀等方面着手进行,当没有图纸时,应抽取有代表性的构件全面检查其几何形式、截面尺寸、焊缝长度、荷载情况,以确保计算结果的可靠。对其进行加固时,应充分考虑所采用的加固手段(如焊接)对原结构的附加作用,并在设计时明确所采取的防范措施,避免造成不利影响。

该工程于2003年竣工并投入使用,目前状况良好。