豆立崗

(山西大公建設(shè)有限公司，山西太原　030012)

談大跨度鋼梁組合屋面加固補(bǔ)強(qiáng)

豆立崗

(山西大公建設(shè)有限公司，山西太原030012)

摘要:通過分析某大跨度鋼梁組合屋面承載力不足的原因，提出了對該結(jié)構(gòu)加固補(bǔ)強(qiáng)的方案，介紹了加固補(bǔ)強(qiáng)的設(shè)計(jì)參數(shù)及工藝要求，并闡述了具體的施工技術(shù)要點(diǎn)，最終使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)滿足了規(guī)范要求，保證了結(jié)構(gòu)的安全性。

關(guān)鍵詞:大跨度屋面，加固補(bǔ)強(qiáng)，鋼梁，承載力

對于一個綜合性較強(qiáng)的辦公大樓，多功能廳是必不可少的。多功能廳是現(xiàn)代會議需求產(chǎn)物，其功能的多樣性，打破了傳統(tǒng)單一會議布置格局。而多功能廳最基本的要求是大跨度、大空間。大跨度、大空間在現(xiàn)有的技術(shù)、制作、裝配的條件下完全能夠?qū)崿F(xiàn)。鋼梁組合屋面就是實(shí)現(xiàn)方法之一。本案例在土建設(shè)計(jì)階段選用了鋼梁—鋼筋混凝土屋面板組合屋面形式，考慮荷載為0.5 kN/m2;而隨著裝飾裝修工程的深入發(fā)現(xiàn)其承載力余量不足，不利于今后的升級改造，因此需在裝飾裝修開始之前對其進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng)。

1　工程概況

1)某公司多功能廳位于辦公大樓裙樓頂層。平面尺寸寬約36 m，長約42 m，框架結(jié)構(gòu)，頂層周邊設(shè)框架梁和柱，屋面結(jié)構(gòu)為大跨度型鋼梁加混凝土樓面。共設(shè)4道主鋼梁，兩邊各1道型鋼—混凝土組合梁。2)鋼梁及其連接鋼板采用Q345B級鋼，材質(zhì)應(yīng)符合GB/T 1591低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的規(guī)定。3)高強(qiáng)螺栓:鋼梁拼接采用摩擦型高強(qiáng)螺栓，性能等級為10.9級。其他柱、梁的拼接及柱與梁、梁與梁的連接，均采用承壓型高強(qiáng)度螺栓，性能等級為8.8級?？够葡禂?shù)均為0.45，連接范圍內(nèi)構(gòu)件接觸面采用噴砂處理。4)栓釘材料性能等級為4.6級，熔焊栓釘選用穿透型的瓷環(huán)，直接在壓型鋼板上安裝，穿透壓型鋼板與鋼梁上翼緣融為一體，焊釘?shù)男阅芤髴?yīng)滿足GB/T 10433—2002的要求，并保證與鋼梁的焊接質(zhì)量達(dá)到規(guī)范要求。5)主鋼梁截面尺寸H2 250× 400×16×30，次鋼梁截面尺寸HN450×200×9×14，梁上滿鋪壓型鋼板，鋼板上200厚鋼筋混凝土樓面板。主次鋼梁通過4M20螺栓連接，鋼梁與邊柱通過8M30的預(yù)埋螺栓連接，鋼梁與混凝土樓面通過栓釘連接，主梁拼接點(diǎn)通過拼接板用2道18M20螺栓連接。施工預(yù)起拱70 mm。6)該工程大跨度屋面在施工至防水保護(hù)層時檢測發(fā)現(xiàn)，其中一道梁的最大撓度已達(dá)到70 mm，而允許撓度值為［90 mm］，此時的荷載已達(dá)到0.4 kN/m2，經(jīng)初步設(shè)計(jì)核算，如荷載為0.5 kN/m2時其鋼梁承載力能滿足設(shè)計(jì)要求，但撓度值偏大，需進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng)。

2　原因分析與方案選擇

為了得到安全可靠、經(jīng)濟(jì)可行的加固補(bǔ)強(qiáng)方案，建設(shè)方特邀請鋼結(jié)構(gòu)方面的知名專家學(xué)者參與此次方案論證、選用。通過各位專家學(xué)者的獨(dú)立計(jì)算和相互驗(yàn)算分析得知。

2.1超限產(chǎn)生的原因

1)原設(shè)計(jì)選用輕型鋼梁計(jì)算方法和構(gòu)造要求并對所承受荷載考慮不足。2)設(shè)計(jì)圖紙未經(jīng)過專家組論證。3)施工方經(jīng)驗(yàn)不足，施工過程從放樣、加工、裝配各環(huán)節(jié)未制定切實(shí)可行的專項(xiàng)方案，導(dǎo)致施工質(zhì)量偏差過大。

2.2方案選擇建議

1)加固補(bǔ)強(qiáng)應(yīng)增加屋面承載能力余量，為以后升級改造打好基礎(chǔ)。2)選用方案技術(shù)可行、實(shí)施簡單易操作、經(jīng)濟(jì)可靠。3)避免大拆大建，充分利用已有結(jié)構(gòu)。

2.3加固補(bǔ)強(qiáng)方案

1)碳纖維補(bǔ)強(qiáng)法:拼接點(diǎn)處下翼緣貼補(bǔ)強(qiáng)板，拼接板四周圍焊，其他下翼緣區(qū)域貼碳纖維補(bǔ)強(qiáng)。

2)鋼梁局部補(bǔ)強(qiáng)法:在不破壞原有鋼梁的基礎(chǔ)上對鋼梁做魚腹式加強(qiáng)，即在跨中段附加T型鋼梁。

3)鋼梁—鋼筋混凝土梁組合法:拼接節(jié)點(diǎn)加固，鋼梁上方加混凝土梁一道，鋼梁與混凝土梁之間用高強(qiáng)栓釘連接。

2.4加固補(bǔ)強(qiáng)方案選用

通過專家組多次討論得出以下結(jié)論，既要解決現(xiàn)有超限問題，又要考慮日后增加承載力的問題，因此鋼梁加混凝土梁組合梁是不二選擇。通過設(shè)計(jì)計(jì)算，選擇合適截面尺寸，改善原有受力方式，充分發(fā)揮鋼材抗拉強(qiáng)度高、混凝土抗壓強(qiáng)度高的特點(diǎn)，結(jié)合頂升法施工，將現(xiàn)有鋼梁起拱30 mm，待施工完畢撤除頂升機(jī)構(gòu)后，鋼筋混凝土梁與鋼梁共同作用，既有效解決撓度過大又可增加結(jié)構(gòu)承載能力。

3　加固補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)主要參數(shù)

1)主鋼梁拼接點(diǎn)兩側(cè)兩面拼接板同材質(zhì)同尺寸焊接加寬，兩側(cè)各加設(shè)4道18M20螺栓，焊接、防火、防腐等參數(shù)同原設(shè)計(jì)及相關(guān)規(guī)范要求。

2)主鋼梁跨中10 m范圍，距上翼緣420 mm處腹板兩側(cè)加設(shè)加勁肋t =14一道，加勁肋寬192 mm，焊接、防火、防腐等參數(shù)同原設(shè)計(jì)及相關(guān)規(guī)范要求。

3)主鋼梁端部腹板兩側(cè)加45°加勁板，螺栓兩側(cè)及上端加設(shè)加勁板，焊接、防火、防腐等參數(shù)同原設(shè)計(jì)及相關(guān)規(guī)范要求。

4)主鋼梁端部兩側(cè)與邊梁加設(shè)45°HN400×200×8×13斜支撐，焊接、防火、防腐等參數(shù)同原設(shè)計(jì)及相關(guān)規(guī)范要求。

5)各主鋼梁端部加設(shè)邊桁架一道。焊接、防火、防腐等參數(shù)同原設(shè)計(jì)及相關(guān)規(guī)范要求。

6)主鋼梁上翼緣板頂面加設(shè)兩道M20@ 200，長200 mm栓釘。加設(shè)0.4 m×1 m混凝土梁一道，標(biāo)號C55，鋼筋均采用三級鋼，主筋18根直徑20 mm@200，箍筋直徑10 mm@100，拉筋直徑10 mm@400長短方向各一道，焊接等參數(shù)同原設(shè)計(jì)及相關(guān)規(guī)范要求。

4　工藝及技術(shù)要求

1)焊縫須嚴(yán)格按照J(rèn)GJ 81—91建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)程的質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行施工。上、下翼緣和腹板的拼接焊縫應(yīng)錯開，腹板拼縫與上、下翼緣至少相距200 mm。梁與柱剛性連接時，柱在梁翼緣上下各500 mm的范圍內(nèi)，柱翼緣與柱腹板間采用全熔透坡口焊縫。

2)鋼材加工前應(yīng)進(jìn)行矯正，使之平直，以免影響制作的精度，構(gòu)件出廠前應(yīng)進(jìn)行預(yù)拼裝。

3)鋼構(gòu)件表面應(yīng)做防腐處理，除銹等級為Sa2.5級，除銹后的構(gòu)件應(yīng)在4 h內(nèi)涂刷第一遍環(huán)氧富鋅防銹底漆;涂裝共2道底漆，2道環(huán)氧防腐面漆。漆膜厚度不小于125 μm，根據(jù)使用年限應(yīng)定期進(jìn)行維護(hù)。涂層厚度用磁性測厚儀測定，總厚度應(yīng)達(dá)到有關(guān)設(shè)計(jì)要求。

4)本工程的耐火等級為二級，柱耐火極限為2.0 h，梁耐火極限為1.5 h。表面刷超薄型防火涂料，厚度應(yīng)滿足耐火極限要求。

5　施工難點(diǎn)與要點(diǎn)

1)外墻已裝飾完工，吊車起吊所需構(gòu)件和進(jìn)入施工作業(yè)存在很多困難。結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際，利用施工電梯口，機(jī)械與人工結(jié)合解決施工材料、機(jī)械等運(yùn)至工作面。

2)鋼柱頂升法的關(guān)鍵是頂升機(jī)構(gòu)，構(gòu)造由專業(yè)設(shè)計(jì)，施工方加工后必須在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行頂升耐壓實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)?zāi)蛪毫κ琼斏龝r的2倍(即1 600 kN/m2)。通過實(shí)驗(yàn)證明頂升機(jī)構(gòu)合理可行。

3)加固施工順序: a.在需加固鋼梁1/3及2/3跨度處布置頂升支承柱，與鋼梁頂緊，并采取措施保證其加固施工過程中的整體穩(wěn)定性。b.拆除鋼梁頂混凝土屋面板，邊拆邊運(yùn)不得堆載，不得損壞鋼梁與其他結(jié)構(gòu)構(gòu)件。c.鋼梁拼接節(jié)點(diǎn)加固，腹板局部加設(shè)縱向加勁肋。加固時須在加固處設(shè)置臨時支架，確保加固時鋼梁的安全性。d.檢查鋼梁頂升處的垂直度，確保在施工誤差容許范圍內(nèi)。e.頂升鋼梁使其跨中撓度上拱30 mm為止。頂升應(yīng)同步分級進(jìn)行，每級頂升3 mm，并實(shí)時進(jìn)行鋼梁與頂升支架及其他措施的變形監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)異常立即停止施工，采取安全措施后方可繼續(xù)進(jìn)行。f.頂升到位后，對鋼梁進(jìn)行驗(yàn)收，質(zhì)量合格后，采取穩(wěn)固措施，確保后續(xù)施工的安全。g.去除鋼梁頂面油漆并清洗干凈，交錯焊接焊釘，盡量減少焊接對鋼梁承載力的影響。h.在新舊混凝土界面處，將舊混凝土鑿毛，不密實(shí)、空鼓、空洞等地方用小錘和鋼鑿剔除至密，然后用高壓水槍或風(fēng)槍把浮塵和松動之處沖掉，露出干凈、細(xì)密的混凝土新槎和鋼筋，澆筑前涂刷混凝土界面劑，補(bǔ)全構(gòu)造鋼筋。i.綁扎加固混凝土梁的鋼筋，并支設(shè)模板，澆筑混凝土。加固混凝土梁強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)的混凝土立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的100%后，方可拆除模板及頂升支承柱，拆除時應(yīng)同步分級進(jìn)行，每級3 mm，到完全脫離為止;卸載時，應(yīng)實(shí)時進(jìn)行鋼梁及支柱的變形監(jiān)測，確保卸載安全。j.進(jìn)行屋面修復(fù)施工，達(dá)到原設(shè)計(jì)要求。

4)加強(qiáng)人員的責(zé)任意識、安全意識、質(zhì)量意識教育，做到責(zé)任到人，分工明確。

6　結(jié)語

通過各方不懈努力，最終檢測梁底撓度最大值為40 mm，小于允許值［90 mm］，滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，通過專家組驗(yàn)收。驗(yàn)收報(bào)告中要求加強(qiáng)后期檢測，保證結(jié)構(gòu)安全可靠。

Discussion on the reinforcement and strengthening of big span steel beam combination roof

Dou Ligang
( Shanxi Dagong Construction Limited Company，Taiyuan 030012，China)

Abstract:Through the analysis on the causes of poor bearing capacity of a big span steel beam combination roof，this paper put forward the reinforcement and strengthening scheme of this structure，introduced the design parameters and process requirements of reinforcement and strengthening，and elaborated the specific construction technology main points，eventually made the structure design meet the specification requirements，guaranteed the structure safety.

Key words:large span roof，reinforcement and strengthening，steel beam，bearing capacity

作者簡介:豆立崗(1978-)，男，工程師

收稿日期:2015-11-23

文章編號:1009-6825( 2016) 04-0027-02

中圖分類號:TU318

文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A