钢结构建筑怎么进行加固设计?


发布时间:2023-05-04 15:31


现如今钢结构已广泛应用于工业和民用建筑,但是由于设计、施工、使用、管理不当、材料质量不符合要求等因素的影响,在钢结构建筑不可避免的存在着各种各样的缺陷和损伤,严重影响结构安全。传统的钢结构加固方法有钢板焊接、螺栓连接或在损伤部位粘贴钢板等方法。
钢结构
一、钢结构加固流程
基本流程如图所示:
加固设计前,应根据建筑物种类,分别按现行国家标准《民用建筑可靠性鉴定标准》GB 50292和《工业建筑可靠性鉴定标准》GB 50144和进行检测或鉴定。当涉及抗震加固时,必须进行抗震能力鉴定,根据结果出具项目检测鉴定报告。
结构加固后的建筑物使用年限,应由产权人和设计单位共同商定。当加固材料中使用结构胶粘剂或其他聚合物成分时,其结使用年限为30年,如果让结构加固后的使用年限超过50年,其胶和聚合物的应通过耐长期应力作用能力检验。
钢结构加固有减轻荷载、改变计算图形、加大原结构构件截面和连接强度、阻止裂纹扩展等方法。当有成熟经验时,也可采用其他的加固方法。经鉴定需要加固的钢结构,根据损害范围一般分为局部加固和全面加固。
结构加固设计,应与实际施工方法相结合,保证新增构件与原结构连接可靠,新增截面与原截面的结合面牢固,形成共同体,并不对未加固的部分,以及相关结构、构件和地基基础造成不利影响。
二、钢结构加固流程
分析加固原因
1、由荷载变化,超期服役,规范和规程改变导致结构承载力不足;
2、由荷载变化,超期服役,规范和规程改变导致结构承载力不足;
3、温差作用下引起构件或连接变形、开裂和翘曲;
4、由于化学物质的侵蚀而产生腐蚀以及电化学腐蚀致使钢结构构件截面削弱;
5、其它包括设计、生产、施工中的失误及服役期中的违规使用和操作等。
加固用钢材及焊接材料
加固件的钢号应与原构件的钢号相同或相当,韧性、塑性及焊接性能应能与原构件钢材相匹配。结构加固用钢筋的品种宜选用HRB400级或HPB300级钢筋,其质量和性能应符合相关国家标。结构加固用焊接材料的质量和性能应符合相关国家标准。
钢结构加固用的结构胶粘剂,应采用以钢为基材的结构胶,严禁采用以不饱和聚酯或醇酸树脂为主成分的胶粘剂。当使用环境为常温时,应采用I类AAA级或AA级常温结构胶; 当使用环境有高温时,应采用II类或III类耐温结构胶。
三、常用加固方法
增大截面法
增大截面法加固可采用焊接连接、螺栓连接、铆钉连接和粘贴钢板等方式。负荷状态下,钢构件的焊接加固,应根据原构件的使用条件,校核其最大名义应力σ0max不得超过应力比限值规定,否则应采用其他增大截面的方法进行加固。
加固后构件需满足现行设计标准的安全性、适用性及耐久性。以受弯构件为例,平面内受弯的加固构件,抗弯强度应满足公式。
其中f为钢材的抗弯强度设计值(MPa),取截面中最低强度级别钢材的抗弯强度设计值;
ηm为弯构件加固强度修正系数,对双侧加固按下表取值,对单侧加固按下表0.9倍取值。
主平面内受弯的加固构件,其整体稳定性的验算应符合现行国家标准《钢结构设计标准》GB 50017的规定,稳定系数应按加固后截面计算,但验算时,应将钢材抗弯强度设计值f 改取为钢材换算强度设计值f’,并应乘以强度折减系数ηm。
钢结构受弯构件加固后的总挠度不应超过现行国家标准《钢结构设计标准》GB 50017规定的限值。加固后受弯构件的总挠度ωT应包括加固前负荷下的初始挠度ω0,焊接时因加热、固化引起的焊接残余挠度ωw及焊后新增荷载下的挠度增量Δω。
粘贴钢板加固法
粘贴钢板加固法可用于钢结构受弯、受拉、受剪实腹式构件的加固以及受压构件的加固。用本方法加固的钢结构,其长期使用的环境温度不应高于60℃;处于高温、高湿、介质侵蚀、放射等特殊环境的钢结构采用本方法加固时,除应按国家现行有关标准的规定采取相应的防护措施外,尚应采用耐环境因素作用的胶粘剂,并应按专门的工艺要求进行粘贴。
受弯构件采用粘钢加固后,其受弯承载力以及受剪承载力的提高幅度,均不应超过30%。
受弯承载力的加固计算,应考虑不能卸载的荷载引起的原构件应力σ0的影响,并引人针对不同使用条件类别构件的强度修正系数ηm。
受弯构件的腹板上粘钢进行受剪加固时,对于承受静力荷载的构件应符合下列规定:
其中fv为计算部位原钢材的抗剪强度设计值,ηv受弯构件腹板粘钢加固强度修正系数,对于I、II类结构取为0.80,对其他类结构取为0.85。
对受弯构件正弯矩区的正截面加固,其受拉面沿轴向粘贴的钢板的截断位置,应从其强度充分利用的截面算起,且粘贴延伸长度的取值应符合规定。
四注意事项
钢结构加固所选材料基本都为钢材,在进行加固处理时会给结构带来过多的结构自重,且钢板不易裁剪成加固所需的形状,安装运输等较为困难,在加固完工之后,需对钢材进行防锈处理,以免钢材生锈对结构胶产生不必要的影响,且维护工作量大,费用较高。