钢框架结构检测鉴定与加固方法研究

褚少辉

（1.河北省建筑工程质量检测中心有限公司，河北 石家庄 050227；
2.河北省既有建筑综合改造技术创新中心，河北 石家庄 050227）

随着我国经济建设的快速发展，钢结构由于其强度高、重量轻、施工快速方便等特点越来越多地被广泛应用于我国的房屋建筑中，钢结构房屋的质量安全越来越被广泛地关注。由于设计、施工及安装等过程的不规范，会对钢结构房屋造成不同程度的质量缺陷，因此有必要对钢结构房屋进行质量检测和鉴定。对钢结构房屋的质量检测鉴定是对建筑物质量评定的重要依据，对提高建设工程质量、节省资金、保证安全生产和生命财产安全方面都起到了重要的作用。本文结合某钢框架结构，对其检测鉴定及加固方法和思路进行研究。

某商店为 2 层钢框架结构，首层层高约为 4.30 m，二层层高约为 3.63 m，楼面为楼承板现浇混凝土组合楼板，屋面为彩钢板，钢柱和钢梁均采用 Q235 的实腹式热轧工字型截面，基础形式为柱下混凝土独立基础，建筑面积约为 1 300 m2。该商店约建于 2000 年，该框架结构由于其建设年代较远，无正规设计图纸及施工和监理资料。经现场调查绘制，该钢框架结构的结构平面图如图 1 所示。

结合本工程的现场实际情况，由于钢框架结构的门口雨棚和电梯井区域不具备检测条件，因此该区域不列入本次检测鉴定范围。依据钢结构现场检测标准对该框架结构的现状情况，钢构件的截面尺寸、钢柱垂直度进行检测，依据检测结果，对该框架结构钢构件建立力学模型进行承载力复核验算。

2.1 现场普查

现场普查是钢结构检测的重要环节，检测人员采用目视、拍照的方式，对现场钢结构存在的质量缺陷和损伤进行调查记录，确保应检尽检，应记尽记。现场普查结果如表 1 及图 2～图 7 所示。

表1 现场普查结果

图2 柱脚连接做法（单螺帽）

图3 框架梁-柱节点连接做法

图4 悬挑区域挑梁与主梁铰接连接做法

图5 螺栓扩孔

图6 螺栓缺失

2.2 钢构件截面尺寸检测

经现场普查，本工程钢梁、钢柱构件均采用热轧 H 型钢，由于无设计图纸，故检测结果均为检测值。采用超声波测厚仪、钢卷尺检测。构件截面尺寸示意图如图 8 所示，具体检测结果如表 2 所示。构件截面尺寸的检测对钢结构结构分析模型的建立提供了数据支撑。

表2 钢构件截面尺寸检测结果

图8 钢梁、钢柱构件截面尺寸示意图

2.3 钢柱垂直度检测

钢柱垂直度的检测可较好地反映框架柱在工作荷载作用下的变形情况，采用经纬仪、钢卷尺对抽检钢柱进行垂直度检测，依据 GB 50205-2020《钢结构工程施工质量验收标准》［1］的相关规定，现场抽检钢柱的允许垂直度大部分不满足规范要求。

2.4 结构计算模型分析

2.4.1 工程荷载

①建筑结构安全等级为二级，重要性系数为 1.0。②材料强度：钢梁、钢柱均采用 Q235 钢。③自然条件：基本风压取 0.35 kN/m2，基本雪压取0.30 kN/m2，地面粗糙度类别为 C 类。④抗震信息：建筑抗震设防类别为丙类，设防烈度为 7 度（0.10g），设计地震分组为第二组，场地类别为Ⅱ类。⑤恒荷载标准值：楼面取 3.5 kN/m2（含自重），轻钢屋面（含吊顶）取 0.75 kN/m2。活荷载标准值：楼面 2.5 kN/m2，屋面 0.3 kN/m2。

2.4.2 主要计算依据

①GB 50009-2012《建筑结构荷载规范》［2］；
②GB 50223-2008《建筑工程抗震设防分类标准》［3］；
③GB 50011-2010《建筑抗震设计规范》（2016 年版）［4］；
④GB 50068-2018《建筑结构可靠性设计统一标准》［5］；
⑤GB 50017-2017《钢结构设计标准》［6］。

2.4.3 结构计算模型

本工程主体结构采用北京盈建科软件有限责任公司“盈建科 YJK-A1.9.3.2”软件建模及计算。钢框架整体模型图如图 9 所示。

图9 钢框架整体模型

2.4.4 结构计算结果

计算后可知，该工程部分钢梁构件正应力比值在 1.01～1.44，部分钢柱构件Y方向稳定应力比值在1.05～1.29，均不满足现行相关规范允许限值 1.0 的要求。

由于设计、施工失误、材料质量不达标或使用功能的改变等原因，钢结构常需要进行加固。考虑到工程施工的便利性、加固的有效性及经济性问题，加固前应对加固的原因进行分析鉴定，明确结构加固的范围和内容，续而选择合适的加固方案。

根据现场普查结果和结构计算结果，该工程的主要问题为节点连接做法不规范，导致承载力不满足要求，故针对设计或施工失误造成的结构受力缺陷问题进行加固。

3.1 梁柱节点形式

在钢框架结构中，梁柱节点力学性能对于框架结构整体的力学性能有着很大的影响，现行规范中对节点设计的理念为“强节点，弱构件”。节点设计或施工不规范将直接影响钢框架的受力性能，严重时可能会造成结构的变形、倾斜或倒塌，因此节点的设计和施工对结构的安全性很重要［7，8］。

根据梁柱节点的刚度和梁与柱的变形特性可将梁柱节点形式汇总如下。

1）刚性节点，梁与柱之间的相对转动完全受到限制，节点能够传递并可以承受弯矩。

2）铰接节点，梁与柱之间的相对转动没有限制，节点不能够承受任何弯矩。

3）半刚性节点，梁与柱之间的相对转动部分受到限制，节点能够承受一定的弯矩。

在工程设计中，如果节点的转动约束可达理想刚性节点的 90 % 时，认为该节点为刚性节点；
如果节点的相对转动量可达理想铰接节点的 80 % 时，认为该节点为铰接节点；
介于上述两者之间的节点认为是半刚性连接。

3.2 缺陷损伤及节点加固方法

1）框架梁—柱节点上下翼缘均未焊接，仅腹板采用高强螺栓连接，不满足框架结构体系刚性连接要求，应按框架梁—柱刚性节点进行加固，考虑到节点区的承载力、延性和稳定性直接影响到整体结构的力学性能，故应对节点域纵横向梁柱进行加固。

2）悬挑区域次梁节点均为铰接连接，传力不合理，应将其进行刚性连接，并对节点区域横向梁柱进行加固。

3）将部分节点存在连接板气割扩孔、螺栓缺失等情况进行修复及加固处理，确保节点传力不受影响。

4）对部分高强螺栓存在未拧紧情况，楼承板局部防腐涂层存在剥落情况进行修复。

5）按规范要求对抗震构造措施进行加强。

本文结合现场和结构分析模型，对钢框架检测鉴定及加固方法进行了研究。

1）通过现场普查可知，钢框架的节点施工和设计不规范，缺陷和损伤对钢框架结构的承载力和稳定性具有重要的影响，在钢框架的结构设计和施工中，应严格按照规范进行。

2）根据检测所测得的实际数据和钢结构实际情况，建立合理的计算模型对钢结构进行分析验算。计算后可知，该工程部分钢梁构件正应力比值在 1.01～1.44，部分钢柱构件Y方向稳定应力比值在 1.05～1.29，均不满足现行相关规范允许限值 1.0 的要求。针对不满足安全性要求的结构构件和工程现场的问题缺陷需要进行加固处理以满足建筑结构的安全性。

图10 梁柱节点示意图

3）对缺陷损伤、节点不合理的情况进行加固处理，以满足结构安全性要求。加固方案选择时，应综合考虑建筑物的功能要求、业主对工期和成本的要求以及加固方案的可实施性来确定最合理的加固处理方案。Q