建筑结构丨钢结构建筑加固设计流程及常用方法

如今，钢结构已广泛应用于工业与民用建筑中。 但由于设计、施工、使用、管理不当以及材料质量不符合要求等因素，钢结构建筑不可避免地存在各种缺陷和缺陷。 损坏，严重影响结构安全。 传统的钢结构加固方法包括钢板焊接、螺栓连接或在破损处粘贴钢板。

本文结合《钢结构加固设计标准》（GB51367-2019）的钢结构加固标准，介绍钢结构加固的知识，与大家学习分享。

钢结构加固工艺

基本流程如图所示：

加固设计前，应根据建筑类型，按照现行国家标准《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进行检测或鉴定。 抗震加固必须进行抗震能力鉴定，并根据鉴定结果出具工程检验鉴定报告。

结构加固后建筑物的使用寿命应由业主与设计单位共同商定。 当增强材料中使用结构粘合剂或其他聚合物成分时，结构的使用寿命为30年。 如果加固结构的使用寿命超过50年，胶水和聚合物应通过长期抗应力测试。

钢结构加固可以减轻荷载，改变计算图形，增加原有结构构件的截面和连接强度，防止裂纹扩展。 当有成熟的经验时，也可以采用其他加固方法。 确定需要加固的钢结构，根据损伤范围一般分为局部加固和全面加固。

结构加固设计应结合实际施工方法，保证新增构件与原结构可靠连接钢结构维护系统，新增断面与原断面牢固连接，形成共同体，不影响未加固部分，相关结构、组件和基础。 对基础产生不良影响。

2、钢结构加固工艺

分析强化原因

1、荷载变化、超期服役、规格和工序变更等引起的结构承载力不足；

2、荷载变化、超期服役、规格和工序变更等引起的结构承载力不足；

3、温差引起的元件或连接件的变形、开裂、翘曲；

4、化学物质侵蚀和电化学腐蚀导致钢结构件截面弱化；

5、其他包括设计、生产、施工中的错误，以及使用过程中的违规使用、操作等。

加固用钢材及焊接材料

钢筋的钢级应与原构件的钢级相同或相当，其韧性、塑性和焊接性能应能与原构件的钢材相匹配。 结构加固所用钢筋的型号应为HRB400或HPB300钢筋，其质量和性能应符合国家有关标准的规定。 结构加固所用焊接材料的质量和性能应符合国家有关标准的规定。

结构胶

用于加固钢结构的结构胶应为以钢材为基材的结构胶。 严禁使用以不饱和聚酯或醇酸树脂为主要成分的粘合剂。 使用环境为常温时，应使用I级AAA或AA常温结构胶； 当使用环境高温时，应使用II类或III类耐温结构胶。

三种常用的加固方法

放大断面法

扩大截面法可用于焊接连接、螺栓连接、铆钉连接、粘贴钢板等加固。 在荷载作用下，钢构件的焊接钢筋应根据原构件的使用条件进行校核，其最大名义应力σ0max不得超过应力比极限。 否则，应采用其他增大截面的方法进行加固。

加固构件必须满足现行设计标准的安全性、适用性和耐久性。 以受弯构件为例，受平面内弯曲作用的钢筋构件的抗弯强度应满足下列公式：

式中，f为钢材抗弯强度设计值（MPa），为截面内强度等级最低的钢材抗弯强度设计值；

ηm为受弯构件配筋强度的修正系数。 对于双面加固，取下表所示的值，对于单边加固，取下表所示的值的0.9倍。

对于主平面内受弯的加强构件，其整体稳定性验算应符合现行国家标准《钢结构设计标准》GB 50017的规定。稳定系数应按加强截面计算，但计算时，按抗弯强度计算。钢材的设计值f应替换为钢材折算强度设计值f'，并乘以强度折减系数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。受弯构件加固后的总挠度ωT应包括加固前荷载作用下的初始挠度ω0。钢筋、焊接时加热凝固引起的焊接残余挠度ωw、焊后新载荷作用下的挠度增量Δω。

粘贴钢板加固法

粘贴钢板加固法可用于钢结构中受弯、拉、剪等作用的实心腹杆及受压构件的加固。 采用该方法加固的钢结构长期环境温度不应高于60℃； 高温、高湿、介质腐蚀、辐射等特殊环境下的钢结构采用该方法加固时，钢结构应按照国家现行有关标准的规定进行加固。 除按规定采取相应的防护措施外，还应使用耐环境因素的粘合剂，并按特殊工艺要求进行粘贴。

受弯构件采用粘钢加固后，其抗弯承载力和抗剪承载力增加不应超过30%。

弯曲承载力加固计算应考虑无法卸载荷载对原构件应力σ0的影响，针对不同使用条件的构件引入强度修正系数ηm。 计算公式如下：

受弯构件腹板上粘贴钢筋进行剪力加固时，承受静荷载的构件应符合下列规定：

其中，fv为计算部分原钢筋抗剪强度设计值，etav为受弯构件腹板钢筋强度修正系数。 一、二类结构为0.80，其他结构为0.85。

对于受弯构件正弯矩区的正截面钢筋，沿受拉面沿轴向粘贴钢板的切割位置，应从其强度充分利用的截面开始计算，粘贴值延伸长度应符合下列公式：

四点注意事项

钢结构加固选用的材料基本上都是钢材。 进行加固时，会给结构带来过大的结构重量，且钢板不易切割成加固所需的形状，安装和运输困难。 加固完成后，需要对钢材进行防锈处理钢结构维护系统，防止钢材生锈对结构胶产生不必要的影响，维护工作量大，成本高。