鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架以其跨度大、自重輕、造型靈活、施工快速等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于體育場(chǎng)館、工業(yè)廠房、交通樞紐、大型公共建筑等領(lǐng)域。在長(zhǎng)期使用過(guò)程中,由于設(shè)計(jì)荷載變更、材料老化、腐蝕、意外損傷或使用功能改變等原因,部分網(wǎng)架結(jié)構(gòu)可能出現(xiàn)承載力不足、變形過(guò)大或節(jié)點(diǎn)損傷等問(wèn)題,此時(shí)便需要進(jìn)行加固處理。鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架加固是一項(xiàng)專業(yè)性極強(qiáng)的工程,旨在恢復(fù)或提升結(jié)構(gòu)的承載能力、安全性和耐久性,確保其繼續(xù)安全服役。
一、 鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架加固的主要原因
- 荷載增加:建筑使用功能改變,如倉(cāng)庫(kù)改造成生產(chǎn)車間、體育館增加懸掛設(shè)備等,導(dǎo)致實(shí)際荷載超過(guò)原設(shè)計(jì)值。
- 設(shè)計(jì)或施工缺陷:原結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)或施工階段存在不足,如桿件截面偏小、節(jié)點(diǎn)連接不牢、初始缺陷等。
- 損傷與老化:長(zhǎng)期受環(huán)境侵蝕(如銹蝕)、意外撞擊、火災(zāi)或疲勞荷載影響,導(dǎo)致桿件、螺栓球或焊接球節(jié)點(diǎn)等出現(xiàn)損傷。
- 規(guī)范更新:隨著建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范的修訂和提高,原有結(jié)構(gòu)可能無(wú)法滿足新的抗震、抗風(fēng)等安全標(biāo)準(zhǔn)。
二、 主要加固方法與技術(shù)
鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架加固需根據(jù)檢測(cè)鑒定結(jié)果、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、施工條件和經(jīng)濟(jì)性綜合比選,常用方法包括:
- 增大截面加固法:在原有桿件(特別是受力較大的弦桿和腹桿)上焊接附加型鋼(如角鋼、槽鋼),或包裹混凝土、復(fù)合纖維材料,以增加其截面積和慣性矩,從而提高承載力和剛度。此法技術(shù)成熟,效果可靠,但會(huì)增加自重且對(duì)施工空間要求較高。
- 粘貼鋼板或纖維復(fù)合材料加固法:
- 粘貼鋼板:采用高性能結(jié)構(gòu)膠將鋼板粘貼在桿件受力部位,共同工作以提高承載力。施工快捷,幾乎不增加截面尺寸,但對(duì)基層處理要求極高,且耐火耐腐蝕性需額外處理。
- 粘貼纖維復(fù)合材料(FRP):使用碳纖維、玻璃纖維等布或板,用環(huán)氧樹(shù)脂膠粘貼于桿件表面。具有重量輕、強(qiáng)度高、耐腐蝕、施工方便等優(yōu)點(diǎn),尤其適用于空間受限或要求不顯著增加自重的情況。
- 改變結(jié)構(gòu)體系加固法:通過(guò)增設(shè)支點(diǎn)(如增加柱子或支撐)、改變節(jié)點(diǎn)連接方式(如鉸接改剛接)、或增設(shè)預(yù)應(yīng)力拉索、拉桿等,以改變結(jié)構(gòu)的傳力路徑,降低原有構(gòu)件的內(nèi)力,從而達(dá)到加固目的。這種方法往往能大幅提升整體剛度,但可能對(duì)建筑功能和使用空間產(chǎn)生影響。
- 節(jié)點(diǎn)加固法:網(wǎng)架節(jié)點(diǎn)(螺栓球節(jié)點(diǎn)、焊接球節(jié)點(diǎn))是關(guān)鍵部位。加固方法包括:在球節(jié)點(diǎn)上加焊加勁肋板;對(duì)螺栓球節(jié)點(diǎn)更換更高強(qiáng)度等級(jí)的螺栓或增設(shè)套筒;對(duì)局部損傷的焊縫進(jìn)行補(bǔ)焊或加強(qiáng)等。
- 體外預(yù)應(yīng)力加固法:在網(wǎng)架結(jié)構(gòu)外部布設(shè)預(yù)應(yīng)力鋼索或拉桿,通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)主動(dòng)施加預(yù)應(yīng)力,來(lái)抵消部分荷載效應(yīng),改善桿件內(nèi)力分布。此法能有效提高結(jié)構(gòu)剛度和承載力,且施工期間不影響正常使用,但設(shè)計(jì)和施工技術(shù)要求高。
三、 加固設(shè)計(jì)與施工要點(diǎn)
- 全面檢測(cè)與鑒定先行:加固前必須由專業(yè)機(jī)構(gòu)對(duì)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面的檢測(cè)(包括幾何尺寸、材料性能、連接狀況、變形、損傷等)與可靠性鑒定,準(zhǔn)確評(píng)估其現(xiàn)狀、確定問(wèn)題根源和加固目標(biāo),這是所有后續(xù)工作的基礎(chǔ)。
- 科學(xué)設(shè)計(jì)與計(jì)算:加固設(shè)計(jì)需遵循國(guó)家現(xiàn)行規(guī)范(如《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》、《鋼結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》),考慮二次受力特點(diǎn)(原結(jié)構(gòu)已有應(yīng)力和變形)、新舊材料的協(xié)同工作、以及加固后整體結(jié)構(gòu)的受力性能。通常需要進(jìn)行詳細(xì)的有限元分析。
- 確保連接可靠:新舊構(gòu)件之間的連接是加固成敗的關(guān)鍵。無(wú)論是焊接、高強(qiáng)螺栓連接還是粘接,都必須保證傳力可靠,并采取有效措施減少焊接殘余應(yīng)力和變形。
- 卸載與施工順序:在條件允許的情況下,應(yīng)對(duì)需加固部位進(jìn)行適當(dāng)卸載(如設(shè)置臨時(shí)支撐),以減少原有構(gòu)件的初始應(yīng)力,使新加固部件能更有效地參與工作。施工需制定嚴(yán)格順序,避免產(chǎn)生新的附加應(yīng)力或失穩(wěn)。
- 防腐與防火處理:加固后,應(yīng)對(duì)所有新舊鋼構(gòu)件及連接部位進(jìn)行徹底的除銹和防腐涂裝。必須確保加固后的結(jié)構(gòu)仍滿足建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范的要求,必要時(shí)對(duì)加固材料采取額外的防火保護(hù)措施。
- 施工監(jiān)控與驗(yàn)收:加固施工過(guò)程中宜進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),控制變形和應(yīng)力變化。完成后,需按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量檢驗(yàn)與驗(yàn)收,確保加固效果達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架加固是一項(xiàng)系統(tǒng)性的再設(shè)計(jì)、再施工過(guò)程,技術(shù)綜合性強(qiáng),安全要求高。成功的加固工程依賴于精準(zhǔn)的檢測(cè)鑒定、合理的設(shè)計(jì)方案、專業(yè)的施工技術(shù)和嚴(yán)格的全程質(zhì)量控制。隨著新材料、新工藝的不斷發(fā)展,鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架的加固技術(shù)也將更加高效、經(jīng)濟(jì)和環(huán)保,為既有建筑的生命周期延長(zhǎng)和功能提升提供堅(jiān)實(shí)的技術(shù)保障。