一些鋼結構加固設計知識

鋼結構加固是對可靠性不足或產權人要求提高可靠度的鋼結構、構件及其相關部分采取增強、局部更換或調整其內力等措施，使其具有現行設計標準及產權人所要求的安全性、適用性和耐久性。
《鋼結構加固設計標準》（gb51367-2019）于2019年11月22日發布，自2020年6月1日起實施。本文結合新的鋼結構加固標準，介紹一些鋼結構加固知識，不足之處歡迎指正。
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鋼結構加固流程
加固改造設計的基本流程詳見下圖：
加固前，應根據建(構)筑物的種類，分別按現行國家標準《工業可靠性鑒定標準》gb 50144和《民用可靠性鑒定標準》gb 50292進行檢測或鑒定。當與抗震加固結合進行時，尚應進行抗震能力鑒定。根據鑒定出具項目的鑒定。
結構加固后的使用年限，應由產權人和設計單位共同商定。當結構的加固材料中使用結構膠粘劑或其他聚合物成分時，其結構加固后的使用年限宜按30年考慮，如需結構加固后的使用年限為50年時，其所使用的膠和聚合物的粘結性能，應通過耐長期應力作用能力的檢驗。
鋼結構的加固可分為直接加固與間接加固兩類，設計時，可根據實際條件和使用要求選擇適宜的加固方法及配合使用的技術。直接加固宜根據工程的實際情況選用增大截面加固法、粘貼鋼板加固法和組合加固法。間接加固宜根據工程的實際情況采用改變結構體系加固法、預應力加固法。結構加固的連接方法宜采用焊縫連接、摩擦型高強螺栓連接，亦可采用焊縫與摩擦型高強螺栓的混合連接等。
結構加固設計可采用線彈性分析方法計算結構的作用效應，并應符合現行國家標準《鋼結構設計標準》gb 50017的 有關規定。結構的加固設計，應與實際施工方法緊密結合，采取有效措施，保證新增構件及部件與原結構連接可靠，新增截面與原截面結合牢固，形成整體共同工作，并不應對未加固部分，以及相關的結構、構件和地基基礎造成不利的影響。
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鋼結構加固材料
（1）原結構、構件材料的材料強度
當結構可靠性鑒定認為原設計文件有效，且未發現結構構件或連接的性能有明顯退化時，可采用原設計值。當結構可靠性鑒定認為應重新進行現場檢測時，應采用檢測結果推定的屈服強度或條件屈服點進行確定，當按現場檢測的屈服強度推定值fy確定時，其抗拉強度設計值f應取f y與γ r的比值，抗力分項系數γ r應取為1.2。
受有氣相腐蝕的鋼結構原構件，當其截面面積損失大于25%或其板件剩余厚度小于5mm時，其驗算時的鋼材強度設計值，尚應根據腐蝕等級乘以0.8~1.0強度降低系數。
（2）加固用鋼材及焊接材料
加固件的鋼號應與原構件的鋼號相同或相當，韌性、塑性及焊接性能應能與原構件鋼材相匹配。結構加固用鋼筋的品種宜選用hrb400級或hpb300級鋼筋，其質量和性能應符合相關國家標。結構加固用焊接材料的質量和性能應符合相關國家標準。
（3）結構膠粘劑
鋼結構加固用的結構膠粘劑，應采用以鋼為基材的結構膠，嚴禁采用以不飽和聚醋或醇酸樹脂為主成分的膠粘劑。當使用環境為常溫時，應采用i類aaa級或aa級常溫結構膠; 當使用環境有高溫時，應采用ii類或iii類耐溫結構膠。
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常用加固方法
（1） 增大截面法
增大截面法加固可采用焊接連接、螺栓連接、鉚釘連接和粘貼鋼板等方式。負荷狀態下，鋼構件的焊接加固，應根據原構件的使用條件，校核其較大名義應力σ 0 ** x不得**過應力比限值規定，否則應采用其他增大截面的方法進行加固。
加固后構件需滿足現行設計標準的安全性、適用性及耐久性。以受彎構件為例，平面內受彎的加固構件，抗彎強度應滿足以下公式：
其中f為鋼材的抗彎強度設計值(mpa)，取截面中較低強度級別鋼材的抗彎強度設計值；
η m為彎構件加固強度修正系數，對雙側加固按下表取值，對單側加固按下表0.9倍取值。
主平面內受彎的加固構件，其整體穩定性的驗算應符合現行國家標準《鋼結構設計標準》gb 50017的規定，穩定系數應按加固后截面計算，但驗算時，應將鋼材抗彎強度設計值f 改取為鋼材換算強度設計值f’，并應乘以強度折減系數η m。
鋼結構受彎構件加固后的總撓度不應**過現行國家標準《鋼結構設計標準》gb 50017規定的限值。加固后受彎構件的總撓度ω t應包括加固前負荷下的初始撓度ω 0，焊接時因加熱、固化引起的焊接殘余撓度ω w及焊后新增荷載下的撓度增量δω。
（2） 粘貼鋼板加固法
粘貼鋼板加固法可用于鋼結構受彎、受拉、受剪實腹式構件的加固以及受壓構件的加固。用本方法加固的鋼結構，其長期使用的環境溫度不應**60℃；處于高溫、高濕、介質侵蝕、放射等特殊環境的鋼結構采用本方法加固時，除應按國家現行有關標準的規定采取相應的防護措施外，尚應采用耐環境因素作用的膠粘劑，并應按專門的工藝要求進行粘貼。
受彎構件采用粘鋼加固后，其受彎承載力以及受剪承載力的提高幅度，均不應**過30%。
受彎承載力的加固計算，應考慮不能卸載的荷載引起的原構件應力σ 0的影響，并引人針對不同使用條件類別構件的強度修正系數η m，其計算公式如下：
受彎構件的腹板上粘鋼進行受剪加固時，對于承受靜力荷載的構件應符合下列規定：
其中f v為計算部位原鋼材的抗剪強度設計值，η v受彎構件腹板粘鋼加固強度修正系數，對于i、ii類結構取為0.80，對其他類結構取為0.85。
對受彎構件正彎矩區的正截面加固，其受拉面沿軸向粘貼的鋼板的截斷位置，應從其強度充分利用的截面算起，且粘貼延伸長度的取值應符合下式規定:
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結語
鋼結構加固設計所面臨的不確定因素遠比新建工程多而復雜，需要設計人員根據*鑒定結論、相關規范標準及業主要求綜合考量。
中防建安建設集團有限公司專注于消防檢測,開工證申請,鋼結構設計,施工圖審查,結構加固設計,開業前檢查,消防驗收,消防改造,消防報審,消防設計等