关于工字钢梁加固代替传统结构加固的研究

关于工字钢梁加固代替传统结构加固的研究

李齐明1   胥立伟2  武明宇3   魏欣4  于金来5

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[摘要] 在建筑业高速发展的今天，不少建筑存在维修、加固等问题，本文通过工程实例的分析，在建筑使用功能变更所进行加固改造时，通过使用工字钢替换钢筋混凝土的方法，其最大的特色就是加快现场施工。此方法相较于传统的新增混凝土梁的施工难度大大降低，并且前期准备工作和后期检测工作都有所减少，耗费的财力、人力都将得到降低。

[关键词] 工字钢梁 结构加固 结构改造

引言

在传统结构加固施工中，常采用粘钢加固，粘碳纤维加固等措施，但缺点是无法应对较大荷载需求的加固设计，传统设计院往往采用加大结构构件截面形式进行设计，此类施工往往较为复杂，工作周期长，利润低，往往为亏损项目。采用加设钢结构工字钢梁形式代替混凝土截面增大设计，施工快捷简便，工期短，利润高，应得到大力推广。

1绪论

1.1研究背景和意义

20世纪50、60年代国家开始建造了大批钢筋混凝土厂房和公建、办公楼。这些房屋使用也有三十四十年的历史，由于使用维修不当或者建造质量原因，危及结构安全。由于土建投资大，所以尽管房屋存在一些问题，往往不会因此拆除重建。而是采用结构加固的办法，只要花少量的投资来维修、加固就可以恢复其承载力，确保安全使用。所以加固行业是有很大的发展空间的，而如何高效便捷的进行加固改造，则是本行业的重中之重。

1.2加大截面加固法

加大截面加固法施工工艺简单、适应性强，并具有成熟的设计和施工经验；适用于梁、板、柱、墙和一般构造物的混凝土的加固；但现场施工的湿作业时间长，对生产和生活有一定的影响，且加固后的建筑物净空有一定的减少。

1.3板下加钢梁提高楼板承载力法

楼房在长期使用过程中，随着年代的推移，其结构会逐渐老化，出现一些安全隐患，例如楼板承重不足等问题，为了增强楼板的承重能力，可以进行加固处理。其中，楼板下加钢梁是一种比较常见的加固方法。

直接在板下加设钢梁比单纯的加大截面加固法更加便捷高效，现场不需要进行湿作业施工，也不需进行复杂的钢筋绑扎及植筋工作，且加固效果明显。

2工字钢梁加固施工部署原则及重难点

2.1施工所需材料

主材:钢材材质为Q355B，型钢型号为HM294*200、HM200*150、HN500*200、方管200*10

2.2钢梁安装工艺流程

钢梁安装位置定位放线→钢梁加工→钢梁安装→洞口拆除→补漆→防火涂装

2.2.1钢梁的运输

①垂直运输

本项目现场未设置塔吊，钢梁的竖向运输将利用汽车吊做起重设备，在材料到场后料车直接运输到尽量靠近主体结构位置，汽车吊将钢梁通过窗口吊至相应的楼层。

根据施工进度需要安排材料的到场时间，到场材料第一时间运上相应的楼面，避免材料的二次倒运。

②水平运输

钢梁运输到对应楼层后用平板车人力运至相应的位置。运输过程中注意选择好路线，线路选择遵循安全、便捷、经济的原则。运输途中要保护好建筑物内的原有设备及物品。

2.2.2钢梁加工：

①测量根据梁之间的净距及伸向墙内的长度对每一位置的钢梁单独下料加工，按楼层及轴线位置编号；

②将钢梁端部连接板按图纸要求焊接到钢梁上；

③需要钢梁与钢梁连接的部位将加劲肋焊接到钢梁上，在地面用连接板进行预拼装，确保组装没有问题；

2.2.3除锈、喷漆：考虑到现场施工环境及施工的便捷性，选用电动钢丝刷和砂轮片对钢梁及连接板进行除锈，保证除锈等级达到Sa2.5。除锈后钢材表面用毛刷等工具清扫干净，立即涂防锈红丹底漆两道，并且施工环境湿度不应大于85%，刷漆过程中应均匀且不流坠。现场焊缝两侧50mm范围内安装之前不涂漆，待安转焊接完毕后再进行补漆。钢梁顶部、钢梁伸入墙内范围、连接板与钢梁的接触面不进行喷漆。

2.2.4钢梁安装

①安装前按图纸点查复核构件，将构件依照安装顺序运到安装范围内，在不影响安装的条件下尽量把构件放在接近安装位置，以保证安装的便利；

②钢梁就位：

较小的钢梁采用人工就位；

较长较重的钢梁采用人工配合2t倒链，用倒链缓慢均匀提升，当钢梁到达指定位置将其端部安装到墙体洞口内，进行固定稳固；若为与钢梁连接则钢梁到达指定位置，梁钢梁孔与连接板孔重合，立刻穿螺栓进行固定；

2.2.5补漆：对由于安装而掉漆的部位及焊接部位进行打磨，并涂红丹底漆两道；

对钢梁外露部分进行涂刷面漆一道，涂膜总厚度不小于125微米。对进行防火处理的部位可仅进行防锈防腐处理，不涂面漆，底漆漆膜厚度不小于70微米。

2.3.焊接作业

2.3.1施工准备：

电焊条：所选用焊条必须严格按照规范要求。严禁使用过期或药皮脱落、焊芯生锈的焊条。焊接前应将焊条进行烘焙处理。

2.3.2作业条件：

准备好所需施焊工具，焊接电流。

焊工应经过考试，并取得合格证后才可上岗，如停焊超过半年以上时，应重新考核。

施焊前焊工应复查组装质量和焊缝区的处理情况，如不符合要求，应修整合格后方能施焊

2.3.3操作工艺要求：

多层焊接应连续施焊，其中每一层焊道焊完后应及时清理，如发现有影响焊接质量的缺陷，必须清除后再焊。

焊缝出现裂纹时，焊工不得擅自处理，应申报焊接技术负责人查清原因，订出修补措施后才可处理。低合金结构钢在同一处的返修不得超过两次。

严禁在焊缝区以外的母材上打火引弧。在坡口内起弧的局部面积应熔焊一次，不得留下弧坑。

为了减少焊接变形与应力必须采用如下措施：

焊接时尽量使焊缝能自由变形，大型构件的焊接要从中间向四周对称进行。

收缩量大的焊缝先焊接。

对称布置的焊缝应由成双数的焊工同时焊接。

长焊缝焊接可采用分中逐步退焊法或间跳法焊接。

采用反变形法，在焊接前，予先将焊件在变形相反的方向加以变弯曲或倾斜 ，以抵消焊后产生的变形，从而获得正常形状的构件。

采用刚性固定法：用夹具夹紧被焊零件能显著减少焊件的残余变形及翅曲。

锤击法：锤击焊缝及其周围区域，可以减少收缩应力变形。

3经济、社会效益：

通过本课题的研究，认真提炼预解决钢结构加固混凝土结构施工的关键技术和管理措施。使技术和管理良好的结合，力争在质量、进度、科技推广和创新等方面进行总结，在提高本工程钢结构加固技术的同时为今后同类建筑的施工提供指导性可操作性依据。

4结论

5.1 结论

随着建筑市场的逐渐饱和，未来的房屋加固改造作业市场将逐步扩大，加固改造作业可能成为将来的施工单位的业务主流，所以对此类作业非常有必要对其施工工期，经济效益等内容进行分析，已本项目施工经验为后续施工作业提供经验及理论依据，确保施工工期，提高经济效益。

5.2 展望

目前，对工字钢梁加固代替传统结构加固研究成果仍处在仅对本项目及相邻相似施工条件项目具有适应性阶段。后续研究应加强不同工况、不同项目之间的可适用性。

参考文献：

[1]任孝成. 框架柱混凝土部分置换联合工字钢支撑加固技术研究[D]. 四川:西南科技大学,2022.

[2]查炀昊,杨春. 某别墅框架结构改造加固方案研究[C]. //第27全国结构工程学术会议 论文集. 2018:507-510.

[3]吴学红. 建筑结构加固方案的模糊优化设计及其应用研究[D]. 陕西:西安建筑科技大学,2003. DOI:10.7666/d.y536838.