【钢构知识】钢结构加固详解（2）–各类构件加固方法

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一、吊车梁系统的加固

吊车梁系统的加固包括吊车梁、制动结构、辅助桁架、支撑和各种连接的加强和修复，以及轨道调整。

加固材料、连接材料的选用，荷载组合、水平荷载增大系数的确定和构造要求等应符合国家现行标准的有关规定。因加固处理改变了构件和连接的疲劳计算类别时重级工作制吊车梁或重级、中级工作制吊车桁架应根据现行《转自：规范》的规定按加固后的类别重新验算疲劳强度。

吊车梁系统的加固上翼缘与腹板的形连接焊缝和腹板受压区出现的裂缝，可进行修补。修补裂缝时，然后填补新焊缝。条件允许可用两块板做吊车梁与合国家现行标准的有关规定。因加固处理改变了构件和连接的疲劳计算类别时作制吊车桁架应根据现行《转自：规范》算疲劳强度。应先沿裂缝加工坡口，坡口两端超出裂缝端头形加固，宜同时在轨道下设置直接铺设在上翼缘的垫梁或垫板。在保证焊缝质量的前提下。

吊车梁受拉翼缘和腹板受拉区或吊车桁架受拉杆及其节点板上出现疲劳裂时，应更换整个结构或整个零部件。上翼缘和腹板受压区的局部凹凸变形可用机械矫正法矫平，也可用加劲肋加固。下翼缘和腹板受拉区的局部凹凸变形，不得用加劲肋加固。

制动桁架破坏较严重时，宜改用制动板。制动板与吊车梁上翼缘的连接宜采用高强度螺栓连接，也可采用焊接。垂直支撑发生破坏但不牵连其他结构构件时，在保证系统有足够的空间稳定性的情况下，可以不进行修复或加固。松动的高强度螺栓应及时更换新螺栓，不得将松动螺栓拧紧后继续使用。制动结构与吊车梁或吊车桁架的连接发生破坏时，宜改用高强度螺栓连接。

吊车梁与柱子的连接发生破坏时，宜改用板铰连接。柱子的板铰连接轨道在垂直方向上的偏差不满足要求时，可抬高吊车梁或在轨道下加设垫板或垫梁来调整。轨道在水平方向上的偏差不满足要求时，宜移动吊车梁来调整。移动轨道进行调整时，必须采取措施防止吊车梁上翼缘与腹板的连接处出现疲劳破坏。

当吊车梁腹板上部出现裂纹时，应检查和先采取必要措施如调整轨道偏心等，再采用堵焊的方法修补裂纹，然后根据裂纹的严重程度和吊车工作制类别分别选用图6中的方法来进行加固处理。

二、钢柱的加固

1、柱子卸荷法

当必须在卸荷状态下加固或更换新柱时，可采用设置临时支柱（图1）或“ 托梁换柱”（图 2）来对结构进行卸荷。

当仅需加固上部柱时，可以利用吊车梁桥架支托起屋盖（屋架），使柱子卸荷。当下部柱需要加固、或工艺需要截去下柱时可在适当部位设一永久性托梁或托架，将上部柱荷载（包括吊车梁荷载）分担于邻柱，如（图2）采用此法时，应考虑到用托梁代替下柱后，托梁将产生一定的挠度，迫使原屋架下沉，从而可能损伤与此屋架相连构件的连接节点。为此可预先在托梁上加临时荷载，使托梁具有预先挠度；采用此法的顺序是先加固邻柱、焊接托梁与邻柱、加临时荷载、焊接托梁与中柱、卸下临时荷载、加固或截去下部柱。

2、钢柱常用加固方法

（1）、一般补强柱截面用钢板或型钢，采用焊接或高强螺栓与原柱连接成一个整体。

柱截面加固时，新增钢板在长度范围内遇到横向加劲肋或缀板等零件时，一般应将横向加劲肋或缀板等割断，待柱肢加固结束后，再将它们焊接复原。当需要更换锚钉加固时，需将原先的全部铆钉孔或部分铆钉孔的孔径扩大以避免因铲除原铆钉而引起的孔壁损伤。

（2）、改变结构计算图形减小柱外荷载或内力

改变结构计算图形的一般方法中，有许多可以用来加固柱。将屋架与柱铰接改为刚接，减小了柱计算弯矩，柱子截面就可不加固了，但对屋架杆件必须验算。

（3）、增设支撑

增设支撑用以减小柱自由长度，提高承载能力。（图 3）为增设支撑形式，在截面尺寸不变的情况下提高了柱的稳定性。

（4）、在钢柱四周外包钢筋混凝土进行加固，可明显提高承载能力。原来的型钢柱（或构架）截面尺寸不是很大，可采用全截面外包混凝土加固（如图4a）；

如果原钢构架柱的截面较大或原柱承载力差得不多，或因压肢稳定等因素所致的原柱承载力不足，则只需对压肢作外包混凝土的办法予以加固，形成组合结构（如图4b）外包混凝土中应配置纵向钢筋和箍筋。纵向钢筋和箍筋的构造要求与普通钢筋混凝土柱相同。外包混凝土的边缘至型钢光面边的距离不宜小于50密密麻麻mm. 至型钢凸缘面间的距离不宜小于25mm. 柱的截面承载力可采用劲性钢筋混凝土结构的计算方法进行设计。

3、柱脚加固法

(1)柱脚底板厚度不足时的加固

增设柱脚加劲肋，以减小底板跨度，达到减小计算弯矩的目的（图5a）.

在柱脚的型钢间浇筑混凝土，使柱脚底板成为一个刚性很大的块体。为了增加柱脚表面的粘结力，施工前应将柱脚表面的油漆和锈蚀物清除干净，同时焊以间距约150mm的Φ16-Φ20的插筋（图5b）.

(2) 柱脚锚固不足时的加固

当钢筋混凝土基础较宽时，可采用增设附加锚栓的方法加固见（图6a）施工时首先在混凝土基础上钻出孔洞，然后插入附加锚栓，并浇筑环氧砂浆或硫磺砂浆予以锚固。孔洞直径不小于锚栓直径d+20mm 。深度应不小于30d.增设锚栓的上端用螺帽拧紧压在柱靴梁上的挑梁上。

另外，也可采用将整个柱脚包以钢筋混凝土的方法加固，新配钢筋应伸入基础内，与基础内原钢筋相焊接（见图6b）。

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当底板面积不够时，可采用加宽底板、增焊加劲肋的方法进行加固（如图7 所示）。

三、钢梁的加固

1、钢梁卸荷方法

钢梁及吊车梁加固应尽量在负荷状态下进行，不得已需卸荷或部分卸荷状态下加固时，可以采用临时支柱卸荷；对于实腹式梁设置临时支柱时应注意临时支柱处实腹梁腹板的强度和稳定，以及翼缘焊缝（或钉栓）强度；对于吊车梁来说，限制桥式吊车运行，即相当于大部分已卸荷，因吊车梁自重产生的应力与桥式吊车运行时产生应力相比是极小的。

2、钢梁常用加固方法

（1）补增梁截面加固法

梁可通过增补截面面积来提高承载能力，焊接组合梁和型钢梁都可采用在翼缘和腹板上焊接水平板、垂直板和斜板来加固(如图1a-d)，也可用型钢加焊在翼缘和腹板上；当梁腹板抗剪强度不足时，可在腹板两边加焊钢板补强(如图1j)，当梁腹板稳定性不能保证时，往往不采用上述方法，而是设置附加加劲肋方法；用圆钢和圆钢管补增梁截面是考虑施工工艺方便(如图1k)。

（2）改变结构计算图形加固法

改变结构计算图形的一般方法中，有许多可以用来加固梁。（图2a）把支座部分的梁上下翼缘焊上钢板，使各单跨梁变成连续体系，该钢板所传递的力应恰好与支座弯矩相平衡，连续后可使跨中弯矩降低15%-20%,会导致柱子荷载的增加，应验算柱子。

(图3d）是长斜撑加固，长斜撑支在柱基上，虽用钢量多一点又较笨重，但能减少柱子内力；(图3c)是短斜撑加固，短斜撑支在柱子上，将给柱子传来较大水平力，虽用钢量少一点，但只能在柱子承载能力储备足够时才能采用。这两种方法一般采用焊接方法连接斜撑和梁，验算时要考虑梁中间部分（斜撑支点之间）会产生压力，有时需要加固梁截面，（如图4）。

当梁的荷载增加时，为避免加固柱子和柱基，这时可采用(图3a)在新基础上设置垂直支撑（支柱）最为有利，但需要做新基础，总的看不比(图3c）和（图3d）加固方案经济多少。

在层高较高的房屋内，(可参照图5 ）的方法采用固定于上部柱的吊杆加固梁。由于吊杆不沿腹板轴线与梁相连，故梁又受扭；吊杆应是预应力的，吊杆按预应力和梁计算荷载引起的应力总和确定。

(3)下支撑构架加固梁方法

当允许梁卸荷加固时，可采用下支撑构架加固（见图6a、b），各种下撑杆使梁变成有刚性上弦梁桁架，下撑杆一般是非预应力的各种型钢（角钢、槽钢、圆钢等），也可用预应力高强钢丝束加固吊车梁，加固件全部应连接到梁横向加劲肋或腹板上，若连在下翼缘会降低抗振性能。

四、屋架、托架的加固

1、屋架、托架卸荷方法

屋架或托架的加固也应尽量在负荷状态下进行，不得已必须卸荷或部分卸荷状态下加固或更换时，可采取（图1）所示卸荷方法。

（图1a ）在屋架下弦节点下设临时支柱，而临时支柱直接由地面升起。（图1b）是把临时支柱安在吊车桥架上，或在桥架上设置脚手架，用千斤顶将屋架荷载传递到脚手架上；这样利用桥式吊车不占用吊车以下厂房空间，而且吊车可以行驶，屋架加固可逐榀进行，提高效率；临时支撑的支点应在桁架节点处；卸荷办法都会使生产受到严重影响。

托架也可采用类似 (图1a) 方法卸荷，由于托架处于吊车运行范围以外，故其卸荷对生产影响程度小一点。(图 1c）是在屋架下弦节点组成撑杆式结构，通过张紧其拉杆对屋架进行改变应力卸荷。此时，屋架应根据千斤顶或撑杆压力进行承载力验算，且应注意杆件内力是否变号或增大，如个别杆件、节点承载力不足时，卸荷前应对其进行加固。

2、屋架（托架）常用加固方法

钢屋架（托架）加固方法类型较多，应根据原屋架存在问题、原因、施工条件和经济条件选择。

（1）补强杆件截面加固法

屋架（桁架）中某些杆件承载能力不足，可以采用补增杆件截面方法加固，一般桁架杆件补增截面都采用加焊角钢或钢板或钢管加固，（图2）为上下弦杆截面加固补强形式示图，（图2a、b、c、g）上下弦都适用，而(图2d) 用在上弦时要拆除屋面，(图2e、f) 适用下弦截面加固。(图3)为腹杆截面加固补强形式，(图3a)适用于原杆件弯曲不大杆件，(图3d)适用于采用圆钢加固，适用于拉杆，如改用钢管补强，也可用于压杆。用圆钢、圆钢管补强截面，可使截面形心移动极小，不破坏屋架杆件对中。(图3f、g、h)适用于十字形截面竖杆加固补强。（图3i、j）适用于单角钢腹杆加固补强。

(2)改变结构计算图形加固法

改变结构计算图形的一般方法中，有许多可以用来加固屋架。增设支撑或支点，可增加屋架空间刚度，将部分水平力传给山墙，提高抗震性能，故在屋架刚度不足或支撑体系不完善时可采用。利用再分式杆件减少压杆长细比，增加原有杆件截面的承载能力。

使原铰接钢屋架改变为连续结构，单跨时铰接改刚接也同样改变屋架杆件内力；支座连接变化能降低大部分杆件内力，但也可能使个别杆件内力特征改变或增加应力，所以对改变支座连接后的屋架，应重新进行内力计算。

利用预应力筋（高强度钢材或高强钢丝束效果好），降低许多杆件内力；增设元宝式预应力筋，用直线形预应力筋;应在两节点焊上刚性臂才能施加预拉力，用折线形预应力筋。

(3)撑杆构架加固法

(图4) 是桁架下增加撑杆构架加固，增加的构架拉杆可以锚固在屋架上，也可锚固在柱子上，增加的构架撑杆通过立杆的上顶力对屋架起卸荷载作用。为了产生上顶力，先用千斤顶使拉杆和屋架距离拉大，然后安装撑杆。利用撑杆构架加固屋架会影响吊车行走，故适宜于无吊车厂房或用于托架等桁架。

（4）卸载法

减轻屋面荷载加固法是卸载法中最常用的一种。减轻屋面的荷载即可减小屋架每根杆件的内力，有效地提高屋架的安全度，全面地解决屋架抗裂性及承载力问题。减轻屋面荷载的方法主要是拆换屋面结构和减轻屋面自重。例如，将大型屋面板改为瓦楞铁或石棉水泥瓦，将屋面防水层改用轻质薄层材料等。

双重承载体系法也是一种卸载方法，是在原屋架旁另加设屋架以协助原屋架承重。设置方法之一是在原两榀屋架间增设屋架，使其不仅协助原屋架承重，还减小屋架的间距和屋面板的跨度。但是，增设屋架的搁置问题往往较难解决，且应注意在屋面板的中间支点处（即增设的屋架处）不应产生负弯矩。另一种做法是在原屋架的两边各绑贴一榀新屋架。新屋架一般采用钢屋架或轻钢屋架。

由于新加设屋架不仅施工困难，耗钢量大，而且它不易与原屋架协同工作，因此这种加固方法只有当其他加固方法施工十分困难或经济上太不合算，或屋架卸载不允许的情况下才使用。当屋架及屋面结构破损较严重，基本失去加固补强意义时，应将原屋面结构拆除，更换新的屋架及屋面结构。这种方法只是在不得已的情况下才采用。