某钢结构大厦箱形柱加固与陶粒砼施工技术

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摘要：介绍某大厦在建设施工中发现地上一至三层个别箱形钢柱壁板中有夹层缺陷，大楼已施工至一十三层。经检测鉴定、分析设计，确定采用柱身四面加立筋、中间环行加箍筋，焊角钢挂钢筋网片，浇灌陶粒混凝土的加固施工技术，取得了良好的效果。

关键词：箱形柱 加强筋 钢筋网片 陶粒混凝土

1.引言

某钢结构大厦已施工至一十三层时，在工厂制作过程中发现钢板有夹层现象。大厦设计建筑高度98.8m，引起了高度重视，决定对所用钢板进行过筛式检测，尤其是有夹层的同批材料逐块进行密集性超声波探伤，检测结果只发现同批次同厚度规格的钢板中有此缺陷，并决定此批次以及同厚度其它批次的钢板停止使用，对已用钢板追溯到具体钢柱用在已建大厦的一至三层，查编号落实钢柱在每层的确切位置，然后对其重点检测 ，对其余钢柱也做了一般性检测，最终发现有5根钢柱的中间有局部夹层现象，夹层多在钢板平面中心顺着轧制方向，宽度约100mm，长度最长达1000mm，缺陷厚度δ＜0.1mm。

大厦一至三层设计层高为4.6m，主柱结构见图1所示，裙房高四层其柱截面为750×750×24mm，结构形式与主柱相似。

2.整体思路及抗力验算

依据《钢结构设计规范》、《钢结构加固技术规范》、《高层民用建筑钢结构技术规程》和《建筑钢结构焊接技术规程》对有缺陷钢柱的抗力进行验算，以便计算确定加固的方案：1）结构材料的现有强度，分层后要考虑材料的强度折减和沿截面分布状况；2）结构现有的实际刚度，这对确定超静定结构的弯矩分布至关重要；各种资料收集齐全后，根据加固要求、结构现状、施工现场及条件、材料供应的可能性，作出加固方案，加固后筋板布置和横截面结构见图2示意。

2.1 翼缘板、腹板加固

沿箱形柱的翼缘板和腹板外侧焊接筋板20mm×50mm×3920mm，在环板处断开成两节；在柱身中间外侧四周焊接20mm×50mm×3800mm环形横板一块，见图2a示意。

2.2 平台梁处加固

在楼层平台梁处，上下翼缘板四角地方焊接18mm×50mm×300mm的直拐角筋板，与平台梁翼缘板组成双层环形箍状劲板，每层柱身即有三道环形加强板，见图2C示意。

2.3 陶粒混凝土加固

在柱身外侧焊接两排上下间距450mm∠45×5mm的角铁，以方便φ4mm钢筋网片绑挂。然后装模板预留100mm的间隙准备浇灌CL40陶粒砼，这样就形成内灌C40砼外包CL40陶粒砼箱形结构柱，见图2b示意。

3.加固构件的制备

无论翼板、腹板的竖向筋板的坡口，还是环行箍筋板和平台梁翼缘处拐角筋板的坡口，都用氧―丙烷火焰割出，其坡口或待焊边缘以及它们周边的30mm宽度范围，都应打磨至呈金属光泽，如图3所示。平台梁上下翼缘板加固焊的坡口形式见图4，打磨和加工坡口是保证焊缝熔深和不含气孔的重要措施。

4.钢柱脱漆处理

为保证筋板、陶粒砼与钢柱紧密结合牢固，需将钢柱表面油漆进行清理即脱漆处理。本工程使用RSB-703溶剂脱漆剂，此脱漆剂是由芳香族化合物,高溶解力溶剂配合而成液体,具有极强的溶解漆膜的能力,脱漆速度快,效率高，脱漆时间可节省20%左右。

5.加固工程的组装

5.1 坡口间隙

钢柱四侧竖向筋板及中间环行筋板与柱之间的装配间隙要求不大于1mm/m，见图5示意。在遇钢柱纵缝或横缝时，将筋板对应处开出过焊缝豁口来保证组装间隙。

5.2 平台梁上下翼缘板与筋板的装配

由于平台梁上翼缘处的焊接处于仰焊位置和下翼缘焊接的操作空间比较小,故将焊缝设计为单V型坡口不留钝边,组装时不留间隙,组装情况见图4所示。

5.3 焊道处打磨

钢柱经脱漆处理后，需用清水冲洗擦干，并将焊道处的35mm范围内的污迹、氧化皮磨去呈金属光泽。

6.焊接

(1)焊接方法采用半自动CO2气体保护焊，焊接材料用ER50-6、直径φ1.2mm焊丝，焊机选用NBC-500Ⅲ型数字化焊机。

(2)强调从下往上焊，即先焊环形筋板下面的竖筋板，然后焊环形板和焊环形筋板上边的竖筋板、平台梁翼缘板处的加固焊缝，最后定位焊接固定钢筋网片的角钢。

(3)强调从两端焊接向中间即在焊接柱身贴板时，由两组焊工从两端向中心施焊，避免筋板在焊接过程中焊点开裂，影响施工的进展。

(4)强调先仰焊后平焊，保证焊角尺寸。

(5)平台梁上翼缘处的拐角加强板只做仰焊、下翼缘筋板采用双面角焊缝。

7.陶粒混凝土灌注

(1)在焊接好筋板和角钢钢柱的四个侧面，用铁丝绑扎钢筋网片规格为80×80×5mm。

(2)待绑扎好后在紧靠角钢的端面立模板，在模板四周用双头螺栓锁紧固定，不得有缝隙，并在顶部即平台梁下翼缘处留浇注口。

(3)按CL40强度成分要求配制陶粒砼，用搅拌机混制。人工进行灌注，并用振动棒震实。浇灌口处最后可用陶粒混凝土手工进行封填，然后素灰抹光。

8.结束语

建筑工程中的钢结构不可避免地存在各种缺陷和损伤。为确保结构安全工作，根据对检测结果的分析，对钢板有夹层钢柱进行外焊筋板、角钢挂钢筋网片、包陶粒混凝土的方法进行加强，可以恢复钢柱的承载能力；采用陶粒砼轻质高强结构，可提构件的抗裂性，提高了建筑的整体刚度。

按照上述的加固方案和施工方法及步骤，大厦箱形钢柱壁板夹层加固处理后，达到了预期的加固效果。

参考文献

[1]中国工程建设标准化协会标准.CECS77：96钢结构加固技术规范[S].北京.中国建筑工业出版社.1996.

[2]朱光照.铆焊结构焊接加固的施工和监理[J].现代焊接.2009年第12期.35-37.

作者简介：杨建民（1983-）男,河南省西华县人,助理工程师,现从事钢结构设计和详图技术工作。

宋统战（1957-）,男,河南省武陟县人,1982年郑州工学院毕业、1988年西安交通大学焊接专业结业.高级工程师、国际焊接工程师，现在河南天丰集团从事钢结构生产制造工艺和金属连接工艺技术工作。

王新华（1986-）,男,河南省新乡人,2010年安阳工学院毕业,工学学士,现从事钢结构设计和图纸分解工作。