不均勻沉降引起損壞的工業鋼結構加固設計

張運來

（山西正和熱電工程有限公司 山西太原 030012）

1 鋼結構在工業設計中的重要性

一個國家工業發展水平就代表了其經濟發展水平，世界上的發達國家都是工業化國家。作為發展中國家，與發達國家相比，我國的工業還存在許多問題。比如總體水平低，現代化程度差，科學技術上明顯滯后，工業生產效率也較低。因此，工業經濟的轉型勢在必行。配合著工業方面的轉型，鋼結構在工業領域的應用也將進入到一個新的階段。工業中體量大小差異很大的建、構筑物很多，需要滿足的功能要求也多種多樣，各方面的限制因素等都導致結構樣式要比較靈活，因此鋼結構的應用必將占據很大的部分。隨著時間的不斷推移，工業與鋼結構之間形成了一種相互促進、互利互惠的關系。這種關系也決定了兩者緊密的聯系。

2 工程概況

某公司有直徑12.5m、高43m的大型筒倉36個，每18個為一區，用厚2m的鋼筋混凝土底板連成整體，中間為13層高達78m的鋼框架機械樓。圖1為機械樓平面。

圖1 標準層平面示意圖

機械樓鋼結構由受彎梁柱和僅受軸力的斜撐組成，梁和斜撐與柱的連接均按鉸接設計。由于筒倉施工未能對稱于機械樓進行，一期筒倉建成并裝糧后不久導致機械樓基礎產生明顯不均勻沉降。二期筒倉剛建至地面以上，機械樓不均勻沉降達10cm以上，結構已嚴重受損，該公司委托同濟大學進行檢測分析和加固設計，以將機械樓柱與筒倉相連的方式進行簡單加固處理。二期筒倉建成使用至今現發現機械樓部分斜撐出現較大面外變形，連接機械樓與筒倉的部分支撐受壓屈曲，結構安全性和適用性受到明顯影響，需及時對鋼結構機械樓進行加固處理。

3 機械樓檢測

（1）一、二期筒倉基礎不均勻沉降導致機械樓鋼結構東西方向產生明顯變形，10層以下的橫向框架受壓支撐大多屈曲，整體出現明顯的面外鼓曲變形。

（2）部分支撐由于設備安裝時的野蠻施工而被截斷，又未采取其他有效措施補強，導致原按只受拉不受壓設計的交叉支撐體系失效，機械樓鋼結構整體抗側剛度和穩定性嚴重不足。

（3）多數支撐與框架連接節點構造不符合規范要求，表明制作加工及安裝質量不夠理想，達不到設計對支撐的要求，是影響支撐性能的主要原因之一;部分橫向框架支撐翼緣由于其他構件穿過而開洞，截面嚴重削弱，導致支撐剛度和承載力嚴重不足，是破壞的重要原因。

（4）與一期筒倉相連的水平撐桿未發現鼓曲失穩變形，少量節點部位螺栓出現松動脫落，二層撐桿與筒倉連接處混凝土出現明顯的拉裂。與二期筒倉相連的水平交叉撐桿，東北向的支撐基本均受壓失穩，發生鼓曲變形。

（5）除個別部位外，梁、柱未見明顯破壞，梁柱節點未見明顯破壞。雖然由于支撐破壞導致結構出現了遠大于規范允許的層間側移，但梁、柱構件本身并未出現明顯破壞。

4 加固設計

4.1 加固方案

綜合各方面情況，采用如下加固方案：先將機械樓每榀橫向框架與筒倉用6根j15.24預應力索進行連接，然后在每榀框架每一層均增設柱與筒倉的連接撐桿。八層撐桿截面為HM250×175×7×11，2～7層撐桿截面為 HN220×125×6×9，鋼材均為 Q235。

4.2 關鍵節點

4.2.1 預應力索與框架柱連接

在框架柱腹板兩側各焊接一塊錨固板，將6根索分為兩部分分別固定在錨固板上，同時加焊加勁板。

4.2.2 預應力索與筒倉頂板連接

通過粘鋼和化學錨栓的方法將槽鋼固定在鋼筋混凝土筒倉頂板面上，再將預應力鋼絞線通過加勁板固定于槽鋼內，并放置轉向塊進行分級張拉。預應力鋼絞線錨固處均應支模澆筑高強灌漿料保護，且做防水處理。

4.2.3 筒倉與機械樓新增水平撐桿

支撐桿與筒倉及柱連接均為鉸接，筒倉端的節點板通過灌粘鋼專用膠和植化學錨栓與筒倉固定，支撐桿長度根據筒倉與每根柱的距離確定，其中KJ2～4的每一柱節點設2個與柱子軸線成一定角度的支撐桿，以使每個支撐桿與筒倉距離最短。

4.3 加固效果分析

通過加固，機械樓仍保持穩定，與筒倉相連的撐桿只有極少數破壞?？傊?，工業鋼結構在地基不均勻沉降作用下已嚴重損壞，對此需要采取有效的方法進行加固，從而確保結構質量。

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