某宾馆大厅新建钢结构工程的加固设计

某宾馆大厅新建钢结构工程的加固设计摘要:某宾馆的钢结构大厅因设计时构件截面选择不当等因素，对该结构重新进行了内力和位移验算。

根据验算的结果，结合现场检测获得的材料及结构性能参数，对不满足要求的构件进行了加固设计。

在各种加固方案对比的基础上，本工程采用体外预应力法加固构件，并对两种布索方案进行了详细的分析与比较，最终得出既满足要求又不影响结构使用功能要求的最为经济方便的加固
方案。

关键词：结构加固设计；钢结构；框架结构；体外预应力
abstract: because of some hotel steel structure lobby component section inappropriate selection factors in the design, we redo the internal force and displacement calculation to the structure. according to the calculation results, combined with the material obtained and structural parameters components in the field testing, we do the reinforcement design of the component that is not meet the requirements. on the basis of the various reinforcement schemes comparison, this project adopts the external pre stressing reinforcement component, and analyzes in detail and compares these two kinds of cable schemes, and finally obtains the most economical and convenient reinforcement scheme which both meets the requirements and does not affect the structure
use functional requirements.
key words: structural reinforcement design; steel structure; frame structure; external pre stress 中图分类号：tu391 文献标识码： a文章编号：2095-2104（2012）
1工程概况
某宾馆大厅的新建钢结构工程的主体结构为单层框架结构(如
图1, 2 所示)，长23.7m，宽7.3m。

框架梁柱的钢材均采用q345钢。

框架柱与基础的连接采用刚接；框架柱与框架主梁的连接方式亦为刚性连接，各榀间的次梁与框架主梁两端铰接。

由于业主对该工程没有足够的重视，没有进行严格的设计计算，生搬硬套其他工程的设计图纸，导致该工程尚未完工就已发现钢梁的挠度过大，影响了结构正常使用。

由于原设计施工的结构不能满足正常使用的要求，因此必须按照《建筑结构荷载规范》[1]考虑结构的荷载，并且按照《钢结构设计规范》[2]
作者简介：朱诚诚（1986-），男，江苏东台人，东南大学工学学士，
对结构进行校核及进行相应的加固处理。

图1单层框架结构立面布置图
2原框架结构分析
本文框架结构的分析主要借助于通用有限元分析软件sap2000。

根据《建筑结构荷载规范》[1]并参考实际结构的使用情况，取钢结构大厅的楼面恒荷载为6.0、楼面活荷载为1.0。

分别计算结构在自重及楼面恒荷载、活荷载单独作用下的内力值。

本文为验算框架梁柱的强度、稳定
表1 原框架结构分析结果
注：应力比表示上下翼缘、腹板三者应力比中最大值;数字下加“_”表示不满足设计要求。

性以及竖向位移，主要考虑3种荷载组合：（1）1.2恒+1.4活；（2）1.35恒+1.0活；（3）1.0恒+1.0活。

根据内力计算的结果，按《钢结构设计规范》(gb50017-2003)进行了梁和柱的强度以及稳定性验算。

通过计算(见表1)得知：应力超标以及挠度过大等问题主要集中在轴线q到s段，需要对此区段的梁柱进行加固。

图2单层框架结构平面布置图
图3框架结构sap2000计算模型图
3结构加固设计
3.1 加固方法的选择
目前钢结构的加固方法主要可以归结为: （1）加大构件截面法（如粘钢法）；（2）改善结构受力体系（如增设梁柱等）；（3）预应力技术加固法。

常用的加大截面的加固方式主要有：加大截面高度、加厚翼缘板、变工形截面为箱形截面等方式。

而增大钢结构截面的主要加固
方法为粘钢或贴碳纤维布。

这两种方法对结构本身损伤比较小，而且这几年国内发展的比较快，应用也逐渐增多，但在钢结构建筑物加固应用相对不多，特别是在正常使用情况下的使用寿命仍然是个问题。

而且粘钢或碳纤维的施工难度比较大，必须要将原结构表面进行处理、磨平、光滑后才能粘贴。

结构承受动力荷载或高温时可能产生脱胶。

若将此类方法应用于正在使用的钢结构大厅工程中，施工会比较困难而且工期也较长，不能保证加固效果的同时花费的代价反而很大。

增设梁柱等改善结构受力体系的加固方法可以有效并较为明显地降低结构的荷载效应，从而使结构的承载能力满足所需要求，且这种方法的投入不高，经济效益非常好。

当建筑结构无任何特别要求时，此种方法可行性很强。

但不适用于要求大空间等结构中（如本工程的钢结构门厅）。

体外预应力技术加固方法是指将预应力筋布置在待加固结构构件的截面之外，通过改变结构的传力途径减少构件的荷载效应，同时在结构的原有基础上提高结构的承载能力，改善结构的变形性能，降低杆件中的应力，能使受损工程结构恢复其原有的技术功能，从而满足新的承载条件和使用功能的要求。

结构由预应力筋、管道、防腐材料、转向块、锚固系统等部件组成。

由于预应力筋布置在构件截面外，截面面积很小，横载的增加很少；预应力筋仅在端部，两撑杆的转向块处与钢梁反生接触，摩擦损失远小于常规的预应力混凝土结构，且孔道防腐材料灌注质量非常容易检查，防腐质量能
够得到保证；在结构正常使用期间，可随时检查力筋状态，补拉应力损失，甚至替换失效钢束；体外预应力筋布置灵活，可以根据需要布置线型（本例中采用折线式），优化布筋，可以全梁加固，也可以有针对性地进行局部加固[6]。

施工简单易行，投资较少，在不影响使用的情况下仍可以方便有效地进行。

国内外的一些实践均表明，在对已有钢结构的加固及维修中，体外预应力技术显示了自身的简捷与效益。

鉴于以上所述的预应力法加固的优点，并考虑实际工程情况，本工程选择用体外预应力法来
加固框架的钢梁。

3.2线形布置方式
加固现有钢梁时，体外预应力筋的线形可用直线形、折线形，也可采用与梁弯矩图相似的抛物线形。

其中最为简单、方便的是直线布置预应力筋，但对于简支梁，由于外荷载在支座附近产生的弯矩很小，力筋沿梁全跨直线布置并不太好，预应力施加反而导致支座附近过大的不利应力。

沿梁抛物线线布置预应力筋可很好地增大预应力效应，但抛物线线形要求设置很多转向块，这大大增加了施工的难度。

考虑本工程的实际情况，本工程采用折线形布置预应力筋。

折线形布置即在距梁端一定距离处下设支撑杆，形成一个由被加固构件和下撑式拉索组成的复合超静定结构体系。

本工程为大厅结构，采用双折线线形布置预应力筋，并将预应力筋扩大到梁高范围以外，从而进一步地加大预应力的效应，如图4。

同时文中分别
对图4a及图4b两种布索方案的加固效果进行了比较。