岩土工程师辅导：结构处理旧钢加固改造施工技术

　　1、概述

　　在我国的社会主义建设中经常遇到为节省投资和时间，在考察论证后而重新利用结构还比较完好、经过处理加固可以投入使用的原有旧钢结构的施工工程。但由于这些旧钢结构使用的年份都可能比较长、锈蚀损坏的程度也比较严重、原有钢材的化学成分及力学性能也不清楚、而且都是带着荷载进行施工的，所以其施工难度较大、技术要求较高、危险性也比较大，因此必须要掌握一整套施工技术和必须确定实用可行的施工方案及施工措施。本人有幸在2001年6月至2002年12月主持了中国援助巴巴多斯的奇普塞德市场(Cheapside Market)改扩项目的施工实施，通过这个项目中的旧钢结构处理、加固、改造的施工实践，研究总结掌握了这方面的施工技术和方法，通过本文介绍给大家，供有关人员参考借鉴。

　　2、改扩建项目的旧钢结构原状、设计要求和施工实施情况

　　2.1项目简介

　　奇普塞德市场改扩项目是中国援助巴巴多斯国的一个低息贷款项目，它是利用英国人在1933年建造的经过了近70年使用的一个旧钢结构菜市场上进行改扩建的大型市场建筑工程。施工图纸是湖南省建筑设计院设计的，图纸除对原有旧钢结构部分进行处理加固改造保留外，全部拆除了原有的维护结构及其他部分，增加了钢筋混凝土框架夹层和电梯、空调、冷库、冷藏陈列柜等机电设备，总建筑面积6，200m2，其中钢结构部分建筑面积3，600 m2、夹层建筑面积2，400m2、垃圾处理站建筑面积200m2，屋檐高度8.6m、屋脊高度11.7m.

　　2.2原有旧钢结构和锈蚀现状

　　旧钢结构由66根钢柱子和86榀钢屋架组成，全部为普通螺栓连接;原有旧型钢取样12件寄回中国，经过北京市设备安装公司检验评定为相当于20#钢的化学成分和力学性能，并建议用国内的HPB235新型钢和原型钢焊接，其焊条为国产E4315-J427;根据对原有旧钢结构现状的观察和初步的鉴定，大约有6种锈蚀程度和损坏情况，归纳如下：

　　(a)少数的钢柱子和钢屋架的型钢表面全面地覆盖着氧化皮层但几乎没有腐蚀;

　　(b)大部分的钢柱子和钢屋架的型钢表面已经发生腐蚀，但程度不太厉害;

　　(c)沿外维护墙四周和南面沿海的钢柱子和钢屋架的型钢表面覆盖的氧化皮层因腐蚀而剥落或可以剥除，并带有一些稍深的点锈;

　　(d)少数钢柱子型钢表面覆盖的氧化皮层因腐蚀而全面剥落或可以剥除，并普遍带有一些稍深的点锈，断面的翼缘严重削薄和锈穿;

　　(e)少数钢屋架下的抗风桁架的部分杆件已锈断，需更换新杆件和加固处理;

　　(f)不少钢屋架下悬变形严重，需调直。

　　2.3设计图纸要求

　　对整个原有旧钢结构进行喷砂除锈，除去所有覆盖在型钢面上的氧化腐蚀锈层和清干净腐烂的洞穴;处理、加固和按图纸要求添加新杆件、更换8根新钢柱子，全部使用焊接方法，焊缝6mm-8mm;油漆涂装钢结构表面(5层125μm)。设计图纸改变了原有屋面只用铁皮瓦防水的做法，而在钢屋架上增加铺设了25mm厚木屋面板并做防水隔热层一道，上铺设新的彩色压型钢板防水屋面板，比原建筑增加屋面荷载很多，为此设计增设了1倍以上新的支承檩条和在原钢屋架上增加了超过1/3新的加固受力杆件。原有旧钢柱子的加固方案是根据除锈后的损坏程度在现场确定的，即在钢柱子损坏部位的四周分别焊10mm厚的加固钢板。整个项目的钢结构处理加固改造施工要求在高空带荷载进行作业。

　　2.4项目施工

　　工程是由中国建筑工程总公司巴巴多斯分公司实施的。根据现状、设计的要求和援外工程的特点，本人在钢结构开始施工前就编制了较详细的施工方案和实施计划，并层层向参于施工实施的技术管理人员和主要操作工人进行详细的交底。由于整个项目组思想重视、准备充分、工作认真、技术人员及操作工人的技术水平较高，这个项目的施工经过中国对外经贸部组织的老师验收组的检查验收，获得援外项目优良工程，和经过业主的各专业咨询工程师的检查验收，获得巴巴多斯国政府及有关人事的好评。整个项目采用新的型钢、连接板、焊条都是按检验评定报告上要求材质、型号从中国进口的。

　　3、旧钢结构处理、加固、改造施工方法和技术要点

　　3.1遵循的规范

　　《钢结构设计规范》(GBJ17-88);

　　《钢结构加固技术规范》(CECS77：96);

　　《建筑钢结构焊接规程》(JGJ81-91);

　　《钢结构检测评定及加固技术规程》(YB/T9257-96);

　　《钢结构工程施工及验收规范》(GB50205-95);

　　《涂装前钢材表面锈蚀等级及除绣等级》(GB8923-88);

　　《钢结构、管道涂装技术规程》(YB/T9256-96);

　　《钢结构工程质量检验评定标准》(GB50221-95)等。

　　3.2 实施程序

　　对原有旧钢结构考察、取样、实验、评定 → 确定处理、加固、改造方案 → 施工图纸设计 → 施工准备 → 施工实施作业 → 检查验收、评定、交付使用。

　　3.3 施工步骤和程序[1]

　　施工前期准备(新旧钢材取样实验，确定采购新钢材的材质和焊条、连接螺栓型号)→确定施工方案和技术交底→施工准备(图纸确认;核查来现场的钢材、焊条、连接螺栓等;确定工艺规程;确定预制生产场地;确定生产组织方式;确定生产计划;备齐施工设备、机具、防护器具等)→加固件、增加的新杆件和节点板、零部件等的预制加工→增加的新杆件与节点板地面拼装→搭设作业脚手架→喷砂除锈、清除旧钢结构表面覆盖的所有腐蚀的氧化层及渣物→测量旧钢结构现状的各种尺寸数据和矫正变形→搭设卸荷支撑钢架设施和卸除作业面处钢结构上的荷载→加固件和新增加的杆件与原有旧钢结构高空焊接(或螺栓连接)连接作业→连接后的杆件矫正→拆除卸荷支撑钢架设施→检查验收和测量有关数据→修整和油漆涂装作业→全面检查验收、老师评定→拆除作业脚手架。

　　3.4 施工实施中要掌握的技术要点和施工方法

　　1)对原有旧钢结构考察、取样、实验、评定工作一定要做好做细，必须要有权威的专业实验室对原旧钢结构和加固用的新钢材进行取样实验，并出具评定报告，确定需采购新钢材的材质和焊条规格型号(或螺栓)、焊接连接工艺的技术要求(或螺栓)。

　　2)根据现场对原有旧钢结构进行喷砂除锈、清除表面覆盖的所有腐蚀的氧化层及渣物后的现状，与设计一起讨论确定实用可靠的处理、加固、改造方案。

　　3)检查运至工地现场新钢材的材质和焊条规格型号(或螺栓)，一定要同实验室出具的评定报告要求一致，绝对不得任意改换;确实需要改换时，一定要实验室重新出具新的评定报告。技术管理人员和操作专业工人一定要细心核对用于具体施工部位上的新钢材材质和焊条规格型号(或螺栓)是否与评定报告上要求的一致(奇普塞德市场改扩项目用的焊条有3种，每一种使用的部位都是不一样的：从中国进口的新钢材HPB235和原旧钢结构型钢的连接用E4315- J427焊条;从中国进口的新钢材间连接用E4303-J422焊条;从当地采购的英国标准钢材间连接用当地买的E7018美国标准焊条)，一定要绝对准确，杜绝一切不符合要求的行为，任何的失误将导致无法预见的后果。

　　4)原有旧钢结构的除锈、清除表面覆盖的腐蚀氧化层及渣物要彻底，必须用空压机连接专用的喷砂除锈机进行，个别腐蚀严重的部位要人工用钢凿、榔头、砂轮机凿或磨。喷砂除锈的砂子采用中细黄砂，需晒干，因高空作业污染很大，一定要搭设周围环境防护设施和做好操作人员的防护。

　　5)测量原有旧钢结构现状的各种尺寸数据和矫正变形工作是不可缺少的，矫正方法宜采用物理办法，不得用加热烘烤办法。

　　6)搭设卸荷支撑钢架设施和卸除作业面处钢结构上的荷载是非常重要的工作，必须做好。卸荷支撑钢架和卸除作业面处钢结构上的荷载方案一定要可靠实用，必须重视，任何的失误将导致不堪设想的后果。

　　7)施工步骤和作业顺序不能随意颠倒，确实需要颠倒时，必须要由主管技术人员确认安全、施工质量不受影响，并经总工程师同意后才能进行，不然将导致不堪设想的后果。

　　8)必须做好样板的施工，经有关方面的技术人员和老师评定后，才能推广到整个工程的施工作业。

　　9)必须重视高空焊接连接作业的安全和施工质量。在保证高空作业安全情况下，要选择技术水平高、有经验的高级专业焊工进行操作作业，一定要保证焊缝的质量，没有缺陷。操作人员必须要系安全带，电焊机具要绑牢在高空安全处。

　　10)油漆涂装作业一定要满足设计和规范要求。原有旧钢结构已经使用多年，经过喷砂除锈后，很容易再腐蚀生锈，因此必须满足油漆厚度的要求(一定要超过100微米以上)，尤其是要保证最里面的那几度防锈漆(一般三度以上)的施工质量。

　　11)其余的要求和施工方法与新的钢结构施工是一样的，请另见其他文献。

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