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浅谈既有建筑鉴定与改造加固（三十）
钢结构抗震加固
王锁军
奥福科技有限公司
（原北京蓝图工程设计有限公司）
读者朋友提出了要求，本文要讲一讲钢结构工程抗震加固，很巧的是文章能够凑足三十篇。
一：为什么抗震鉴定、加固规范无钢结构工程相关内容
国家及地区的抗震鉴定、加固规范未提及钢结构工程抗震鉴定及加固的相关内容。北京地标《建筑抗震加固技术规程》仅提到了单层钢结构厂房的抗震加固。仅对钢结构工程的非抗震可靠性鉴定和非抗震加固有相应规定，具体可详见《民用建筑可靠性鉴定标准 GB50292-2015》和《钢结构加固设计标准 GB51367-2019》。文九的“钢结构的可靠性鉴定”这部分内容，以及文十五的“钢结构加固”这部分内容，都对可靠性鉴定（非抗震）和非抗震加固进行了较为详细的论述。
为什么抗震鉴定及抗震加固中没有钢结构工程的相关内容呢？我认为主要存在以下一些原因。其一，可能是在相关的规范和标准制定中，对于钢结构工程在抗震方面的要求和规定不够明确或未被纳入；其二，可能是在实际的工程设计和施工过程中，对于钢结构工程的抗震性能重视程度不够，导致相关内容未被充分考虑；其三，也有可能是在抗震鉴定及抗震加固的技术体系和流程中，尚未将钢结构工程作为一个独立的部分进行专门的研究和规定。
2000 年之前，一般民有建筑很少运用钢结构。钢结构工程主要被应用于工业厂房以及大跨度公共建筑等方面。因此，当下一般民有建筑的钢结构工程需要进行抗震加固的情况是比较少的。
钢结构抗震加固与砖混、钢筋混凝土结构相比，其难点并非抗震加固方面，而是在于钢结构自身的设计方面。
对于一个钢框架结构，我们能够进行建模。按照规范，对地震组合下的结构及构件进行分析。依据分析结果，对钢结构构件和节点的不足之处进行加固。在文十五中，我已经讲述过非抗震钢结构构件和节点的加固方法，这些方法都可以采用附加焊接、节点增加螺栓、加掖、牛腿等。而抗震结构构件及节点，与之并无不同之处。当有些工程仅通过加固构件和节点无法解决问题时，能够改变结构体系，例如增加柱、支撑、预应力等，这与非抗震钢结构加固并无差异。差异在于结构受力分析时是否将地震作用考虑在内，当然，构造措施也需要相应地得到满足，其满足的方式与非抗震加固的方式本质上也没有不同。
砖混结构和混凝土结构在抗震、非抗震加固方面存在本质的不同。我猜测，上述几条就是规范没有单独列出钢结构抗震加固的原因。
钢结构抗震加固的真正难点在于钢结构设计本身。这意味着，倘若你掌握了新建钢结构设计以及抗震设计，那么既有建筑钢结构抗震加固基本上就不会有问题了。钢结构构件及节点具有可焊性和装配性，所以比较容易找到加固方案。然而，砖混结构和混凝土结构并非如此。即便你做了大量的新建结构，倘若对既有建筑的加固和抗震加固不熟悉，依然无法胜任。
钢结构加固与新建钢结构设计存在显著差异。这种差异并非由抗震与非抗震加固所导致，而是源于钢结构工程自身所具有的固有特点。
二：钢结构工程加固的特点
本系列文十五对此已有论述，我们再归纳一下：
能够较为便捷地对结构受力体系进行改变。例如，可以增加支撑，也可以增加柱，还可以增加支点、斜柱、斜撑以及抗推桁架等。这与新建钢结构的原理较为相近，不过在进行这些操作时，需要考虑新旧结构的受力关系，还要考虑新增构件在二次受力情况下能否发挥作用，以及原荷载和二次加载的情况，同时也要进行施工阶段的稳定和强度验算等。
如果不改变整体结构体系，只是针对钢结构构件和节点层面进行加固，那么加固方法是比较容易实现的。当柱、梁、桁架、受拉杆等构件的断面强度不足以及构件整体稳定性不够时，我们有多种办法可以用来增加其断面板材的尺寸，比如焊接、螺栓连接、粘接钢板等。当节点强度不够时，我们可以采取以下方法：加大节点板材的厚度；进行加掖操作；增设牛腿；进行加焊作业；增加高强螺栓。
钢结构加固时，若能卸除大部分外部荷载，那么钢结构加固与新建结构的情况几乎相同，不过要注意：
A、原构件缺陷和损伤已得到有校补强。
B、原构件钢材强度设计值应根据可靠性鉴定给出的强度数值。
C、当采用焊接方法加固时，新老构件的可焊性已得到确认。
D、计算构件稳定时，应按新旧钢材折算强度。
上述内容在《钢结构加固设计标准 GB51367-2019》里是可以被找到的。
如在负载情况下进行加固，首先要计算原结构构件的应力（也就是名义应力）。如果名义应力超过了规范所规定的数值，就不可以采用焊接这种方式。我个人认为焊接是一种很方便的加固手段，在这种情况下，应该进行卸载或者设置临时支撑钢结构补强加固，以让结构的名义应力处于可焊的要求范围之内。
对于压弯构件整体稳定的验算钢结构补强加固，依据《钢标》来进行计算。在这个过程中，新旧钢材综合的强度需要按照规范的要求折算为相应的数值。
当新增钢材的量小于或等于旧钢材量的 1.15 倍时，能够依据旧钢材的强度指标。当新增钢材的量大于旧钢材量的 1.15 倍时，就应当依据新旧钢材的面积、强度指标以及惯性矩来进行折算。
所以粘钢法不是通常的加固方法。
外包钢筋混凝土加固法通常应用于钢柱的加固，从而使其变为钢骨柱。钢骨柱的计算较为复杂，而加固钢骨柱的计算则更为复杂。实际上，在选择加固方法时，我们必须要考虑整体结构形式。大部分纯钢结构中，外包混凝土加固会使其变成钢骨构件，这样往往会导致结构整体刚度出现突变。通常情况下，这不是一个好的选择，并且这种加固方法应属于改变结构受力体系的范畴之内。
钢结构预应力加固法属于较为先进且较为复杂的加固方法。《钢结构加固标准》将这种方法划分到了间接加固法当中。预应力加固方法要求设计师对钢结构在预应力作用下的受力状态有着清晰的了解，并且要运用基本结构概念来进行设计。
2022年8 月18日
参考文献：
1：钢结构加固设计标准。
2：本系列文十五《钢结构工程加固》。
勘察设计大师、规范主编
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