既有建筑钢结构施工改造技术研究

摘要：随着城市的发展，许多具有历史价值的老建筑内部构造已不能满足当代人的使用需求，城市出现了越来越多的老建筑改造项目。其中将老厂房改造成剧场的项目，既保留了老建筑外形的人文情怀，又为老建筑赋予了新的功能。但在此类改造项目中，因剧院的空间要求高，必须充分利用保留建筑内有限的所有空间。而原建筑屋盖系统不足以满足舞台设备荷载需求，需在保留建筑屋盖下方新增顶盖，用以安装舞台设备。新增的钢结构顶盖与保留建筑整体形状相同，且新、老结构净距极小，仅满足抗震要求，以此确保内部空间最大化，因而新增钢结构顶盖的施工难度更大。为了完成这一特殊、复杂的施工，需深入研究新、老结构相互位置关系，制定一套合理、有效的施工方案，从而减少施工成本。

关键词：建筑；新增钢结构；施工

近年来，钢结构已广泛应用于工业和民用建筑，但是由于设计、施工、使用方法、管理不当、材料质量不符合要求以及使用时间超出设计使用年限等因素的影响，致使钢结构建筑不可避免存在各种各样的缺陷和损伤，严重影响质量安全。既有建筑的拆除、加固以及改造技术成为施工领域的热点问题。对于部分造型复杂、采用特殊材料和工艺、具有特殊政治及文化意义的既有公共建筑，其往往需在保证外观不变的情况下对其进行外立面的修复和使用功能方面的加固改造。此时，需保护和不破坏既有建筑结构，同时对其进行加固修整，而加固修整的主要措施为螺栓连接和焊接，故有必要对既有建筑原结构和新结构的科学有效结合进行可行性研究。

一、建筑钢结构施工要点

建筑工程钢结构施工技术要求非常高，技术特点鲜明，优化改进各项技术措施，施工单位组织开展各项管理工作，以保证建筑工程结构效果达标。对目前钢结构施工的具体情况，了解现场施工可能存在的各项问题，并且掌握各项施工工艺方案，满足施工的要求，提高钢结构的稳定性。建筑工程钢结构施工，分析现场具体情况，了解各项施工要素，明确施工作业的标准，优化改进措施，以达到施工要求。

1、焊接施工设备选型。为保障建筑钢结构焊接施工的效果，需在实际施工之前准备好焊接所需的相关设备，建筑工程钢结构项目施工的过程，因为钢结构工程项目比较大，项目开展阶段运用到的机械设备类型要求高。在施工机械设备选择时明确设备的使用范围、机械设备的运用作用，并且对设备的运转能力进行测试，如果设备异常则不予使用，确保设备处于就绪状态。

2、焊接施工参数规范

钢结构焊接工序是非常重要的一道工序，一般来说焊接参数是否科学是否达标，能对钢结构整体稳定性产生很大影响，所以要结合钢结构焊接工艺规范的标准需求，为后续工作开展奠定基础。（1）焊前预热： 钢结构焊装作业施工之前，倘若施工温度过低，则会导致焊缝出现闭合不到位的情况影响工程的整体效果，所以在焊接工程开展前要结合施工条件以及当前的施工环境温度对结构进行预热处理，一般而言利用火焰加热的方式把温度控制在 150℃左右。（2）焊后保温：执行焊接工艺方案的标准，对于环境温度 5℃以内的项目，用石棉作为材料保温处理，预防在焊接后产生裂纹。（3）层间温度：钢结构焊接厚度比较多，分层焊接方式应用较为常见，而层间温度的监测和控制是关键，不能超过150℃。

二、既有异形建筑钢结构焊接加固施工应用

本工程为改建项目，为加固及增补结构，深化节点种类多、结构形式杂以及图纸与现场情况有多处不符现象，需根据现场情况并结合设计图纸对现场结构和节点进行实际的放样深化，在原钢梁变形的基础上进行增大截面焊接，提高结构稳定性，消除结构安全隐患。

1、焊接加固问题

（1）原结构产生变形、裂纹、部件缺失等问题原建筑结构设计使用年限为 5 年，实际使用年限已超出设计规定年限，现经结构加固后设计使用年限为50年。结构局部存在变形、裂纹以及部件缺失等问题，现场需对原结构质量全面检测仔细排查，根据结构实际下绕、扭曲及变形数据为工厂加工非标型材提供基准，并结合设计图纸下料加工。

（2）结构加固焊接负荷施工。加固工作在承受楼板和自重等静荷载状态下施工，焊接过程必须考虑因瞬时高温造成局部范围内钢材性能的降低，继而可能产生开裂、断层以及坍塌等问题。

（3）结构加固焊接工程量大。整个工程加固焊接涉及钢柱、钢梁、支撑等，焊缝长度约为2070 m。其中主框架梁加固钢板较厚，为40 mm厚钢板。量多面广带来的质量及安全监控难度增大，务必做到焊接工作先下后上、先主后次、先点后面以及先里后外，焊接过程管控有据可依，工序安排科学合理，目标达成有的放矢。根据现场实际的结构负载和焊接情况，若采用传统手工电弧焊连续施焊，则加固钢板焊接受热面积大、持续受热时间长，使整个受力结构区域持续处于高温状态，从而导致整体结构承载能力下降，梁柱加固焊接部位应力与变形加大，对结构整体稳定性产生巨大的风险。

2、加固焊接风险问题解决

（1）焊接过程中的注意事项。①焊接熔敷金属的机械性能应不低于次要焊件的机械性能，如被焊焊件机械性能不同时，应不低于母材较低机械性能要求。②除非另外说明，焊接工作所采用的焊接方法、工艺参数及质量检查应符合《钢结构焊接规范》（GB 50661）和《钢结构工程施工质量验收标准》（GB 50205）的规定。③无损探伤在焊接完成24 h后进行，并根据焊缝等级相应检测评定。

（2）原结构产生变形、裂纹、部件缺失等问题解决措施。组织检测单位和技术人员全数检查检测原结构变形及质量问题，并出具检测报告和整改方案，确定结构受力正常，局部加强增补构件。

（3）结构加固焊接负荷施工解决措施。为防止加固梁焊接时受荷载影响产生弯曲变形，在梁底部设置整体支撑杆件，并配上千斤顶。组织人员针对加固焊接部位搭设定点临时支撑脚手架，并加强节点顶部承载力。对支撑进行受力计算以符合要求，焊接工作严格遵循先下后上、先主后次以及先支撑后焊接的顺序。

3、焊接空间复杂和部位受限解决措施。组织人员针对加固焊接部位搭设临时操作平台，满足施工空间要求。部分空间处于悬挑区域，焊接部位角度严重受限情况下，使用登高车将施工人员定点定位送达。设置临时操作平台，按空间角度设置纵深，以达到操作空间符合要求，焊接角度不受限。

4、焊接工艺的风险解决措施。通过大量的讨论和研究，力求更为稳妥的斜向钢柱和钢梁加固的焊接方法——自动气保焊，以减少焊接过程持续高温受热，并加快焊接进度。对自动焊机的导轨设置符合钢柱钢梁的倾斜角度，使其行走路径与焊缝角度相互吻合，通过主机控制程序设置合理的焊接工艺参数，使焊缝外观成形美观的同时达到相应的焊接质量要求，另外对整条焊缝设置分段焊接区域，合理避免结构持续受热。通过分段焊接间隔受热区域，避免焊区集中的迅速加热和冷却过程，其他在自动焊焊接不到的地方采用手工电弧焊进行人工补焊。

既有建筑的焊接加固及改造技术是城市更新中的核心技术之一，然而现有针对公共建筑的焊接加固及改造技术的研究成果较少。该工程结构焊接施工质量优秀安全可靠，故该施工过程可为相似工程的施工提供参考。

参考文献：

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