钢结构柱子为何需要加固？——承载力不足与耐久性修复方案解析

一、加固必要性评估

Q：何种情况下需对钢结构柱子进行加固？

A：当出现以下现象时需启动加固程序：

1.
承载力不足：实际荷载超过原设计值30%以上，或检测发现柱体轴压比超限；

2.
材料劣化：混凝土碳化深度超保护层厚度、钢材锈蚀率≥5%或焊缝开裂；

3.
变形超标：柱顶水平位移大于H/500（H为柱高），或裂缝宽度超过0.3mm；

4.
功能变更：厂房升级设备导致荷载增加，或抗震设防标准提高。

Q：加固前需完成哪些检测？

A：需通过四项关键检测：

• 材料性能检测：采用回弹仪与取芯法测定混凝土强度，光谱分析钢材化学成分；
• 缺陷测绘：使用三维扫描仪记录裂缝分布、锈蚀区域及变形数据；
• 连接节点检查：重点评估柱脚锚栓松动、焊缝疲劳裂纹等现象；
• 环境荷载分析：统计风荷载、地震作用及温度应力对柱体的长期影响。

二、加固方案设计原则

Q：如何选择适宜的加固方法？

A：根据缺陷类型与目标匹配以下工艺：

1.
粘贴钢板法：适用于抗弯抗剪能力提升，通过环氧树脂将10mm厚Q345B钢板与柱体粘结，形成复合截面；

2.
增大截面法：通过外包混凝土或焊接附加型钢，提高截面惯性矩与稳定性；

3.
预应力加固：对高应力柱采用钢绞线张拉，抵消部分荷载应力；

4.
改变传力路径：增设斜撑或框架，分散柱体荷载。

Q：加固设计需满足哪些核心指标？

A：需同时满足四类要求：

• 承载力：轴压承载力提升30%，抗剪强度达原设计1.2倍；
• 刚度控制：加固后柱顶位移增量≤5mm，避免刚度突变；
• 耐久性：防护层设计使用年限不低于50年；
• 抗震性能：满足《建筑抗震设计规范》GB50011对延性构件的需求。

三、施工准备与资源配置

Q：加固施工前需准备哪些关键材料？

A：材料清单包括：

1.
结构钢材：Q345B级钢板，厚度10-20mm，屈服强度≥345MPa；

2.
连接材料：

• 粘结剂：环氧树脂Araldite420，拉伸强度≥30MPa；
• 高强螺栓：10.9级M24-M30，预紧力达290kN；

  3.
  防护材料：锌基防腐涂料与防火涂层，耐火极限不低于2小时。

Q：施工人员与设备如何配置？

A：需组建专业团队：

• 人员分工：项目经理1名、技术负责人1名、焊工4名（持特种作业证）、检测员2名；
• 核心设备：
• 激光定位仪：用于轴线校准，误差≤2mm；
• 液压千斤顶：用于预应力张拉与顶升校正；
• 二氧化碳保护焊机：确保全熔透焊缝质量。

四、分项施工技术要点

Q：柱体表面处理的标准流程是什么？

A：共分三步执行：

1.
基层清理：采用角磨机去除锈层与旧漆，喷砂处理至Sa2.5级清洁度；

2.
缺陷修复：对裂缝注射环氧浆液，孔洞采用无收缩灌浆料填实；

3.
界面处理：钢板粘贴面打磨粗糙度Ra≥6.3μm，混凝土表面饱和面干处理。

Q：钢板粘贴施工的关键控制点有哪些？

A：重点控制三环节：

1.
定位固定：根据放线位置临时固定钢板，间距500mm设置注胶孔；

2.
压力注胶：从底部孔洞注入环氧树脂，排气流速控制为0.5L/min；

3.
固化监测：环境温度保持15-30℃，72小时内禁止扰动。

Q：钢结构焊接加固需注意哪些事项？

A：严格遵循五项规范：

• 工艺评定：焊前进行坡口形式试验，确保熔深≥80%板厚；
• 变形控制：采用对称分段焊，层间温度≤200℃；
• 质量检验：焊缝外观无咬边、气孔，超声检测合格率100%。

五、施工安全与质量保障措施

Q：如何防控高处作业风险？

A：实施三重防护：

1.
操作平台：搭设承重式脚手架，负荷≤3kN/m2；

2.
个人防护：作业人员佩戴双钩安全带，严禁交叉施工；

3.
应急预案：设置安全绳逃生系统，现场配备急救箱与消防设施。

Q：验收标准与长期维护要求是什么？

A：验收分两阶段：

• 过程验收：每道工序经监理确认，粘结剂剥离强度≥2.5MPa；
• 最终检测：加固后承载力和变形检测，其中：
• 静载试验：持荷24小时沉降量≤L/400（L为跨度）；
• 定期维护：每三年检查防护层状态，锈蚀率超2%时局部补强。

六、典型工程应用案例

Q：煤气化厂房钢柱加固如何实施？

A：以某石化项目为例：

• 问题诊断：36m高箱型柱因设备振动出现疲劳裂纹，承载力下降18%；
• 解决方案：采用预应力锚索与加大截面复合加固，分四段吊装施工；
• 效果验证：加固后柱顶位移减少42%，使用五年无新增缺陷。