钢膜结构体育场看台加固设计与施工

体育场膜结构看台工程，南北向①轴至輥輵訛轴长116m，东西向髿轴至鬂轴宽14.2m，钢膜结构最大出挑长度11.85m。在使用中发现，每当有强风时，看台膜结构上下振幅和主立柱变形很大，柱脚螺栓松动，已影响安全使用。经鉴定，现场主要存在问题如下：多数节点焊接出现锈蚀，部分杆件出现锈斑；部分横杆和斜支撑柱断落，局部杆件连接焊缝开裂；主立柱的固定螺拴松动，主立柱倾斜；主立柱根部墙体开裂。初步原因分析是该膜结构出挑较大，位于空旷区，遇强风时结构本身变形较大；⑧轴及⑩轴桁架处没有钢管主立柱，当强风产生负压时，会出现较大扭曲变形，对相邻柱产生推力；因个别斜支撑柱（輥輰訛轴）断落，使原主立柱成为单悬臂杆件，主立柱下螺栓超出螺栓允许承载力；部分焊接点由于长期大风出现裂纹，漏水锈蚀出现断裂。

1、加固方案选择

本工程属体育运动场所，结构安全尤为重要。依据钢膜结构特点和看台使用现状，考虑原有建筑的美观和结构安全并兼顾加固施工可行性[1]，通过多方方案比较，最终采用前拉后撑的加固方案。具体做法为采用改变传力途径加固法进行加固设计，即在看台西侧雨篷梁上增加一排H型钢立柱，起平衡杆作用，该立柱上端与钢桁架尾端相连，立柱下端与雨篷梁相连，利用原雨篷梁下钢筋混凝土柱支撑钢立柱并将荷载传到基础上。在膜结构受迎面风荷载作用下，东侧钢膜桁架受向上作用力，所增加钢立柱可起顶杆作用；在膜结构受背面风荷载作用下，东侧钢膜桁架受向下作用力，所增加

钢立柱可起拉杆作用，抵抗原立柱的弯曲变形。中间主席台处的钢膜结构因开间较大，原支撑桁架受力复杂，焊缝多处断裂，故采用增加支点加固法进行设计，即在原钢膜桁架无柱处增设钢柱，以减少原钢膜桁架受荷面积，同时亦改变了原单榀桁架的受扭状况。新增钢柱均支承在原钢筋混凝土梁上，对该混凝土梁采用增大截面法进行加固，以确保力的安全传递。对增加荷载的柱基础也采用加大截面法进行加固，确保传力准确可靠。同时为增大安全储备，在看台东侧增加4根拉索和南北通长系杆，该拉索既可增加膜结构的整体性，又可大大减少钢膜结构的侧向变形 。

2、加固设计

本工程所有钢桁架加固方式基本一致，作用在钢膜结构的荷载主要来自于结构本身的自重荷载及风压对钢桁架产生的荷载。钢膜结构受风荷载作用产生的风压分为正压和负压。当单榀钢膜结构受负压作用时，计算结果表明FB杆为-98.8kN；受正压作用时，计算结果表明FB杆为+134.5kN。加固钢柱选用H350×175，由压杆稳定公式计算，结果满足要求。当钢柱为受压时，XL5梁端的集中荷载有钢柱FB的压力98.8kN和原结构传至雨篷梁的自重荷载65kN，经计算MA为107kN·m，选取616配筋，满足要求。当钢柱为受拉时，原梁钢筋满足要求。加固H型钢柱传至雨篷梁的荷载通过梁下钢筋混凝土柱传至柱下条形基础。依据混凝土结构加固设计技术规范[2]，通过结构受力计算，对柱下条形基础按原设计向外加长1m，条形基础断面及配筋不变。

3、加固施工

本工程加固施工内容包括柱下条型基础的加长加宽、雨篷混凝土挑梁等的增大截面法施工、原GZ的加固、新增钢构的安装、油漆，以及原有结构的焊缝检查补焊、拉索断裂的修复加固，原柱脚螺栓收紧、立柱纠偏修复和拉索施工等。施工中应用了钢筋植筋生根和钢膜桁架顶升纠偏等技术。

3.1植筋施工

植筋施工工序为钻孔→清孔→除锈→植筋→测试。根据所植钢筋位置采用钻孔机钻孔，孔径为钢筋直径+4mm，孔深为15倍钢筋直径。成孔后用毛刷和空气压缩机进行清孔。用胶枪将植筋胶由内向外注入孔中，然后将除完锈的钢筋植进孔中，以胶满出孔口为宜。最后会同相关单位，对植入的钢筋采用拉拔试验进行检测。

4、顶升纠偏技术

由于原钢结构中主钢柱的垂直度均超出规范要求，纠偏施工中采用千斤顶顶升主钢柱相连的桁架前端，同时将桁架末端与增加的竖向H型钢柱焊接固定，从而使主钢柱垂直度满足规范要求。

5、结语

本文结合钢膜结构加固实例，探讨钢结构加固条件、加固设计和新旧混凝土结构连接，并依据设计方案和施工图纸提出加固施工工艺过程。实际加固工程表明，这一设计思路具有安全保障和可操作性，投入使用以来结构安全，效果良好。

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