你是否想過，那些看似堅(jiān)固無比的鋼結(jié)構(gòu)建筑，也會有 “生病” 的一天？近年來，鋼結(jié)構(gòu)建筑安全事故頻發(fā)，一次次刺痛著我們的神經(jīng)。2023 年 7 月 23 日，黑龍江齊齊哈爾市第三十四中學(xué)校體育館屋頂突然坍塌，11 個(gè)鮮活的生命戛然而止 ，事后調(diào)查是違規(guī)堆放珍珠巖等原因?qū)е挛蓓敽奢d大幅增加，超過承載極限；同年 11 月 18 日，吉林白城滑冰館坍塌，初步判斷是屋頂鋼結(jié)構(gòu)變形所致 。這些事故就像一記記重錘，敲打著我們對鋼結(jié)構(gòu)安全的認(rèn)知。
這些事故絕非偶然，而是鋼結(jié)構(gòu)隱患長期積累的爆發(fā)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在各類建筑結(jié)構(gòu)安全事故中，鋼結(jié)構(gòu)事故占比不容忽視，且呈上升趨勢。而在這些事故背后，隱藏著諸多鮮為人知的隱患。那么，是什么讓原本堅(jiān)固的鋼結(jié)構(gòu)變得如此脆弱？是設(shè)計(jì)缺陷、施工質(zhì)量問題，還是后期維護(hù)的缺失？又有哪些方法可以提前發(fā)現(xiàn)并消除這些隱患？
一.揭秘鋼結(jié)構(gòu)的 “病癥” 根源
1.荷載發(fā)生變化：隨著時(shí)間的推移，建筑物的使用功能可能會發(fā)生改變，例如增加設(shè)備、改變樓層用途等，這都會導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)所承受的荷載超出原設(shè)計(jì)范圍 。長期承受過大的荷載，會使鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件逐漸變形、疲勞，最終導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的損壞。
2.結(jié)構(gòu)意外損傷：在建筑的使用過程中，可能會遭遇撞擊、火災(zāi)、爆炸等意外情況 。2015 年，天津港 “8?12” 特別重大火災(zāi)爆炸事故中，周邊大量鋼結(jié)構(gòu)建筑受到嚴(yán)重沖擊和高溫灼燒，鋼結(jié)構(gòu)瞬間扭曲變形，失去承載能力，造成了巨大的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。這些意外損傷會直接破壞鋼結(jié)構(gòu)的完整性，削弱其承載能力。
3.環(huán)境變化影響：鋼材具有熱脹冷縮的特性，當(dāng)環(huán)境溫度變化較大時(shí)，鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件會因膨脹或收縮而產(chǎn)生應(yīng)力 。在一些北方地區(qū)，冬季氣溫可低至零下二三十?dāng)z氏度，夏季又能高達(dá)三四十?dāng)z氏度，巨大的溫差會使鋼結(jié)構(gòu)反復(fù)伸縮，導(dǎo)致構(gòu)件連接部位松動、開裂，影響結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。
4.化學(xué)反應(yīng)侵蝕：鋼結(jié)構(gòu)長期暴露在空氣中，會與氧氣、水分等發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生銹蝕 。在一些化工廠、海邊等環(huán)境中，空氣中含有大量的腐蝕性氣體和鹽分，會加速鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年因鋼結(jié)構(gòu)腐蝕造成的經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)數(shù)百億元。銹蝕會使鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面面積減小，強(qiáng)度降低，最終危及結(jié)構(gòu)安全。
5.設(shè)計(jì)施工失誤：如果設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)時(shí)對結(jié)構(gòu)受力分析不準(zhǔn)確，選用的鋼材型號不當(dāng)，或者施工過程中存在焊接不牢、螺栓松動等質(zhì)量問題，都會使鋼結(jié)構(gòu)在投入使用后埋下安全隱患 。
二.對癥下藥：鋼結(jié)構(gòu)加固的 “神奇藥方”
面對鋼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的種種 “病癥”，我們需要有針對性的加固方法。只有對癥下藥，才能藥到病除。
1.增大截面法：強(qiáng)壯結(jié)構(gòu)的 “肌肉”這種方法的原理是通過增加鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面面積，來提高結(jié)構(gòu)的承載能力和剛度 。在實(shí)際操作中，我們可以在原有的構(gòu)件上焊接新的鋼板、型鋼等，使構(gòu)件的截面尺寸增大。比如，對于一根承載能力不足的鋼梁，我們可以在其上下翼緣焊接上額外的鋼板，從而增強(qiáng)它的承載能力。這種方法適用于各種鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件，如梁、柱、支撐等 。它的優(yōu)點(diǎn)是加固效果顯著，可靠性高，能夠大幅度提高結(jié)構(gòu)的承載能力和穩(wěn)定性 。不過，它也有一些缺點(diǎn)，比如會增加構(gòu)件的重量和體積，可能會對建筑的空間布局產(chǎn)生一定影響 。
2.改變計(jì)算簡圖：重構(gòu)結(jié)構(gòu)的 “受力邏輯”通過增設(shè)附加支承、改變結(jié)構(gòu)的連接方式、調(diào)整荷載分布等手段，來改變結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分布和受力狀態(tài) 。比如，我們可以在鋼梁中間增設(shè)一個(gè)支撐，將原來的簡支梁變成連續(xù)梁，這樣就能減小梁的跨度，降低梁的內(nèi)力。這種方法可以充分挖掘結(jié)構(gòu)的潛力，提高結(jié)構(gòu)的承載能力和穩(wěn)定性 。但它需要對結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能有深入的了解，設(shè)計(jì)和施工難度較大 。
3.預(yù)應(yīng)力拉索法：為結(jié)構(gòu)注入 “彈性力量”利用高強(qiáng)拉索對結(jié)構(gòu)施加預(yù)應(yīng)力，使結(jié)構(gòu)在承受荷載之前就處于一種有利的應(yīng)力狀態(tài) 。比如，在一個(gè)大跨度的鋼結(jié)構(gòu)屋蓋中，我們可以在屋蓋下方布置預(yù)應(yīng)力拉索，通過張拉拉索，給屋蓋施加一個(gè)向上的力，抵消一部分屋蓋在自重和荷載作用下產(chǎn)生的向下的變形 。這種方法可以有效地提高結(jié)構(gòu)的整體承載力、剛度和穩(wěn)定性，尤其適用于大跨度結(jié)構(gòu)和高聳結(jié)構(gòu) 。而且，它施工方便，對原結(jié)構(gòu)的損傷較小 。
4.粘貼鋼板加固法：給結(jié)構(gòu)貼上 “強(qiáng)化補(bǔ)丁”將鋼板采用高性能的環(huán)氧類粘接劑粘結(jié)于鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的表面，使鋼板與構(gòu)件形成統(tǒng)一的整體，利用鋼板良好的抗拉強(qiáng)度達(dá)到增強(qiáng)構(gòu)件承載能力及剛度的目的 。比如，對于一個(gè)因銹蝕而強(qiáng)度降低的鋼柱，我們可以在其表面粘貼鋼板，增強(qiáng)它的強(qiáng)度和承載能力 。這種方法適用于承受靜力作用的一般受彎及受拉構(gòu)件 。它施工簡便、快捷，基本不增加被加固構(gòu)件斷面尺寸和重量 。不過，它對施工環(huán)境要求較高，環(huán)境溫度應(yīng)在 5℃至 35℃之間，否則會影響膠粘劑的性能，從而影響加固效果 。
三.鋼結(jié)構(gòu)加固的前期準(zhǔn)備
在進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)加固之前，全面檢測評估是關(guān)鍵。對鋼結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀進(jìn)行細(xì)致檢查，包括結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性，以及構(gòu)件的銹蝕、變形、損傷等情況 。通過專業(yè)的檢測設(shè)備和手段，獲取準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，為后續(xù)的加固設(shè)計(jì)提供科學(xué)依據(jù) 。
不同的鋼結(jié)構(gòu)建筑有不同的特點(diǎn)和問題，我們要根據(jù)實(shí)際情況，綜合考慮結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)、使用要求、施工條件、經(jīng)濟(jì)成本等因素，選擇最適合的加固方法 。同時(shí)，還可以將多種加固方法結(jié)合使用，發(fā)揮各自的優(yōu)勢，達(dá)到更好的加固效果 。
在施工過程中，要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求和施工規(guī)范進(jìn)行操作，確保每一個(gè)環(huán)節(jié)都符合標(biāo)準(zhǔn) 。對于焊接、螺栓連接等關(guān)鍵工序，要加強(qiáng)質(zhì)量檢驗(yàn)，保證連接的牢固可靠 。同時(shí)，要做好施工現(xiàn)場的安全管理，采取必要的安全防護(hù)措施，防止發(fā)生安全事故 。
鋼結(jié)構(gòu)加固后，也不能掉以輕心，定期維護(hù)檢查同樣不可或缺 。定期對加固后的鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理可能出現(xiàn)的問題 。比如，檢查結(jié)構(gòu)是否有新的變形、銹蝕，連接部位是否松動等 。
鋼結(jié)構(gòu)加固，不僅僅是一項(xiàng)工程技術(shù)，更是對生命和財(cái)產(chǎn)的守護(hù)。每一次對鋼結(jié)構(gòu)隱患的排查，每一次科學(xué)合理的加固，都是在為建筑的安全筑牢防線，為人們的生活和生產(chǎn)保駕護(hù)航 。
