某單層排架廠房結(jié)構(gòu)檢測與鑒定

陳業(yè)群 張永勝

0 引言

單層排架結(jié)構(gòu)的廠房是二十世紀(jì)我國工廠主要采用的結(jié)構(gòu)之一，由于使用年代久遠(yuǎn)，這種廠房在使用的過程中結(jié)構(gòu)性能逐漸退化，安全性問題不斷顯現(xiàn)。

近年來業(yè)內(nèi)對此類結(jié)構(gòu)的安全性與抗震性能進(jìn)行了檢測鑒定，其方法各有異同，本文結(jié)合某單層排架廠房結(jié)構(gòu)檢測鑒定的實(shí)例，介紹了該類工程檢測鑒定的方法。

1 工程概況

某單層鋼筋混凝土排架結(jié)構(gòu)廠房，排架柱網(wǎng)軸線尺寸為6 m，柱間跨度為15 m，建筑面積1029.1 m2。該廠房建于20世紀(jì)80年代，使用至今已有20余年，建成初期，其圍護(hù)磚墻出現(xiàn)多條斜裂縫并不斷發(fā)展，針對此情況業(yè)主曾對其地基進(jìn)行了加固，并采用型鋼加固了開裂墻體，墻體裂縫得到了一定的控制，但近年廠房工人反映時?？陕牭綇S房屋面出現(xiàn)異常響動，并懷疑廠房主體結(jié)構(gòu)已經(jīng)出現(xiàn)變形，現(xiàn)場觀測發(fā)現(xiàn)該結(jié)構(gòu)墻體裂縫至今仍有發(fā)展的跡象。

廠房柱網(wǎng)平面布置見圖1。

圖1 柱網(wǎng)平面布置圖

2 現(xiàn)場檢測內(nèi)容及結(jié)果

2.1 場地及地基基礎(chǔ)情況調(diào)查

該工房建于溝底，建設(shè)場地為Ⅰ級非自重濕陷性黃土，地基處理采用3∶7灰土處理，條基處理深度為500 mm，每邊寬處基礎(chǔ)底300 mm，杯形基礎(chǔ)處理深度1000 mm，每邊寬處基礎(chǔ)400 mm，要求灰土干容重大于1.6 g/cm3。柱基礎(chǔ)采用鋼筋混凝土杯形基礎(chǔ)，混凝土強(qiáng)度等級為150號，墊層用75號素混凝土。1993年曾對該廠房北側(cè)室外散水及路面進(jìn)行修整，當(dāng)時中部吊車附近室外路面層出現(xiàn)約70 m2的凹陷，凹陷深度為30 cm。目前室外硬化地面可見通長地面開裂。

2.2 結(jié)構(gòu)變形現(xiàn)狀檢測

2.2.1 排架柱變形現(xiàn)狀檢測

采用全站儀對排架柱垂直度進(jìn)行檢測，柱平面外傾斜量的限值H/750=10.33 mm(H=7750 mm為柱高)，大部分柱的傾斜量已超過該限值，該部分柱子按混凝土構(gòu)件評級應(yīng)評為C級構(gòu)件，其中16個柱子柱平面外傾斜量超過H/500=15.5 mm的限值，該部分柱子按混凝土構(gòu)件變形應(yīng)評為D級。整體看來，工房排架結(jié)構(gòu)呈扭曲狀，且柱傾斜值較大，已經(jīng)對排架結(jié)構(gòu)受力產(chǎn)生較大不利影響。

2.2.2 屋面梁構(gòu)件變形現(xiàn)狀觀測

采用全站儀對該廠房內(nèi)屋面梁的梁兩端高差、豎向撓度進(jìn)行了觀測，其中每個梁構(gòu)件布置3個測點(diǎn)。根據(jù)觀測結(jié)果，該工房混凝土屋架梁的最大撓度值為1/500均未超過表中允許撓度變形限值1/450，目前屋架下?lián)锨闆r不影響其正常使用。從總體觀測，目前廠房屋架南端梁底標(biāo)高普遍高于北端梁底標(biāo)高，表現(xiàn)出一定的整體規(guī)律性。

2.2.3 圍護(hù)墻體整體側(cè)移觀測

采用全站儀對該工房圍護(hù)墻體整體側(cè)向傾斜進(jìn)行了觀測。經(jīng)計算，發(fā)現(xiàn)該結(jié)構(gòu)墻體頂點(diǎn)最大側(cè)移值為66.2 mm，見圖2。該結(jié)構(gòu)墻體傾斜量已經(jīng)超過D級限值60 mm。

圖2 墻體頂點(diǎn)側(cè)移觀測結(jié)果（單位：mm）

2.2.4 圍護(hù)墻體沉降觀測

采用全站儀對該工房圍護(hù)墻體沉降進(jìn)行了觀測。觀測過程以窗戶過梁底面(即該結(jié)構(gòu)圈梁底面)為測試水平線，由觀測結(jié)果知，該結(jié)構(gòu)北邊墻體沉降差值較大，最大差值達(dá)到105 mm，同時相鄰測點(diǎn)最大沉降差達(dá)到39 mm，局部沉降差值過大，見圖3。

圖3 南北墻體各測點(diǎn)沉降差示意圖（單位：mm）

2.3 材料強(qiáng)度檢測

2.3.1 混凝土材料強(qiáng)度檢測

現(xiàn)場對排架柱結(jié)構(gòu)混凝土實(shí)際強(qiáng)度進(jìn)行檢測，依據(jù)設(shè)計圖紙，排架柱混凝土設(shè)計強(qiáng)度等級為250號。采用滿足現(xiàn)場客觀條件的回彈法檢測排架結(jié)構(gòu)混凝土實(shí)際強(qiáng)度。由檢測結(jié)果知混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)值最大為33.1 MPa，最小為26.6 MPa，回彈法測抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果較為均勻。由于構(gòu)件碳化深度大，為使排架結(jié)構(gòu)承載力校核計算結(jié)果更加安全可靠，故以本次鑒定在計算時將排架柱混凝土強(qiáng)度等級按C20取值。

2.3.2 圍護(hù)墻砌筑砂漿強(qiáng)度

采用貫入法檢測、評定該工房圍護(hù)墻砌筑砂漿的實(shí)際抗壓強(qiáng)度?，F(xiàn)場在該工房內(nèi)部隨機(jī)共抽取6個測區(qū)，依據(jù)檢測結(jié)果，該工房圍護(hù)墻體砌筑砂漿的實(shí)際檢測強(qiáng)度可評定為0.75 MPa，砂漿強(qiáng)度較低，砌筑質(zhì)量差，部分砂漿呈粉末狀。

3 結(jié)構(gòu)安全性及結(jié)構(gòu)抗震鑒定

依據(jù)GB 50144-2008工業(yè)建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)、GB 50223-2008建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)、GB 50023-2009建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)等的有關(guān)規(guī)范條文對該廠房現(xiàn)有結(jié)構(gòu)進(jìn)行鑒定。

3.1 場地、地基和基礎(chǔ)

按地基變形觀測資料或上部結(jié)構(gòu)反映的檢查結(jié)果對地基安全性進(jìn)行評級。根據(jù)上部結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀結(jié)果，該結(jié)構(gòu)圍護(hù)墻體出現(xiàn)與地基基礎(chǔ)不均勻沉降有關(guān)的整體側(cè)移，該結(jié)構(gòu)地基基礎(chǔ)安全性等級為Cu級。該結(jié)構(gòu)屬于8度設(shè)防時的乙類建筑，根據(jù)上部結(jié)構(gòu)整體垂直度、沉降現(xiàn)狀及墻體裂縫現(xiàn)狀的檢測結(jié)果，可判斷該建筑地基基礎(chǔ)現(xiàn)狀無嚴(yán)重靜載缺陷。

依據(jù)GB 50023-2009:地基主要受力層范圍內(nèi)不存在軟弱土、飽和沙土和飽和粉土或嚴(yán)重不均勻土層的乙類、丙類建筑，可不進(jìn)行地基基礎(chǔ)的抗震鑒定。

3.2 上部結(jié)構(gòu)鑒定

上部承重結(jié)構(gòu)子單元的安全性鑒定評級，應(yīng)按結(jié)構(gòu)整體性和承載功能兩個項(xiàng)目進(jìn)行評定，并取其中較低的評定等級作為上部承重結(jié)構(gòu)子單元的安全性等級。對乙類建筑應(yīng)按設(shè)防烈度9度對結(jié)構(gòu)抗震措施進(jìn)行核查。

1)結(jié)構(gòu)整體性的評定應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)布置和構(gòu)造、支撐系統(tǒng)兩個項(xiàng)目中的較低等級作為結(jié)構(gòu)整體性的評價等級。

根據(jù)上述結(jié)構(gòu)布置和構(gòu)造、支撐系統(tǒng)兩方面級評級結(jié)果，依據(jù)GB 50144-2008，上部承重結(jié)構(gòu)子單元的安全性等級按構(gòu)件的整體性等級評為Bu級。

2)按結(jié)構(gòu)承載功能的等級進(jìn)行評級。

根據(jù)現(xiàn)場檢測結(jié)果，采用PKPM對該工房現(xiàn)有結(jié)構(gòu)分別進(jìn)行建模計算，依據(jù)《工業(yè)建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》，將上部結(jié)構(gòu)分為12榀框架平面計算單元，考慮到排架結(jié)構(gòu)的相同性，故只選擇其中的一榀框架進(jìn)行計算。

對軸線③上的排架柱配筋進(jìn)行計算，計算簡圖和配筋包絡(luò)圖分別見圖4，圖5;計算結(jié)果見表1，顯示排架柱各個控制截面中的實(shí)際配筋面積均大于計算所得鋼筋面積，即現(xiàn)結(jié)構(gòu)排架柱可滿足承載力需求。

圖4 計算簡圖

圖5 配筋包絡(luò)圖

通過PKPM輸出的結(jié)果可知各節(jié)點(diǎn)位移，見表2。

可知結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)位移最大值為15.7 mm滿足《工業(yè)建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的C級限值大于H/750。

經(jīng)計算可知，一榀框架中重要構(gòu)件符合承載力要求，依據(jù)《工業(yè)建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》可知每榀框架的安全性等級為Bu級。但頂點(diǎn)側(cè)移過大，應(yīng)將上部承重結(jié)構(gòu)的承載功能評級定為Cu級。

表1 計算結(jié)果 mm2

表2 各結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)變位 mm

3)上部結(jié)構(gòu)抗震鑒定。

廠房跨度為15 m，柱距為6 m，場地類別為Ⅲ類，屋蓋采用鋼筋混凝土屋面梁，不符合GB 50023-2009第8.3.1條3規(guī)定的按9度設(shè)防時屋架宜為鋼屋架的要求。廠房屋蓋采用15 m跨度薄腹梁無檁屋蓋，未在廠房單元兩端設(shè)置豎向支撐，不符合GB 50023-2009第8.3.3條2規(guī)定的“8度～9度時跨度不大于15 m的薄腹梁無檁屋蓋，屋架支撐系統(tǒng)布置和構(gòu)造可僅在廠房單元兩端各有豎向支撐一道”要求。

9度時屋面梁與柱子連接宜用螺栓;屋面梁端部支承墊板的厚度不宜小于16 mm，9度時柱頂預(yù)埋件的錨筋4φ16(As=803.8 mm2)，有柱間支撐的柱子，柱頂預(yù)埋件還應(yīng)有抗剪鋼板;柱間支撐與柱連接點(diǎn)預(yù)埋件的錨件，9度宜采用角鋼加端板。而該廠房屋面梁與柱子采用2根φ20螺栓連接，支承墊板厚度僅為8 mm，錨筋為6φ12(As=678.2 mm2)。不符合GB 50023-2009的相關(guān)要求。

柱間支撐的有關(guān)連接部位柱頂預(yù)埋件有抗剪鋼板，抗剪鋼板采用螺栓連接，但螺栓錨固不緊，故廠房結(jié)構(gòu)構(gòu)件現(xiàn)有連接不符合規(guī)范要求，需采取相應(yīng)的加強(qiáng)措施。

依據(jù)圖紙可知，粘土磚圍護(hù)墻(縱墻及山墻)沿柱高每隔625 mm設(shè)置2φ6鋼筋與柱拉結(jié)，不符合GB 50023-2009第8.3.7條1規(guī)定的拉筋間距不應(yīng)大于500 mm的要求。

綜上所述，該廠房在排架的構(gòu)造與配筋、廠房結(jié)構(gòu)現(xiàn)有的連接構(gòu)件、圍護(hù)結(jié)構(gòu)的連接構(gòu)造等方面不滿足GB 50023-2009建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)抗震鑒定要求，應(yīng)評為結(jié)構(gòu)綜合抗震性能不滿足抗震鑒定要求。

4 結(jié)構(gòu)鑒定結(jié)論及建議

4.1 不考慮抗震設(shè)防時的結(jié)構(gòu)靜力安全性鑒定結(jié)論

該廠房現(xiàn)有結(jié)構(gòu)安全性等級均評為三級，在不考慮抗震設(shè)防時的結(jié)構(gòu)靜力狀態(tài)下，該工房不滿足日常安全使用要求，需做必要的加固處理。

4.2 考慮抗震設(shè)防時的結(jié)構(gòu)抗震鑒定結(jié)論

該廠房現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的綜合抗震性能不滿足抗震鑒定要求，達(dá)不到該地區(qū)設(shè)防烈度(8度0.20g)的抗震設(shè)防要求，不具備充分抵御地震災(zāi)害的功能。建議對廠房現(xiàn)有結(jié)構(gòu)采取抗震加固措施，以提高結(jié)構(gòu)抗震防災(zāi)能力，避免嚴(yán)重震害對生命財產(chǎn)造成損失。

[1]GB 50144-2008，工業(yè)建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)[S].

[2]GB 50223-2008，建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)[S].

[3]GB 50023-2009，建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)[S].

[4]GB/T 50344-2004，建筑結(jié)構(gòu)檢測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[S].

[5]JGJ 8-2007，建筑變形測量規(guī)程[S].