談鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房可靠性的控制措施

席 紅 剛

(長(zhǎng)治市建筑工程總公司，山西 長(zhǎng)治 046000)

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談鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房可靠性的控制措施

席 紅 剛

(長(zhǎng)治市建筑工程總公司，山西 長(zhǎng)治 046000)

針對(duì)工業(yè)廠房吊車梁、排架柱、屋蓋系統(tǒng)的損壞情況及鋼筋銹蝕等問題，提出了相對(duì)應(yīng)的可靠性控制措施，并從結(jié)構(gòu)的加固、維護(hù)、修復(fù)三方面進(jìn)行了詳細(xì)的探討，以保證廠房的安全生產(chǎn)。

鋼結(jié)構(gòu)，工業(yè)廠房，吊車梁，排架柱

0 引言

我國鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房的應(yīng)用范圍大多數(shù)集中在重型工業(yè)廠房，車間的運(yùn)行時(shí)間普遍是連續(xù)的，是大規(guī)模生產(chǎn)線中最重要的環(huán)節(jié)。因此如何提高鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)的可靠性，保證結(jié)構(gòu)的正常工作和廠房的安全生產(chǎn)，必須以結(jié)構(gòu)的可靠、牢固為制約條件。對(duì)維持工業(yè)的持續(xù)發(fā)展有效地進(jìn)行具有不可低估的作用。但前提條件是保證整個(gè)結(jié)構(gòu)具有相應(yīng)的強(qiáng)度、耐久性和穩(wěn)定性，同時(shí)必須考慮實(shí)際生產(chǎn)工程給廠房結(jié)構(gòu)造成損害或事故的可能性。這是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員應(yīng)重視的問題，更重要的是結(jié)構(gòu)付諸于使用時(shí)的環(huán)境條件和維護(hù)狀況。下面就影響結(jié)構(gòu)可靠性的原因和措施做具體分析和研究。

1 工業(yè)廠房構(gòu)件的損壞與事故

廠房的工作制分為輕級(jí)、中級(jí)和重級(jí)。生產(chǎn)的繁忙程度、橋式吊車的工作制以及廠房的環(huán)境條件(高溫車間、有腐蝕性氣體散發(fā)的車間)會(huì)給鋼結(jié)構(gòu)廠房帶來一系列不利的因素，其中一些因素是原有設(shè)計(jì)未考慮的，因此鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的損壞具有特定的規(guī)律性。

1.1 吊車梁的損壞

吊車梁是工業(yè)廠房中鋼骨架的重要組成成分。在長(zhǎng)期動(dòng)荷載使用過程中容易出現(xiàn)局部及整體破壞的部分，也是生產(chǎn)中需定期檢查和維護(hù)的對(duì)象。因計(jì)算理論圖形和實(shí)際情況的差異，再加上使用的頻率較高，吊車梁的可靠性最低。吊車梁的損壞不易發(fā)生較大事故，但實(shí)際使用中它的損壞情況相當(dāng)嚴(yán)重，經(jīng)調(diào)查能占據(jù)廠房構(gòu)件破壞的48%，尤其是部分中級(jí)和重級(jí)工作制的吊車梁，使用3年～5年后，就不得不報(bào)廢。

1.2 排架柱的損壞

工業(yè)廠房排架柱的內(nèi)力是按荷載的最不利組合來計(jì)算的。但可變荷載同時(shí)出現(xiàn)的幾率很低，排架柱的實(shí)際應(yīng)力很低，強(qiáng)度儲(chǔ)備大，發(fā)生事故的可能性很低。但實(shí)際運(yùn)行中，工業(yè)廠房的鋼柱仍不時(shí)有損壞的現(xiàn)象發(fā)生，其主要原因是個(gè)別節(jié)點(diǎn)構(gòu)造不合理和柱肢在生產(chǎn)過程中被撞擊過而發(fā)生銹蝕，或高溫使柱子扭曲變形等，還有一部分是地基不均勻發(fā)生下沉所致。下面以一個(gè)典型的案例做一下詳細(xì)的分析。

鞍鋼二初軋均熱爐車間柱頭曾出現(xiàn)過嚴(yán)重裂縫，經(jīng)檢查，多數(shù)裂縫開始于加勁肋下端，然后向上、向左右擴(kuò)展，有的延伸至翼緣，甚至使翼緣全寬度裂透。有的延伸至頂板，導(dǎo)致頂板開裂下沉。事故發(fā)生后分析其原因，得出結(jié)論是設(shè)計(jì)人員對(duì)柱頭的構(gòu)造處理不恰當(dāng)。作為構(gòu)造構(gòu)件的加勁肋，設(shè)計(jì)的過短，同時(shí)吊車肢的柱頭腹板太薄。吊車運(yùn)行時(shí)，加勁肋下端頻繁擺動(dòng)，吊車的自重大也是導(dǎo)致柱此次事故的原因之一。此外還有類似事故的發(fā)生，柱子與吊車梁的連接部位的焊縫開裂，柱腳暴露于地面發(fā)生嚴(yán)重生銹，柱子地基處理的不好導(dǎo)致柱身傾斜，高溫車間內(nèi)個(gè)別鋼柱受超高溫影響發(fā)生嚴(yán)重扭曲。

1.3 屋蓋系統(tǒng)的損壞

屋蓋系統(tǒng)是細(xì)長(zhǎng)桿件和薄壁結(jié)構(gòu)組成。桿件的截面較復(fù)雜，抗腐蝕性較差。屋蓋系統(tǒng)的傳力明確，計(jì)算簡(jiǎn)圖與實(shí)際情況接近。屋蓋的承載力儲(chǔ)備最小。屋蓋對(duì)在使用過程中出現(xiàn)超載的現(xiàn)象很敏感，一些重塵車間很容易產(chǎn)生堆積過厚的灰荷載。不定期清掃、積灰過多是導(dǎo)致國內(nèi)外屋蓋系統(tǒng)發(fā)生多次倒塌事故的直接原因。屋蓋系統(tǒng)中支撐系統(tǒng)更是不容忽視。支撐的作用是保證廠房的整體穩(wěn)定性，廠房失穩(wěn)會(huì)導(dǎo)致屋蓋系統(tǒng)的大面積倒塌，往往導(dǎo)致人身傷亡，設(shè)備損壞，生產(chǎn)停頓，給工廠帶來重大損失。總結(jié)屋蓋系統(tǒng)破壞的原因有以下幾點(diǎn)。

1.3.1 計(jì)算簡(jiǎn)圖與實(shí)際構(gòu)造不符

不能準(zhǔn)確的繪制計(jì)算簡(jiǎn)圖，計(jì)算簡(jiǎn)圖是簡(jiǎn)支，實(shí)際構(gòu)造為固結(jié)或是連續(xù)梁。計(jì)算結(jié)果使梁的內(nèi)力增大，桿件失穩(wěn)。

1.3.2 圖紙?jiān)O(shè)計(jì)有誤

一些重要節(jié)點(diǎn)構(gòu)造不合理或漏掉重要的零件。

1.3.3 制造安裝有誤

某些工廠的屋蓋系統(tǒng)倒塌與劣質(zhì)的施工質(zhì)量密切相關(guān)。尤其是焊縫質(zhì)量的控制不到位。

1.3.4 結(jié)構(gòu)超載或冷脆現(xiàn)象

屋面積雪、積灰或施工荷載增大，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)嚴(yán)重超載而失穩(wěn)。鋼材在低溫狀態(tài)下，發(fā)生脆性是突發(fā)性的，往往是防范不及，是危害性最大的事故。

1.4 鋼構(gòu)件的銹蝕

銹蝕問題對(duì)鋼結(jié)構(gòu)至關(guān)重要，是可靠度降低的一個(gè)非常重要的原因。預(yù)防鋼材銹蝕應(yīng)結(jié)合下列因素綜合解決：

1)降低車間內(nèi)外大氣和介質(zhì)的腐蝕能力；

2)適宜的涂料和維修期限；

3)選擇合理的結(jié)構(gòu)形式；

4)局部構(gòu)造處理及防護(hù)措施。涂料的好壞直接影響構(gòu)件的使用年限和壽命。

2 可靠度的控制措施

2.1 吊車梁的控制

吊車梁承受的是動(dòng)荷載，發(fā)生的破壞是疲勞破壞，設(shè)計(jì)時(shí)要認(rèn)真驗(yàn)算，要綜合考慮吊車荷載的特點(diǎn)、根據(jù)吊車梁實(shí)際構(gòu)造對(duì)計(jì)算簡(jiǎn)圖完善以及局部作用等特點(diǎn)綜合考慮，同時(shí)充分重視其組成構(gòu)件之間的相互連接，讓損失減少到最小。

2.2 排架柱的控制

排架柱除滿足自身的強(qiáng)度外，驗(yàn)算時(shí)還應(yīng)該考慮廠房柱子的整體橫向剛度，避免因剛度不足造成橋式吊車脫軌或廠房晃動(dòng)過大，影響正常生產(chǎn)或?qū)ぷ魅藛T造成傷害。根據(jù)工程實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，凡是能按橋式吊車橫向剎車力驗(yàn)算軌頂位移滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求時(shí)，一般均能保證橫向剛度的要求。尤其是在露天廠房設(shè)計(jì)中應(yīng)引起重視。另外對(duì)柱頭的構(gòu)造處理要恰當(dāng)。適當(dāng)增加加勁肋和吊車肢柱頭腹板的厚度。

2.3 屋蓋系統(tǒng)的控制

鋼屋架的實(shí)際工作中還應(yīng)重點(diǎn)考慮幾個(gè)不利因素：節(jié)點(diǎn)剛度影響、實(shí)際桁架中桿件在節(jié)點(diǎn)處沒有對(duì)中和桿件不直，從而對(duì)桿件的承載力造成影響。嚴(yán)把設(shè)計(jì)、施工質(zhì)量關(guān)，避免超載，同時(shí)高度重視在低溫地區(qū)易發(fā)生的冷脆現(xiàn)象，做好保溫工作。

2.4 鋼材銹蝕問題的控制

做好結(jié)構(gòu)的定期維護(hù)，選擇適宜的涂料。嚴(yán)把施工和材料的質(zhì)量關(guān)。只要涂料不脫落，結(jié)構(gòu)構(gòu)件不會(huì)銹蝕。在實(shí)際運(yùn)行過程中，做好鋼結(jié)構(gòu)銹蝕的預(yù)防工作。

3 通過結(jié)構(gòu)加固、維護(hù)和修復(fù)來提高可靠度

隨著企業(yè)的發(fā)展和技術(shù)革新，必然需要廠房的擴(kuò)建和加固。結(jié)構(gòu)老化，設(shè)計(jì)、使用運(yùn)輸和安裝過程中的缺陷和錯(cuò)誤或由于意外災(zāi)害等將說明廠房有加固的必要。

3.1 結(jié)構(gòu)的加固

首先收集原有結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)圖紙、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算書和實(shí)際運(yùn)行記錄，確定加固方案。盡量減少由加固施工引起的費(fèi)用。盡可能在負(fù)荷狀態(tài)下加固，其次在卸載作用下加固。加固的連接盡可能采用高強(qiáng)螺栓或焊接。在焊接加固時(shí)最好控制鋼材的容許應(yīng)力在60%以下。

3.2 結(jié)構(gòu)的維護(hù)

我國規(guī)定廠房結(jié)構(gòu)可靠度采用的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為50年。這個(gè)時(shí)間不能與結(jié)構(gòu)安全壽命等同起來，超過結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期時(shí)，結(jié)構(gòu)的可靠度降低了。從實(shí)際調(diào)查結(jié)果來看，國內(nèi)外大量的廠房的使用都已超過50年還在使用，主要決定于結(jié)構(gòu)的維護(hù)。

檢查和維護(hù)是日常生產(chǎn)中不可缺少的工作。如彩鋼板屋面一經(jīng)發(fā)現(xiàn)生銹，應(yīng)及時(shí)做局部更換。容易積灰的車間，應(yīng)經(jīng)常進(jìn)行全面清灰，冬季特別關(guān)注屋面的積雪情況，否則屋蓋將超負(fù)荷而導(dǎo)致事故。在北方地區(qū)，嚴(yán)冬來臨時(shí)，還應(yīng)充分警惕脆性破壞的事故發(fā)生。

3.3 結(jié)構(gòu)的修復(fù)

經(jīng)過高溫灼燒后的構(gòu)件，如灼燒區(qū)域涉及一部分截面，應(yīng)考慮變形修復(fù)后繼續(xù)使用。前提條件是在構(gòu)件上取樣進(jìn)行硬度或拉伸試驗(yàn)，再判斷是否能繼續(xù)使用。

構(gòu)件之間的連接和缺陷的修復(fù)包括金屬中出現(xiàn)裂縫或焊縫出現(xiàn)裂縫，均是不允許的。均需對(duì)裂縫進(jìn)行常規(guī)修復(fù)后方可使用。鋼構(gòu)件中出現(xiàn)有不規(guī)則孔洞和缺口時(shí)，應(yīng)予修補(bǔ)。構(gòu)件之間的接頭不良時(shí)，必須修補(bǔ)。修補(bǔ)前應(yīng)先卸掉荷載，然后再進(jìn)行修補(bǔ)。

總之，為保證廠房結(jié)構(gòu)的正常運(yùn)行，我們每個(gè)工程技術(shù)人員必須重視的問題，首先從設(shè)計(jì)入手，施工過程中嚴(yán)格把關(guān)，生產(chǎn)中做好經(jīng)常性和定期性的維護(hù)，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)修復(fù)和加固，為維持工業(yè)生產(chǎn)的有效進(jìn)行和正常發(fā)展而努力。

[1] 李泰來,朱 暾.大型工業(yè)廠房可靠度分析方法的研究[J].武漢水利電力大學(xué)學(xué)報(bào),2000(4)：45-46.

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Discussion on the control measures for reliability of steel structure industrial workshop

Xi Honggang

(Changzhi Construction Engineering Corporation, Changzhi 046000, China)

According to the damage situation and steel corrosion and other problems of industrial workshop crane beam, frame column, roof system, this paper put forward corresponding reliability control measures, and from the structure strengthening, maintenance, repair three aspects made detailed discussion, to ensure the safety production of workshop.

steel structure, industrial workshop, crane beam, bent column

1009-6825(2017)16-0052-03

2017-03-21

席紅剛(1977- )，男，工程師

TU391

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