既有鋼結(jié)構(gòu)廠房檢測與可靠性鑒定分析

尹雪嬌 張曉東

（遼寧工業(yè)大學(xué)土木建筑工程學(xué)院，遼寧 錦州 121001）

0 引言

改革開放以來，工業(yè)的迅猛發(fā)展導(dǎo)致廠房的需求量越來越多，鋼結(jié)構(gòu)與鋼筋混凝結(jié)構(gòu)相比有自重輕、強(qiáng)度大等優(yōu)點(diǎn)，得到廣泛應(yīng)用［1］。隨著應(yīng)用的廣泛，很多問題也隨之而來，一些廠房在建造時(shí)設(shè)計(jì)上存在不合理因素［2］；一些廠房在使用期間，根據(jù)工廠的發(fā)展需要隨便改變使用功能；一些廠房在遭受火災(zāi)、雪災(zāi)及地震等破壞后仍繼續(xù)使用。面對這些問題和隱患，就需要對這類廠房進(jìn)行鑒定和加固，以保證結(jié)構(gòu)安全性。

本研究通過對某鋼結(jié)構(gòu)廠房進(jìn)行現(xiàn)場勘驗(yàn)以及承載力驗(yàn)算得出鑒定結(jié)論，從而提出加固方案以及檢測鑒定時(shí)需要注意的問題。

1 工程概況

黑龍江省拜泉縣某公司生產(chǎn)車間建于2012年，建筑結(jié)構(gòu)類型為門式剛架，建筑總共1層，結(jié)構(gòu)平面為矩形，長98 m，寬44 m，建筑面積4 539 m2，現(xiàn)處于使用狀態(tài)。廠房整體結(jié)構(gòu)模型如圖1所示。公司欲將廠房使用功能改為冷庫，為了掌握廠房現(xiàn)狀，為下一步改造提供參考依據(jù)，故對此廠房進(jìn)行房屋可靠性鑒定。

圖1 廠房整體模型圖

2 鑒定依據(jù)

根據(jù)委托方提供的資料以及現(xiàn)場調(diào)查、檢測結(jié)果，依據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB 50009—2012）、《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50017—2017）、《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50010—2010）（2015年版）、《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50007—2011）、《工業(yè)建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50144—2019）、《建筑結(jié)構(gòu)檢測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50344—2019）、《鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)場檢測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50621—2010）、《黑龍江省建筑工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》（DB 23）、《建筑結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50068—2018）進(jìn)行鑒定評級。

3 現(xiàn)場檢測情況

3.1 使用現(xiàn)狀

該廠房的結(jié)構(gòu)采用雙坡雙跨門式剛架體系，單跨跨度22 m，榀間距7 m，共15榀。縱向柱頂布置Φ89 mm×3.0 mm縱向鋼系桿。主剛架采用H型鋼，梁、柱詳細(xì)截面尺寸見表1。屋面選用單層彩鋼板，坡度為8%，檐口高度8 m。山墻設(shè)抗風(fēng)柱。

3.2 地基基礎(chǔ)檢測

經(jīng)了解，廠房地基基礎(chǔ)形式為樁基礎(chǔ)，樁直徑400 mm，在現(xiàn)場檢測中，場地地基穩(wěn)定，未發(fā)現(xiàn)廠房上部結(jié)構(gòu)有因基礎(chǔ)不均勻沉降導(dǎo)致的裂縫、傾斜等現(xiàn)象，如圖2所示。地基基礎(chǔ)承載情況正常，符合規(guī)范要求。

表1 梁、柱截面尺寸

圖2 地基現(xiàn)場圖

3.3 鋼構(gòu)件外觀質(zhì)量檢查

鋼構(gòu)件防火和防腐涂料經(jīng)現(xiàn)場檢測發(fā)現(xiàn)，涂層表面有部分銹蝕、涂層脫落現(xiàn)象，涂層厚度均勻，有部分皺皮、流附、針眼和氣泡。利用超聲波涂膜檢測儀檢測結(jié)果如表2所示。

表2 現(xiàn)場超聲波檢測涂膜厚度統(tǒng)計(jì)表

3.4 混凝土抗壓強(qiáng)度檢測

常用的混凝土強(qiáng)度無損檢測辦法有鉆芯法、拔出法、回彈法、超聲回彈綜合法等［3］，本工程采用對混凝土無損傷且操作簡單的回彈法測定，真實(shí)地反映混凝土構(gòu)件的強(qiáng)度指標(biāo)?，F(xiàn)場進(jìn)行抽樣檢測，取樣原則上按照規(guī)范［4］方案取樣，因此本次強(qiáng)度檢測工作更能切合實(shí)際地反映該結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度現(xiàn)狀。利用回彈儀測定，實(shí)測數(shù)據(jù)及推定混凝土強(qiáng)度值如表3所示。

表3 混凝土強(qiáng)度測定值

3.5 鋼材強(qiáng)度檢測

現(xiàn)場勘驗(yàn)中，采用檢測鋼材表面里氏硬度計(jì)測定［5］。在測量中發(fā)現(xiàn)鋼框架結(jié)構(gòu)存在Q235B級鋼和Q345B級鋼混用的現(xiàn)象，與委托方提供的資料不符。

3.6 圍護(hù)構(gòu)件檢測

經(jīng)現(xiàn)場檢測，廠房屋面、墻面在檁條均采用C形冷彎薄壁型鋼（口對口），檁條間距為1 500 mm，檁條跨度為7 m，其中屋面檁條均用C180 mm×70 mm×20 mm×2.5 mm，墻面檁條均用C170 mm×50 mm×50 mm×2.5 mm；中間榀的檁條與梁隔一設(shè)一隅撐，隅撐采用角鋼，規(guī)格為50 mm×50 mm×4.0 mm，符合規(guī)范要求。

廠房水平支撐、柱間支撐均采用Φ20 mm的柔性拉桿，均布置在第二榀和第十四榀，柔性拉桿易造成門式剛架結(jié)構(gòu)平面外彎曲破壞。

3.7 連接節(jié)點(diǎn)螺栓和焊縫檢測

現(xiàn)場抽取節(jié)點(diǎn)進(jìn)行外觀檢查，未發(fā)現(xiàn)螺栓缺失或漏擰、松動(dòng)現(xiàn)象。剛架梁、柱節(jié)點(diǎn)連接安全可靠，節(jié)點(diǎn)桿件無彎曲，柱腳無異常。焊縫表面沒有裂紋、焊瘤、氣孔、夾渣、弧坑裂紋、電弧擦傷等現(xiàn)象，檢測角焊縫焊腳厚度如表4所示。

4 承載力驗(yàn)算

根據(jù)原圖紙及現(xiàn)場勘察結(jié)果，使用PKPM V5.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件對中間榀剛架GJ-1進(jìn)行整體承載力驗(yàn)算，并對廠房整體進(jìn)行可靠性鑒定。

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)測結(jié)果建模，計(jì)算模型如圖3所示，計(jì)算應(yīng)力比如圖4所示，驗(yàn)算結(jié)果見表5。分析結(jié)果可知，此剛架結(jié)構(gòu)梁應(yīng)力比為1.48∶1.33，其承載力不滿足現(xiàn)行規(guī)范要求；剛架柱平面外長細(xì)比不滿足規(guī)范要求。

5 鑒定評級

根據(jù)勘驗(yàn)結(jié)果，對房屋承重構(gòu)件安全狀況進(jìn)行驗(yàn)算，按《工業(yè)建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50144—2019）［6］相關(guān)規(guī)定，按照子單元和鑒定單元分步進(jìn)行評級。

5.1 子單元評級結(jié)果

對子單元的安全性鑒定評級，應(yīng)按照地基基礎(chǔ)、上部承重結(jié)構(gòu)和圍護(hù)結(jié)構(gòu)的承重部分三個(gè)子單元的安全性等級進(jìn)行評定，其評定結(jié)果如下。

5.1.1 地基基礎(chǔ)安全性評級。該廠房場地地基穩(wěn)定，無滑動(dòng)跡象及滑動(dòng)史，且建筑物無沉降裂縫、變形和位移，地基基礎(chǔ)無明顯不均勻沉降現(xiàn)象。地基基礎(chǔ)安全性等級評為Au級，無需對地基基礎(chǔ)進(jìn)行加固維修。

表4 角焊縫焊腳厚度統(tǒng)計(jì)表

圖3 計(jì)算模型（單位：mm）

圖4 計(jì)算應(yīng)力比

5.1.2 上部承重結(jié)構(gòu)安全性評級。綜合現(xiàn)場檢測及承載力計(jì)算，判定該鋼框架部分構(gòu)件不滿足規(guī)范要求，上部承重結(jié)構(gòu)安全性等級為Bu級。

5.1.3 圍護(hù)系統(tǒng)承重部分安全性評級。針對圍護(hù)結(jié)構(gòu)承重部分進(jìn)行檢測和驗(yàn)算，未發(fā)現(xiàn)有開裂、銹蝕等現(xiàn)象，但部分支撐布置不合理。圍護(hù)系統(tǒng)安全性等級為Bu級。

表5 計(jì)算結(jié)果

5.2 鑒定單元評級結(jié)果

綜合評定可知：由于上部承重剛架結(jié)構(gòu)承載力不足，造成鑒定單元安全性等級為Bsu級。由于委托方欲改變該建筑使用功能，使用功能由庫房變?yōu)槔鋷欤柙阡摿合路皆黾釉O(shè)備管道荷載，主鋼架的承載力不滿足現(xiàn)行規(guī)范要求，需要對鋼梁及鋼柱進(jìn)行加固處理。

6 存在問題及加固方案

經(jīng)現(xiàn)場勘驗(yàn)及計(jì)算復(fù)核，對該廠房存在的主要問題及進(jìn)行改造加固的方案進(jìn)行以下分析。

6.1 框架梁加固

部分鋼梁承載力不滿足要求，且改造成冷庫要求在鋼梁下方增設(shè)管道荷載。需在H型鋼梁下翼緣加焊T型鋼構(gòu)件的方法進(jìn)行加固，使鋼梁的承載力增大。

6.2 框架柱加固

鋼柱承載力可以滿足要求，但平面外失穩(wěn)?？梢栽黾又矫嫱庵?，減少計(jì)算長度，保證柱平面外的穩(wěn)定性。

6.3 圍護(hù)體系加固

支撐體系布置不合理。依據(jù)規(guī)范［7］可知，無吊車時(shí)，柱間支撐間距宜取30～45 m，故需在中間再設(shè)一榀柱間支撐，可有效提高廠房結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性和縱向剛度。

7 結(jié)語

鋼結(jié)構(gòu)加固改造是一項(xiàng)復(fù)雜的工作，在加固改造前進(jìn)行現(xiàn)場檢測和鑒定是非常有必要的，因?yàn)殍b定結(jié)果能清晰地看出結(jié)構(gòu)體系的薄弱處以及加固的重點(diǎn)。在加固方案的選取上，要從施工方便、經(jīng)濟(jì)合理以及改造后的使用功能等方面考慮。本研究對某廠房結(jié)構(gòu)進(jìn)行現(xiàn)場勘驗(yàn)和可靠性鑒定，主要有以下建議。

①由于既有鋼結(jié)構(gòu)的使用條件及結(jié)構(gòu)體系的復(fù)雜性和多樣性，因此現(xiàn)場檢測時(shí)的抽樣要保證隨機(jī)性。

②鋼構(gòu)件易銹蝕，腐蝕損傷通常對鋼材性能有一定影響，需要對其進(jìn)行除銹處理，通常可采用噴砂處理、噴丸處理或手工除銹。

③在加固設(shè)計(jì)中，應(yīng)針對檢測鑒定反映的問題，結(jié)合結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，有針對性地選取最優(yōu)加固方案。

④在加固設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮因施工停工、停產(chǎn)產(chǎn)生的損失，盡量采用負(fù)載情況下加固。