工業(yè)廠房檢測(cè)鑒定與加固設(shè)計(jì)研究

【摘要】工業(yè)廠房作為承載工業(yè)生產(chǎn)的重要建筑，其本身基于外部環(huán)境影響以及內(nèi)部生產(chǎn)長(zhǎng)期干擾，容易產(chǎn)生一定的結(jié)構(gòu)安全性問(wèn)題，加之諸多工業(yè)廠房的建設(shè)應(yīng)用均有較高年限，因而做好工業(yè)廠房的檢測(cè)鑒定，及時(shí)發(fā)現(xiàn)其中的結(jié)構(gòu)問(wèn)題和相關(guān)不足，并落實(shí)加固設(shè)計(jì)具體措施就極為關(guān)鍵和重要。文章結(jié)合具體的工業(yè)廠房案例，論述工業(yè)廠房的加固設(shè)計(jì)對(duì)策方法，希望對(duì)實(shí)際的工業(yè)廠房檢測(cè)鑒定和加固設(shè)計(jì)有理論支持價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】工業(yè)廠房；檢測(cè)鑒定；加固設(shè)計(jì)

【中圖分類號(hào)】TU746.3" " " 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A" " " "【文章編號(hào)】1673-6028（2024）03-0113-03

0 引言

工業(yè)廠房檢測(cè)鑒定需保障檢測(cè)方法科學(xué)，以避免工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)性問(wèn)題和安全隱患發(fā)生。這需要相關(guān)單位在檢測(cè)中以工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為基礎(chǔ)，確定結(jié)構(gòu)檢測(cè)要點(diǎn)和重點(diǎn)，落實(shí)具備針對(duì)性的檢測(cè)鑒定并以此制定合理的加固措施，最終保障工業(yè)廠房使用壽命和使用安全性提升[1]。

1 依托工程概況

某鋼筋混凝土框架廠房建筑項(xiàng)目，廠房位于7度Ⅱ類場(chǎng)地，為單層鋼筋混凝土柱廠房，結(jié)構(gòu)采用排架結(jié)構(gòu)承重體系，廠房跨度為24m，柱距為6m，檐口標(biāo)高19.850m。該廠房為裝配式建筑，梁、板、柱均為工廠預(yù)制，排架柱為平腹桿雙肢柱，山墻抗風(fēng)柱為矩形柱，屋架為預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土屋架，屋面為預(yù)應(yīng)力混凝土屋面板，基礎(chǔ)為鋼筋混凝土獨(dú)立基礎(chǔ)，圍護(hù)墻采用240mm空斗墻，廠房?jī)蓚?cè)磚墻均為嵌砌。廠房平面示意圖見圖1。

2 工業(yè)廠房檢測(cè)鑒定要求

該工程建成后使用已有45年，目前存在結(jié)構(gòu)裂縫繼續(xù)擴(kuò)展、局部混凝土老化較嚴(yán)重等問(wèn)題。為了解該廠房的質(zhì)量現(xiàn)狀和加固的可行性，給下一步提供相關(guān)的技術(shù)資料，此次對(duì)該廠房進(jìn)行抗震鑒定與評(píng)價(jià)。為確保該結(jié)構(gòu)抗震安全，依據(jù)現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》GB 50023―2009的規(guī)定，按后續(xù)使用年限30年（A類建筑）的要求，抗震設(shè)防烈度7度，抗震設(shè)防類別丙類，對(duì)該樓進(jìn)行抗震鑒定，并提出加固處理建議。依據(jù)現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》GB 50023―2009的要求，既有的單層鋼筋混凝土柱廠房的抗震鑒定，應(yīng)檢查結(jié)構(gòu)布置、構(gòu)件構(gòu)造、支撐、結(jié)構(gòu)構(gòu)件連接和墻體連接構(gòu)造等，當(dāng)檢查的各項(xiàng)符合要求時(shí)，一般情況下，可評(píng)為滿足抗震鑒定要求，對(duì)有規(guī)定的情況，尚應(yīng)結(jié)合抗震承載力驗(yàn)算進(jìn)行綜合抗震能力評(píng)定[2]。

3 工業(yè)廠房檢測(cè)鑒定的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)情況

3.1 對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)體系的檢查

本文研究的廠房主體結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土框架。從結(jié)構(gòu)平面來(lái)看是一種規(guī)則性矩形，廠房建筑共包括五層，其中地上為四層，地下為一層，在研究時(shí)，將按照從下至上順序分為一層、二層、三層以及四層，廠房結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)邊長(zhǎng)約為55.60m，寬邊長(zhǎng)約為24.00m。在結(jié)構(gòu)內(nèi)部設(shè)置了框架柱，高度約為5.97m，而基礎(chǔ)頂達(dá)到該框架柱的截面尺寸包含兩種，一種是700mm×700mm，另一種則是800mm×800mm，在兩層以上的框架柱截面尺寸有所縮減，具體尺寸范圍在450mm×450mm～700mm×700mm之間。廠房屋面結(jié)構(gòu)中運(yùn)用了主梁和次梁體系，其中第一層的主梁尺寸包括300mm×700mm、300mm×900mm以及300mm×1000mm；第二層到第四層的主梁尺寸包括300mm×700mm、300mm×750mm以及300mm×800mm。所有結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)都是運(yùn)用了柱下獨(dú)立樁承臺(tái)的形式，這種樁屬于預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)度混凝土管樁，本身的承載力較強(qiáng)，功能尚未進(jìn)行過(guò)任何的加固改造處理[3]。

3.2 檢測(cè)結(jié)構(gòu)的混凝土強(qiáng)度

通過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，此次研究的廠房房屋建筑工程，其混凝土強(qiáng)度的檢測(cè)宜采用非破損性的檢測(cè)技術(shù)，多方考量后決定運(yùn)用超聲回彈綜合法檢測(cè)，該項(xiàng)方法主要是基于混凝土抗壓強(qiáng)度和超聲波傳播速度、回彈值間的關(guān)聯(lián)性來(lái)測(cè)定，檢測(cè)時(shí)基于回彈值與聲速進(jìn)一步測(cè)算最終混凝土抗壓強(qiáng)度參數(shù)，避免給混凝土結(jié)構(gòu)造成損壞，實(shí)際操作中還會(huì)參照超聲回彈綜合法對(duì)混凝土強(qiáng)度檢測(cè)的技術(shù)規(guī)程文件，還會(huì)使用非金屬超聲波檢測(cè)儀器以及混凝土回彈儀器。此外，為了保證混凝土強(qiáng)度檢測(cè)的結(jié)果更為準(zhǔn)確，此次工程又運(yùn)用了鉆芯法進(jìn)行結(jié)果確認(rèn)及修正，該方法屬于半破損的混凝土結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)方式，具體會(huì)使用到專業(yè)鉆機(jī)設(shè)備，先是從廠房混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件中鉆入并取芯，再進(jìn)一步監(jiān)測(cè)芯樣的混凝土強(qiáng)度和內(nèi)部質(zhì)量，其檢測(cè)結(jié)果頗為準(zhǔn)確但會(huì)給結(jié)構(gòu)造成局部破損。依據(jù)規(guī)范文件中提供的公式推算，混凝土結(jié)構(gòu)采用超聲回彈綜合法測(cè)得的強(qiáng)度平均值約為46.33MPa，而標(biāo)準(zhǔn)差值約為5.48MPa，強(qiáng)度推定值為37.32MPa。實(shí)際鉆芯取樣處理的修正值約為-6.19MPa，由此可最終確認(rèn)推定值為31.13MPa，設(shè)計(jì)的混凝土強(qiáng)度要求為C30，由此也可看出其推定值達(dá)到了強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)[4]。

3.3 廠房整體的傾斜檢測(cè)

為了確認(rèn)廠房建設(shè)具有安全性，此次研究還針對(duì)房屋的各個(gè)測(cè)點(diǎn)使用經(jīng)緯儀開展了傾斜檢測(cè)。經(jīng)緯儀設(shè)備可以對(duì)混凝土框架結(jié)構(gòu)房屋建筑的豎直角和水平角進(jìn)行精準(zhǔn)測(cè)量，儀器設(shè)計(jì)基于測(cè)角原理，具有較高精度水平。

3.4 判斷主體承重構(gòu)件的損傷狀況

現(xiàn)場(chǎng)勘查人員通過(guò)仔細(xì)檢查沒有發(fā)現(xiàn)廠房主體承重構(gòu)件存在明顯損傷問(wèn)題，觀察未發(fā)現(xiàn)有顯著裂縫、鋼筋銹蝕、變形以及露筋等狀況，確認(rèn)其構(gòu)件質(zhì)量尚且良好。

3.5 驗(yàn)算地基和基礎(chǔ)的實(shí)際承載力

研究項(xiàng)目的廠房工程樁為預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)度混凝土管樁，因此可選擇對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)文件《預(yù)應(yīng)力混凝土管樁》（10G409）來(lái)驗(yàn)算基礎(chǔ)承載力。其中樁類型為PHC400AB95-42，在接樁時(shí)采用了10/10/10/12的方式，確定單個(gè)工程樁的豎向抗壓承載力特征值標(biāo)準(zhǔn)為1450kN。依據(jù)PKPM軟件中SATWE的相關(guān)計(jì)算結(jié)果，進(jìn)一步運(yùn)用該軟件中的JCCAD功能計(jì)算工程廠房地基基礎(chǔ)承載力，通過(guò)計(jì)算結(jié)果可以獲知，在增加荷載加固處理之后，廠房本身部分樁承臺(tái)的下方樁基承載力難以達(dá)到抗震要求，需進(jìn)一步改進(jìn)。

綜上所述，基于上述檢測(cè)鑒定措施的應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)較為全面的廠房結(jié)構(gòu)檢測(cè)。依據(jù)本文研究案例情況檢測(cè)來(lái)看，可明確工廠案例廠房結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)無(wú)腐蝕、酥堿、松散情況，少部分基礎(chǔ)存在裂縫，地基基礎(chǔ)無(wú)嚴(yán)重缺陷。廠房抗震性能不符合鑒定要求，低于《建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》GB 50023―2009的7度抗震設(shè)防烈度、丙類設(shè)防的A類單層鋼筋混凝土柱廠房的鑒定要求，因而需采取加固處理。

4 工業(yè)廠房加固設(shè)計(jì)對(duì)策

4.1 有關(guān)加固的建議

通過(guò)對(duì)此次研究的廠房房屋建模計(jì)算分析并進(jìn)一步校核配筋情況，最終提出了幾條關(guān)于提升結(jié)構(gòu)抗震性能的加固處理意見。一是結(jié)合廠房鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)運(yùn)用軟件PKPM計(jì)算獲得的結(jié)果可發(fā)現(xiàn)，其框架中多處梁構(gòu)件存在著實(shí)際配筋量較小的問(wèn)題，因此，建議梁構(gòu)件采用粘鋼法或是碳纖維粘貼法實(shí)現(xiàn)加固。二是本廠房建筑會(huì)被改造用作數(shù)據(jù)中心，其對(duì)結(jié)構(gòu)抗震性能的要求更高，因此在抗震設(shè)防類別方面，由原廠房的丙類進(jìn)一步提升到乙類。從實(shí)際廠房運(yùn)行情況來(lái)看，其樓面、屋面的實(shí)際使用活荷載有了顯著提升，因此，部分混凝土結(jié)構(gòu)的框架柱軸壓比出現(xiàn)了超出限值問(wèn)題，基于此可以在這類柱構(gòu)件中運(yùn)用增大截面方法實(shí)施加固處理。三是根據(jù)設(shè)計(jì)的改造方案并使用PKPM計(jì)算軟件來(lái)驗(yàn)算了廠房屋面板承載力值，發(fā)現(xiàn)有部分屋面板配筋存在不足情況，故而建議對(duì)屋面板的加固采用板底托梁手段或是碳纖維布粘貼方法。四是在廠房的樓面增加活荷載之后，部分柱下原本獨(dú)立承載臺(tái)面的單樁反力已經(jīng)超過(guò)了承載力特征值標(biāo)準(zhǔn)，因此有必要盡快對(duì)樁基礎(chǔ)實(shí)施加固。

4.2 具體加固方法

4.2.1 碳纖維布粘貼法

廠房房屋的混凝土框架結(jié)構(gòu)可使用碳纖維布粘貼方式來(lái)加固處理（見圖2），這種材料主要是由環(huán)氧樹脂預(yù)浸處理最后復(fù)合而成，本身具有較佳的抗拉強(qiáng)度。在對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固時(shí)，會(huì)使用環(huán)氧樹脂粘貼劑沿著碳纖維受拉的方向或是與裂縫相垂直的方向拉牽粘貼到構(gòu)件處，這就會(huì)形成一種新受力復(fù)合體，讓原本的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件和碳纖維材料共同對(duì)外力進(jìn)行承受，結(jié)構(gòu)本身的抗剪性與抗裂性都有所增強(qiáng)，還會(huì)提高構(gòu)件的實(shí)際強(qiáng)度與延伸性能，促進(jìn)抗震能力的加強(qiáng)。

4.2.2 增大截面法

混凝土框架結(jié)構(gòu)也可采用增大截面法來(lái)提高抗震性能，這種方法屬于直接加固法，其能夠?qū)崿F(xiàn)結(jié)構(gòu)構(gòu)件剛度和承載力的增強(qiáng)。同時(shí)，在增大了截面之后，框架結(jié)構(gòu)原本的自振頻率也會(huì)有所改變，使其穩(wěn)定性更佳，故而該方法多會(huì)用在混凝土結(jié)構(gòu)柱構(gòu)件、梁構(gòu)件以及板構(gòu)件位置。

4.2.3 粘鋼法

所謂粘鋼法就是指在混凝土框架結(jié)構(gòu)上粘貼鋼板來(lái)實(shí)現(xiàn)加固，使用的鋼板材料也能夠具有較佳的抗拉強(qiáng)度，粘貼時(shí)會(huì)運(yùn)用高性能環(huán)氧類粘貼劑，讓混凝土原結(jié)構(gòu)和鋼板形成一個(gè)統(tǒng)一機(jī)體，進(jìn)而提高承載能力并增強(qiáng)剛度。實(shí)際工程中的該方法多數(shù)會(huì)運(yùn)用在鋼筋混凝土受拉構(gòu)件、大偏心受壓位置以及受彎位置處。粘鋼法加固的具體流程為：做施工準(zhǔn)備—混凝土結(jié)構(gòu)表面處理—粘貼鋼板—放線—鋼板固定—密封邊縫—粘結(jié)膠體配制—養(yǎng)護(hù)處理—質(zhì)量檢測(cè)。采用該方法加固的混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件實(shí)測(cè)強(qiáng)度等級(jí)要高于C15，還要注意其表面抗拉黏結(jié)強(qiáng)度要在1.5MPa以上，鋼板黏結(jié)前的混凝土結(jié)構(gòu)表面處理主要是進(jìn)行除銹，若其結(jié)構(gòu)表面存在防銹材料，那么要保證對(duì)粘結(jié)劑無(wú)害，這樣才能確保鋼材的黏結(jié)更為緊密，粘鋼后的構(gòu)件服役過(guò)程中要保證外部環(huán)境溫度不超過(guò)60℃ ，在本項(xiàng)目工程所在地區(qū)完全適用。

綜上所述，上述三種加固方法在應(yīng)用中均有各自優(yōu)勢(shì)價(jià)值，而橫向?qū)Ρ认缕涓髯詢?yōu)缺點(diǎn)也較為鮮明，其中碳纖維布粘貼法相較于其他加固法可最低限度改變?cè)薪Y(jié)構(gòu)應(yīng)力分布，保障設(shè)計(jì)載荷內(nèi)與原結(jié)構(gòu)共同受力，且自身自重輕、體積小施工簡(jiǎn)便，無(wú)論是難度還是施工時(shí)間都較短，但也存在材料價(jià)格高、施工工藝要求高的缺點(diǎn)；增大截面法相對(duì)其他方法適用性強(qiáng)、技術(shù)成熟，可在合理造價(jià)內(nèi)顯著提升結(jié)構(gòu)承受力和截面剛度，具備良好的加固效果，但該方法也存在作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)、保養(yǎng)要求高、原有結(jié)構(gòu)形狀影響等缺陷；粘鋼法相對(duì)其他方法工藝簡(jiǎn)單且設(shè)備要求低，只需一定施工技術(shù)和設(shè)備即可完成施工且抗剪、抗拉效果顯著，但也存在環(huán)境要求高、局部加固效果不良、維護(hù)難度大的缺陷。因此在綜合上述各類方法優(yōu)缺點(diǎn)基礎(chǔ)上，相關(guān)單位選取加固法應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況合理選擇。

5 結(jié)語(yǔ)

工業(yè)廠房檢測(cè)鑒定與加固設(shè)計(jì)開展，需從實(shí)際出發(fā)并依照工業(yè)廠房檢測(cè)鑒定要求開展，在檢測(cè)鑒定中應(yīng)落實(shí)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)體系、結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度、廠房的不均勻沉降、廠房整體傾斜、主體承重構(gòu)件損傷、廠房房屋上部結(jié)構(gòu)抗震性能、地基和基礎(chǔ)的實(shí)際承載力的檢測(cè)，加固應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況合理選取應(yīng)用碳纖維布粘貼法、增大截面法、粘鋼法等加固方法，以此實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的工業(yè)廠房檢測(cè)鑒定加固。

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[作者簡(jiǎn)介]錢昆（1978—），男，湖北武漢人，本科，工程師，研究方向：工程質(zhì)量檢測(cè)。