談鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房可靠性的控制措施

席 紅 剛

(長治市建筑工程總公司，山西 長治 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

(長治市建筑工程總公司，山西 長治 046000)

針對工業(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，提出了相對應(yīng)的可靠性控制措施，并從結(jié)構(gòu)的加固、維護、修復(fù)三方面進行了詳細的探討，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，車間的運行時間普遍是連續(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。對維持工業(yè)的持續(xù)發(fā)展有效地進行具有不可低估的作用。但前提條件是保證整個結(jié)構(gòu)具有相應(yīng)的強度、耐久性和穩(wěn)定性，同時必須考慮實際生產(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)計人員應(yīng)重視的問題，更重要的是結(jié)構(gòu)付諸于使用時的環(huán)境條件和維護狀況。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、中級和重級。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。在長期動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的對象。因計算理論圖形和實際情況的差異，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，但實際使用中它的損壞情況相當(dāng)嚴重，經(jīng)調(diào)查能占據(jù)廠房構(gòu)件破壞的48%，尤其是部分中級和重級工作制的吊車梁，使用3年～5年后，就不得不報廢。

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算的。但可變荷載同時出現(xiàn)的幾率很低，排架柱的實際應(yīng)力很低，強度儲備大，發(fā)生事故的可能性很低。但實際運行中，工業(yè)廠房的鋼柱仍不時有損壞的現(xiàn)象發(fā)生，其主要原因是個別節(jié)點構(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。下面以一個典型的案例做一下詳細的分析。

鞍鋼二初軋均熱爐車間柱頭曾出現(xiàn)過嚴重裂縫，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)計人員對柱頭的構(gòu)造處理不恰當(dāng)。作為構(gòu)造構(gòu)件的加勁肋，設(shè)計的過短，同時吊車肢的柱頭腹板太薄。吊車運行時，加勁肋下端頻繁擺動，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)個別鋼柱受超高溫影響發(fā)生嚴重扭曲。

1.3 屋蓋系統(tǒng)的損壞

屋蓋系統(tǒng)是細長桿件和薄壁結(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，計算簡圖與實際情況接近。屋蓋的承載力儲備最小。屋蓋對在使用過程中出現(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。

1.3.1 計算簡圖與實際構(gòu)造不符

不能準確的繪制計算簡圖，計算簡圖是簡支，實際構(gòu)造為固結(jié)或是連續(xù)梁。計算結(jié)果使梁的內(nèi)力增大，桿件失穩(wěn)。

1.3.2 圖紙設(shè)計有誤

一些重要節(jié)點構(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

銹蝕問題對鋼結(jié)構(gòu)至關(guān)重要，是可靠度降低的一個非常重要的原因。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

吊車梁承受的是動荷載，發(fā)生的破壞是疲勞破壞，設(shè)計時要認真驗算，要綜合考慮吊車荷載的特點、根據(jù)吊車梁實際構(gòu)造對計算簡圖完善以及局部作用等特點綜合考慮，同時充分重視其組成構(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度外，驗算時還應(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)工程實際經(jīng)驗，凡是能按橋式吊車橫向剎車力驗算軌頂位移滿足設(shè)計規(guī)范要求時，一般均能保證橫向剛度的要求。尤其是在露天廠房設(shè)計中應(yīng)引起重視。另外對柱頭的構(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

鋼屋架的實際工作中還應(yīng)重點考慮幾個不利因素：節(jié)點剛度影響、實際桁架中桿件在節(jié)點處沒有對中和桿件不直，從而對桿件的承載力造成影響。嚴把設(shè)計、施工質(zhì)量關(guān)，避免超載，同時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，選擇適宜的涂料。嚴把施工和材料的質(zhì)量關(guān)。只要涂料不脫落，結(jié)構(gòu)構(gòu)件不會銹蝕。在實際運行過程中，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，必然需要廠房的擴建和加固。結(jié)構(gòu)老化，設(shè)計、使用運輸和安裝過程中的缺陷和錯誤或由于意外災(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)計圖紙、結(jié)構(gòu)設(shè)計計算書和實際運行記錄，確定加固方案。盡量減少由加固施工引起的費用。盡可能在負荷狀態(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螺栓或焊接。在焊接加固時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

我國規(guī)定廠房結(jié)構(gòu)可靠度采用的設(shè)計基準期為50年。這個時間不能與結(jié)構(gòu)安全壽命等同起來，超過結(jié)構(gòu)的設(shè)計基準期時，結(jié)構(gòu)的可靠度降低了。從實際調(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。

檢查和維護是日常生產(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)及時做局部更換。容易積灰的車間，應(yīng)經(jīng)常進行全面清灰，冬季特別關(guān)注屋面的積雪情況，否則屋蓋將超負荷而導(dǎo)致事故。在北方地區(qū)，嚴冬來臨時，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)件上取樣進行硬度或拉伸試驗，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。均需對裂縫進行常規(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，應(yīng)予修補。構(gòu)件之間的接頭不良時，必須修補。修補前應(yīng)先卸掉荷載，然后再進行修補。

總之，為保證廠房結(jié)構(gòu)的正常運行，我們每個工程技術(shù)人員必須重視的問題，首先從設(shè)計入手，施工過程中嚴格把關(guān)，生產(chǎn)中做好經(jīng)常性和定期性的維護，發(fā)現(xiàn)問題及時修復(fù)和加固，為維持工業(yè)生產(chǎn)的有效進行和正常發(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,2000(4)：45-46.

[2] 林思佐.結(jié)構(gòu)可靠度的計算方法介紹[J].現(xiàn)代電力,1993(3)：98-100.

[3] 楊海菲,楊仕教,曾 晟.巖土工程可靠度計算方法研究[J].水利與建筑工程學(xué)報,2008(2)：73-75.

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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