談鋼結構工業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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談鋼結構工業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)

針對工業廠房吊車梁、排架柱、屋蓋系統的損壞情況及鋼筋銹蝕等問題，提出了相對應的可靠性控制措施，并從結構的加固、維護、修復三方面進行了詳細的探討，以保證廠房的安全生產。

鋼結構，工業廠房，吊車梁，排架柱

0 引言

我國鋼結構工業廠房的應用范圍大多數集中在重型工業廠房，車間的運行時間普遍是連續的，是大規模生產線中最重要的環節。因此如何提高鋼結構工業廠房結構的可靠性，保證結構的正常工作和廠房的安全生產，必須以結構的可靠、牢固為制約條件。對維持工業的持續發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構具有相應的強度、耐久性和穩定性，同時必須考慮實際生產工程給廠房結構造成損害或事故的可能性。這是結構設計人員應重視的問題，更重要的是結構付諸于使用時的環境條件和維護狀況。下面就影響結構可靠性的原因和措施做具體分析和研究。

1 工業廠房構件的損壞與事故

廠房的工作制分為輕級、中級和重級。生產的繁忙程度、橋式吊車的工作制以及廠房的環境條件(高溫車間、有腐蝕性氣體散發的車間)會給鋼結構廠房帶來一系列不利的因素，其中一些因素是原有設計未考慮的，因此鋼結構構件的損壞具有特定的規律性。

1.1 吊車梁的損壞

吊車梁是工業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局部及整體破壞的部分，也是生產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生較大事故，但實際使用中它的損壞情況相當嚴重，經調查能占據廠房構件破壞的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

工業廠房排架柱的內力是按荷載的最不利組合來計算的。但可變荷載同時出現的幾率很低，排架柱的實際應力很低，強度儲備大，發生事故的可能性很低。但實際運行中，工業廠房的鋼柱仍不時有損壞的現象發生，其主要原因是個別節點構造不合理和柱肢在生產過程中被撞擊過而發生銹蝕，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過嚴重裂縫，經檢查，多數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，導致頂板開裂下沉。事故發生后分析其原因，得出結論是設計人員對柱頭的構造處理不恰當。作為構造構件的加勁肋，設計的過短，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致柱此次事故的原因之一。此外還有類似事故的發生，柱子與吊車梁的連接部位的焊縫開裂，柱腳暴露于地面發生嚴重生銹，柱子地基處理的不好導致柱身傾斜，高溫車間內個別鋼柱受超高溫影響發生嚴重扭曲。

1.3 屋蓋系統的損壞

屋蓋系統是細長桿件和薄壁結構組成。桿件的截面較復雜，抗腐蝕性較差。屋蓋系統的傳力明確，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超載的現象很敏感，一些重塵車間很容易產生堆積過厚的灰荷載。不定期清掃、積灰過多是導致國內外屋蓋系統發生多次倒塌事故的直接原因。屋蓋系統中支撐系統更是不容忽視。支撐的作用是保證廠房的整體穩定性，廠房失穩會導致屋蓋系統的大面積倒塌，往往導致人身傷亡，設備損壞，生產停頓，給工廠帶來重大損失。總結屋蓋系統破壞的原因有以下幾點。

1.3.1 計算簡圖與實際構造不符

不能準確的繪制計算簡圖，計算簡圖是簡支，實際構造為固結或是連續梁。計算結果使梁的內力增大，桿件失穩。

1.3.2 圖紙設計有誤

一些重要節點構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倒塌與劣質的施工質量密切相關。尤其是焊縫質量的控制不到位。

1.3.4 結構超載或冷脆現象

屋面積雪、積灰或施工荷載增大，導致結構嚴重超載而失穩。鋼材在低溫狀態下，發生脆性是突發性的，往往是防范不及，是危害性最大的事故。

1.4 鋼構件的銹蝕

銹蝕問題對鋼結構至關重要，是可靠度降低的一個非常重要的原因。預防鋼材銹蝕應結合下列因素綜合解決：

1)降低車間內外大氣和介質的腐蝕能力；

2)適宜的涂料和維修期限；

3)選擇合理的結構形式；

4)局部構造處理及防護措施。涂料的好壞直接影響構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，發生的破壞是疲勞破壞，設計時要認真驗算，要綜合考慮吊車荷載的特點、根據吊車梁實際構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，影響正常生產或對工作人員造成傷害。根據工程實際經驗，凡是能按橋式吊車橫向剎車力驗算軌頂位移滿足設計規范要求時，一般均能保證橫向剛度的要求。尤其是在露天廠房設計中應引起重視。另外對柱頭的構造處理要恰當。適當增加加勁肋和吊車肢柱頭腹板的厚度。

2.3 屋蓋系統的控制

鋼屋架的實際工作中還應重點考慮幾個不利因素：節點剛度影響、實際桁架中桿件在節點處沒有對中和桿件不直，從而對桿件的承載力造成影響。嚴把設計、施工質量關，避免超載，同時高度重視在低溫地區易發生的冷脆現象，做好保溫工作。

2.4 鋼材銹蝕問題的控制

做好結構的定期維護，選擇適宜的涂料。嚴把施工和材料的質量關。只要涂料不脫落，結構構件不會銹蝕。在實際運行過程中，做好鋼結構銹蝕的預防工作。

3 通過結構加固、維護和修復來提高可靠度

隨著企業的發展和技術革新，必然需要廠房的擴建和加固。結構老化，設計、使用運輸和安裝過程中的缺陷和錯誤或由于意外災害等將說明廠房有加固的必要。

3.1 結構的加固

首先收集原有結構的設計圖紙、結構設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力在60%以下。

3.2 結構的維護

我國規定廠房結構可靠度采用的設計基準期為50年。這個時間不能與結構安全壽命等同起來，超過結構的設計基準期時，結構的可靠度降低了。從實際調查結果來看，國內外大量的廠房的使用都已超過50年還在使用，主要決定于結構的維護。

檢查和維護是日常生產中不可缺少的工作。如彩鋼板屋面一經發現生銹，應及時做局部更換。容易積灰的車間，應經常進行全面清灰，冬季特別關注屋面的積雪情況，否則屋蓋將超負荷而導致事故。在北方地區，嚴冬來臨時，還應充分警惕脆性破壞的事故發生。

3.3 結構的修復

經過高溫灼燒后的構件，如灼燒區域涉及一部分截面，應考慮變形修復后繼續使用。前提條件是在構件上取樣進行硬度或拉伸試驗，再判斷是否能繼續使用。

構件之間的連接和缺陷的修復包括金屬中出現裂縫或焊縫出現裂縫，均是不允許的。均需對裂縫進行常規修復后方可使用。鋼構件中出現有不規則孔洞和缺口時，應予修補。構件之間的接頭不良時，必須修補。修補前應先卸掉荷載，然后再進行修補。

總之，為保證廠房結構的正常運行，我們每個工程技術人員必須重視的問題，首先從設計入手，施工過程中嚴格把關，生產中做好經常性和定期性的維護，發現問題及時修復和加固，為維持工業生產的有效進行和正常發展而努力。

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[2] 林思佐.結構可靠度的計算方法介紹[J].現代電力,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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