某工業園區鋼結構廠房結構鑒定探討

鄧 露

（湖南省第四工程有限公司，湖南 長沙 430103）

0 引言

門式剛架輕型鋼結構建筑系統從 90 年代引入中國后，隨著我國改革開放的深入、經濟迅速增長，得到了飛速的發展，尤其在東南沿海地區，一些小規模企業逐步發展到現代化大企業，其制作安裝質量也逐步提高，打造了許多精品工程［1］。近 10 年來，隨著國家城鎮化的不斷發展，門式剛架輕型鋼結構在內陸地區也逐漸發展起來，但是其制作安裝質量良莠不齊，設計不準確，存在許多安全質量問題。

1 工程概況

2019 年 11 月～2020 年 3 月，筆者單位受內陸地區某縣某產業園開發有限公司委托，對其工業園區廠房及辦公樓進行了結構可靠性鑒定。該工程于 2019 年竣工，共有 21 棟混凝土結構綜合樓，18棟鋼結構廠房，總建筑面積約 77 639 m2，其中鋼結構廠房建筑面積約為 59 569 m2。此工程設計單位為廣東某設計院，鋼結構制作安裝單位均由各廠家自行安排，且不詳。鋼結構廠房均為輕型門式剛架體系，屋面均設置了氣樓天窗和女兒墻，各廠房編號隨機，實際概況如表 1 所示。

表1 各廠房工程實際概況

2 鑒定過程及鑒定結果

2.1 資料調查及現場檢測

1）現場技術資料。廣東某設計院提供的施工圖一份；湖南某勘察單位提供的《巖土工程詳細勘察報告》一份。該工程基礎采用鉆（沖）孔灌注樁，樁端持力層為中風化白云質灰巖層，樁端承載力特征值為 7 000 kPa。

2）現場檢測項目。地基基礎檢查、結構體系核查、外觀質量檢查、軸間距測量、鋼結構構件材質檢測、構件截面尺寸測量、結構頂點位移側量、連接節點檢查、漆膜厚度檢測。

2.2 結構計算復核

當廠房結構布置與原設計圖紙不一致，或根據現場檢測數據分析對結構承載能力有懷疑時，對鋼結構廠房進行結構計算復核。例如實際有加建夾層、結構局部布置有調整等。

2.2.1 帶夾層廠房計算復核

廠房七、廠房十、廠房十一、廠房十二均為廠家私自加建夾層，因此需對此范圍內的結構進行計算復核。計算考慮的荷載：屋面恒載 0.20 kN/m2，屋面活載 0.50 kN/m2，基本雪壓為 0.3 kN/m2（考慮不均勻雪荷載以及高低屋面堆積雪荷載），基本風壓為 0.30 kN/m2，夾層樓板恒載為 4.0 kN/m2，夾層樓板活載為 2.0 kN/m2，荷載組合按現行規范要求。根據現場檢測的構件材質和截面尺寸建模，計算模型如圖1 所示，計算應力比如圖 2 所示。

圖1 計算模型（有夾層）（單位：mm）

圖2 計算應力比（有夾層）

從計算結果分析：帶有局部夾層榀剛架結構在風荷載作用下側向整體位移、構件應力比、鋼柱平面內外長細比、鋼梁絕對撓度符合 GB 51022－2015《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規范》［2］以及 GB 50017－2017《鋼結構設計標準》［3］要求。

2.2.2 高低跨雙坡屋面計算復核

廠家因設備調整需要，廠房十四未按原設計圖紙進行建設，檢測時收到廠家提供的一份廠房結構白圖，因此需對此剛架結構進行計算復核。計算考慮的荷載：屋面恒載 0.20 kN/m2，屋面活載 0.50 kN/m2，基本雪壓為 0.3 kN/m2（考慮不均勻雪荷載以及高低屋面堆積雪荷載），基本風壓為 0.30 kN/m2，夾層樓板恒載為 4.0 kN/m2，夾層樓板活載為 4.0 kN/m2，1 臺 5 t 吊車，1 臺 10 t 吊車，荷載組合按現行規范要求。根據現場檢測的構件材質和截面尺寸建模，計算模型如圖 3 所示，計算應力比如圖 4 所示。

圖3 計算模型（高低跨雙坡屋面）（單位：mm）

圖4 計算應力比（高低跨雙坡屋面）

從計算結果分析：此剛架結構在風荷載作用下側向整體位移、鋼梁絕對撓度符合 GB 51022－2015《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規范》以及 GB 50017－2017《鋼結構設計標準》要求，高跨屋面梁應力比為 1.08/1.42，其承載力不滿足規范要求，高跨柱平面內外長細比不滿足規范要求。

2.3 鑒定結果

根據現場檢測數據結果、現場勘查情況以及結構計算復核，依據 GB 50144－2019《工業建筑可靠性鑒定標準》［4］對 18 棟鋼結構廠房進行鑒定評級：除廠房二可靠性等級評為一級，其余廠房可靠性等級均為二級（略低于國家現行標準的可靠性要求，尚不明顯影響整體安全，不影響正常使用）；地基基礎評級均為 A 級，上部承重結構和圍護結構評級除廠房二以外均為 B 級。

3 檢測質量

根據 18 棟鋼結構廠房的結構檢測鑒定情況，對鋼結構廠房存在的質量問題進行歸納，并對其原因進行分析。

3.1 質量問題

3.1.1 加建夾層

4 個廠家未按相關程序要求，私自在廠房內加建夾層，如圖 5 所示。其中廠房十一夾層部分經計算，夾層梁構件計算應力比超過規范要求的 34 %，且絕對撓度值大于L/400。

圖5 廠房十一內部夾層圖

3.1.2 結構布置與原設計相差較大

1）廠房十六實際高度為 12.0 m，高出原設計約 2.0 m；實際跨度約為 23.5 m，比原設計寬 2.7 m；實際柱距約為 7.1 m，比原設計大 0.6 m；實際為兩跨雙坡雙屋脊屋面，原設計為兩跨雙坡單屋脊屋面，如圖 6 所示。經結構計算，在考慮屋面雪荷載不均勻布置的情況下，部分屋面梁構件計算應力比超過規范要求的 28 %，且屋面梁絕對撓度值大于L/180。

圖6 廠房十六內部結構圖

2）廠房三在 D～W 軸交 9～11 軸范圍內增蓋了鋼屋蓋，如圖 7 所示；10 軸鋼柱往 9 軸方向移動了 4 180 mm；V～U 軸交 11 軸鋼柱取消；W～T 軸交 10～13 軸剛架方向改變，如圖 8 所示；縱向吊車噸位均為 10 t，原設計圖為 5 t。

圖7 廠房三加蓋鋼屋面圖

圖8 廠房三局部剛架方向調整

3.1.3 局部構件缺失或銹蝕

1）廠房十四局部柱間支撐未安裝；個別連接節點處，高強螺栓未安裝，少數構件有銹蝕，如圖 9 所示。

圖9 廠房十四未安裝螺栓、連接板銹蝕

2）構件長度尺寸制作不精確，梁柱節點現場連接質量較差，梁翼緣與柱翼緣縫隙較大，并沒有焊透，達不到設計圖紙剛接要求，如圖 10 所示。

圖10 廠房十四梁柱連接節點

3）所有廠房山墻面檁條與鋼柱均未安裝隅撐，尤其是抗風柱，將影響其平面外穩定性。

4）墻面窗戶下方檁條未加強或未做斜拉桿，導致窗戶下方檁條變形，如圖 11 所示。

圖11 墻面檁條變形圖

5）屋面檐口處以及氣樓天窗處檁條并未加密，如圖 12 所示。

圖12 廠房屋面檁條圖

6）所有廠房的漆膜厚度均不滿足規范要求。

3.2 原因分析

3.2.1 設計方面

1）門式剛架輕型房屋結構對于風雪荷載比較敏感，一些設計人員對其結構體系的特點不清楚，橫向剛架計算時未考慮屋面雪荷載的不均勻布置以及高低處雪荷載堆積。在極端惡劣天氣下，屋面梁承載能力可能存在不足。

2）對圍護結構的設計不重視，沒有考慮其對主體結構的支撐作用，如墻面檁條隅撐對抗風柱平面外的約束作用，屋面檁條并沒有考慮女兒墻和氣樓天窗的堆積雪荷載，墻面條形窗戶下方檁條未設置斜拉條，導致變形。

3.2.2 施工方面

1）鋼結構制作安裝單位水平參差不齊，甚至有些僅是施工隊伍，缺乏技術力量，對結構體系一知半解，不夠重視。

2）對支撐系統不夠重視，存在漏安裝或隨意改變其位置，導致支撐系統不完整，從而影響房屋的整體性能。

3）制作不精確，構件尺寸及長度不符合安裝要求，尤其是連接節點，本是螺栓連接，到現場發現孔位對不上，然后隨意焊接。

4）對構件的防腐及防火不重視，漆膜厚度全部偏薄。

3.2.3 業主方面

1）業主為了方便，隨意在房屋內部增加夾層，或者是改變結構布置，對結構安全不重視。

2）對鋼結構行業不了解，只出于經濟考慮，找不合格或沒有資質的施工單位進行制作安裝。

4 檢測鑒定重難點

4.1 檢測鑒定重點

4.1.1 現場檢測重點

1）需向業主方了解鋼結構制作安裝單位的基本信息，是否能提供鋼結構加工詳圖。

2）結構體系檢查需仔細，尤其是支撐系統，如屋面支撐及柱間支撐。

3）構件材質必須檢測，實際會存在 Q235 和 Q345混用的情況，且檢測時應刨開漆膜層。

4）構件截面尺寸，尤其是鋼板厚度檢測需重視，存在以薄代厚的情況。

5）梁柱連接節點以及柱間支撐連接節點需重點檢查，高強螺栓個數是否與設計圖紙一致，摩擦型螺栓不能焊接，翼緣連接焊縫是否熔透。

6）圍護結構體系需按照設計圖紙進行對比檢查，如屋面檁條、墻面檁條、直拉條及斜拉條，屋面隅撐及墻面隅撐等構件查漏。

7）金屬屋面板或墻面板產品是否合格，應能滿足抗風揭性能、防腐性能和防水性能等要求。

8）對鋼構件的防腐及防火涂料厚度進行檢測，通常漆膜厚度不滿足規范要求，防火涂料未刷。

4.1.2 報告編制重點

1）對于現場結構布置與設計圖紙相差較大時，應根據現場實際情況初步繪制結構平面布置圖。

2）當廠房結構布置與原設計圖紙不一致，或根據現場檢測數據分析對結構承載能力有懷疑時，應對鋼結構廠房進行結構計算復核。

3）結構計算復核時，除依據設計圖紙的信息，還應根據現行規范的要求對結構進行計算，如基本雪壓按100年取值，屋面不均勻雪荷載和堆積雪荷載應考慮，夾層結構計算結果應滿足 GB 50017－2017《鋼結構設計標準》要求。

4）結構計算復核應包括檁條承載力的計算，尤其是屋面檁條也應考慮風荷載及雪荷載的影響。

4.2 檢測鑒定難點

4.2.1 現場檢測難點

1）當設計資料不詳或鋼結構制作安裝單位不詳時，對檢測工作的開展帶來一定的難度。

2）廠房高度一般較高，對于屋面構件的檢測難度大，通常只能檢查其結構體系是否完整，如沒有鋼結構制作安裝單位的發貨單時，對屋面構件的鑒定存在一定的風險。

3）鋼結構焊縫質量的檢測難度也比較大，尤其是一級焊縫，要求用超聲波探傷儀全部檢測，構件在工廠焊接時質量有一定的保障，但現場焊接質量一般較差。

4.2.2 報告編制難點

1）當需要進行結構計算復核時，對鑒定人員的技術水平要求比較高，需對整個結構體系有深入的了解。

2）鑒定人員因對結構體系一知半解，尤其是檁條等薄壁型鋼的特點不了解，在計算復核時抓不住重點，容易忽略其安全性，在鑒定評級時不夠全面。

3）對于屋面及墻面金屬板性能不了解，而業主也未能提供相關性能資料，只能根據現有狀況的檢查評級，對其使用年限內狀況不能準確地預估。

5 結論與建議

5.1 結論

1）縣市級鋼結構制作安裝單位水平參差不齊，其制作安裝水平普遍偏低，存在較大的安全隱患。

2）外地設計單位對本地區冰雪荷載了解不到位，在 2008 年冰雪災害后，對于輕型鋼結構房屋屋面活荷載要求按 0.7 kN/m2考慮。

3）隨著城鎮經濟不斷發展，各縣市級地區為了統一產業管理，新建工業園區，采用門式剛架輕型房屋結構體系，卻對其結構體系特點不清楚，對鋼結構制作安裝不重視。

4）所有廠房均設置了女兒墻和氣樓天窗，設計時并未考慮在極端惡劣天氣下，屋面雪荷載會形成堆積，從而導致房屋在正常使用年限內存在一定的安全風險。

5）山墻面檁條與抗風柱均未設置隅撐，部分抗風柱平面外長細比及穩定性是不滿足規范要求的。

6）各方對鋼結構的防腐及防火不重視，鋼構件防腐涂料厚度基本不滿足規范要求，防火涂料未刷。

5.2 建議

1）縣市級地區相關行政主管部門對本地區的鋼結構房屋建設需引起重視，對鋼結構制作安裝行業加強監督管理。

2）工業園區建設方可引進相關的鋼結構技術人員或咨詢單位，對整個項目的鋼結構關鍵技術嚴格把控。

3）對于工業園區較大規模的鋼結構廠房建設，鋼結構分項工程可統一施工招標，邀請有資質及有相關業績的單位參與投標，以保證制作安裝水平。

4）對于門式剛架輕型房屋設計，可邀請經驗豐富的相關設計院或有設計資質的鋼結構施工單位，實際上后者更專業。

5）隨著國家經濟的飛速發展，檢測單位需對結構鑒定人員分專業培養或引進，以保證其報告的準確性及專業性。

6 結語

通過對某縣級市工業園區鋼結構廠房結構檢測鑒定，就存在的質量問題進行了總結，并做了較為詳細的原因分析，并對檢測過程中遇到的重點、難點問題進行了闡述和分析，最后得出常見并涉及到結構安全的質量問題與原因，并為提高工程質量提出了建議。