某工業(yè)園區(qū)鋼結(jié)構(gòu)廠房結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)建筑系統(tǒng)從 90 年代引入中國后，隨著我國改革開放的深入、經(jīng)濟(jì)迅速增長，得到了飛速的發(fā)展，尤其在東南沿海地區(qū)，一些小規(guī)模企業(yè)逐步發(fā)展到現(xiàn)代化大企業(yè)，其制作安裝質(zhì)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(zhèn)化的不斷發(fā)展，門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)在內(nèi)陸地區(qū)也逐漸發(fā)展起來，但是其制作安裝質(zhì)量良莠不齊，設(shè)計不準(zhǔn)確，存在許多安全質(zhì)量問題。

1 工程概況

2019 年 11 月～2020 年 3 月，筆者單位受內(nèi)陸地區(qū)某縣某產(chǎn)業(yè)園開發(fā)有限公司委托，對其工業(yè)園區(qū)廠房及辦公樓進(jìn)行了結(jié)構(gòu)可靠性鑒定。該工程于 2019 年竣工，共有 21 棟混凝土結(jié)構(gòu)綜合樓，18棟鋼結(jié)構(gòu)廠房，總建筑面積約 77 639 m2，其中鋼結(jié)構(gòu)廠房建筑面積約為 59 569 m2。此工程設(shè)計單位為廣東某設(shè)計院，鋼結(jié)構(gòu)制作安裝單位均由各廠家自行安排，且不詳。鋼結(jié)構(gòu)廠房均為輕型門式剛架體系，屋面均設(shè)置了氣樓天窗和女兒墻，各廠房編號隨機(jī)，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(jié)果

2.1 資料調(diào)查及現(xiàn)場檢測

1）現(xiàn)場技術(shù)資料。廣東某設(shè)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(xì)勘察報告》一份。該工程基礎(chǔ)采用鉆（沖）孔灌注樁，樁端持力層為中風(fēng)化白云質(zhì)灰?guī)r層，樁端承載力特征值為 7 000 kPa。

2）現(xiàn)場檢測項目。地基基礎(chǔ)檢查、結(jié)構(gòu)體系核查、外觀質(zhì)量檢查、軸間距測量、鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件材質(zhì)檢測、構(gòu)件截面尺寸測量、結(jié)構(gòu)頂點位移側(cè)量、連接節(jié)點檢查、漆膜厚度檢測。

2.2 結(jié)構(gòu)計算復(fù)核

當(dāng)廠房結(jié)構(gòu)布置與原設(shè)計圖紙不一致，或根據(jù)現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)分析對結(jié)構(gòu)承載能力有懷疑時，對鋼結(jié)構(gòu)廠房進(jìn)行結(jié)構(gòu)計算復(fù)核。例如實際有加建夾層、結(jié)構(gòu)局部布置有調(diào)整等。

2.2.1 帶夾層廠房計算復(fù)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(nèi)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行計算復(fù)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(fēng)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(xiàn)行規(guī)范要求。根據(jù)現(xiàn)場檢測的構(gòu)件材質(zhì)和截面尺寸建模，計算模型如圖1 所示，計算應(yīng)力比如圖 2 所示。

圖1 計算模型（有夾層）（單位：mm）

圖2 計算應(yīng)力比（有夾層）

從計算結(jié)果分析：帶有局部夾層榀剛架結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載作用下側(cè)向整體位移、構(gòu)件應(yīng)力比、鋼柱平面內(nèi)外長細(xì)比、鋼梁絕對撓度符合 GB 51022－2015《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》［2］以及 GB 50017－2017《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》［3］要求。

2.2.2 高低跨雙坡屋面計算復(fù)核

廠家因設(shè)備調(diào)整需要，廠房十四未按原設(shè)計圖紙進(jìn)行建設(shè)，檢測時收到廠家提供的一份廠房結(jié)構(gòu)白圖，因此需對此剛架結(jié)構(gòu)進(jìn)行計算復(fù)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(fēng)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(xiàn)行規(guī)范要求。根據(jù)現(xiàn)場檢測的構(gòu)件材質(zhì)和截面尺寸建模，計算模型如圖 3 所示，計算應(yīng)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(yīng)力比（高低跨雙坡屋面）

從計算結(jié)果分析：此剛架結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載作用下側(cè)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(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》以及 GB 50017－2017《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》要求，高跨屋面梁應(yīng)力比為 1.08/1.42，其承載力不滿足規(guī)范要求，高跨柱平面內(nèi)外長細(xì)比不滿足規(guī)范要求。

2.3 鑒定結(jié)果

根據(jù)現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)結(jié)果、現(xiàn)場勘查情況以及結(jié)構(gòu)計算復(fù)核，依據(jù) GB 50144－2019《工業(yè)建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》［4］對 18 棟鋼結(jié)構(gòu)廠房進(jìn)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(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)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(chǔ)評級均為 A 級，上部承重結(jié)構(gòu)和圍護(hù)結(jié)構(gòu)評級除廠房二以外均為 B 級。

3 檢測質(zhì)量

根據(jù) 18 棟鋼結(jié)構(gòu)廠房的結(jié)構(gòu)檢測鑒定情況，對鋼結(jié)構(gòu)廠房存在的質(zhì)量問題進(jìn)行歸納，并對其原因進(jìn)行分析。

3.1 質(zhì)量問題

3.1.1 加建夾層

4 個廠家未按相關(guān)程序要求，私自在廠房內(nèi)加建夾層，如圖 5 所示。其中廠房十一夾層部分經(jīng)計算，夾層梁構(gòu)件計算應(yīng)力比超過規(guī)范要求的 34 %，且絕對撓度值大于L/400。

圖5 廠房十一內(nèi)部夾層圖

3.1.2 結(jié)構(gòu)布置與原設(shè)計相差較大

1）廠房十六實際高度為 12.0 m，高出原設(shè)計約 2.0 m；實際跨度約為 23.5 m，比原設(shè)計寬 2.7 m；實際柱距約為 7.1 m，比原設(shè)計大 0.6 m；實際為兩跨雙坡雙屋脊屋面，原設(shè)計為兩跨雙坡單屋脊屋面，如圖 6 所示。經(jīng)結(jié)構(gòu)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(gòu)件計算應(yīng)力比超過規(guī)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(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

2）廠房三在 D～W 軸交 9～11 軸范圍內(nèi)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(shè)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(diào)整

3.1.3 局部構(gòu)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(jié)點處，高強螺栓未安裝，少數(shù)構(gòu)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(gòu)件長度尺寸制作不精確，梁柱節(jié)點現(xiàn)場連接質(zhì)量較差，梁翼緣與柱翼緣縫隙較大，并沒有焊透，達(dá)不到設(shè)計圖紙剛接要求，如圖 10 所示。

圖10 廠房十四梁柱連接節(jié)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(fēng)柱，將影響其平面外穩(wěn)定性。

4）墻面窗戶下方檁條未加強或未做斜拉桿，導(dǎo)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(guī)范要求。

3.2 原因分析

3.2.1 設(shè)計方面

1）門式剛架輕型房屋結(jié)構(gòu)對于風(fēng)雪荷載比較敏感，一些設(shè)計人員對其結(jié)構(gòu)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(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計不重視，沒有考慮其對主體結(jié)構(gòu)的支撐作用，如墻面檁條隅撐對抗風(fēng)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(shè)置斜拉條，導(dǎo)致變形。

3.2.2 施工方面

1）鋼結(jié)構(gòu)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(shù)力量，對結(jié)構(gòu)體系一知半解，不夠重視。

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

3）制作不精確，構(gòu)件尺寸及長度不符合安裝要求，尤其是連接節(jié)點，本是螺栓連接，到現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)孔位對不上，然后隨意焊接。

4）對構(gòu)件的防腐及防火不重視，漆膜厚度全部偏薄。

3.2.3 業(yè)主方面

1）業(yè)主為了方便，隨意在房屋內(nèi)部增加夾層，或者是改變結(jié)構(gòu)布置，對結(jié)構(gòu)安全不重視。

2）對鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)不了解，只出于經(jīng)濟(jì)考慮，找不合格或沒有資質(zhì)的施工單位進(jìn)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(xiàn)場檢測重點

1）需向業(yè)主方了解鋼結(jié)構(gòu)制作安裝單位的基本信息，是否能提供鋼結(jié)構(gòu)加工詳圖。

2）結(jié)構(gòu)體系檢查需仔細(xì)，尤其是支撐系統(tǒng)，如屋面支撐及柱間支撐。

3）構(gòu)件材質(zhì)必須檢測，實際會存在 Q235 和 Q345混用的情況，且檢測時應(yīng)刨開漆膜層。

4）構(gòu)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(jié)點以及柱間支撐連接節(jié)點需重點檢查，高強螺栓個數(shù)是否與設(shè)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(hù)結(jié)構(gòu)體系需按照設(shè)計圖紙進(jìn)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(gòu)件查漏。

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

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

4.1.2 報告編制重點

1）對于現(xiàn)場結(jié)構(gòu)布置與設(shè)計圖紙相差較大時，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實際情況初步繪制結(jié)構(gòu)平面布置圖。

2）當(dāng)廠房結(jié)構(gòu)布置與原設(shè)計圖紙不一致，或根據(jù)現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)分析對結(jié)構(gòu)承載能力有懷疑時，應(yīng)對鋼結(jié)構(gòu)廠房進(jìn)行結(jié)構(gòu)計算復(fù)核。

3）結(jié)構(gòu)計算復(fù)核時，除依據(jù)設(shè)計圖紙的信息，還應(yīng)根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范的要求對結(jié)構(gòu)進(jìn)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(yīng)考慮，夾層結(jié)構(gòu)計算結(jié)果應(yīng)滿足 GB 50017－2017《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》要求。

4）結(jié)構(gòu)計算復(fù)核應(yīng)包括檁條承載力的計算，尤其是屋面檁條也應(yīng)考慮風(fēng)荷載及雪荷載的影響。

4.2 檢測鑒定難點

4.2.1 現(xiàn)場檢測難點

1）當(dāng)設(shè)計資料不詳或鋼結(jié)構(gòu)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(gòu)件的檢測難度大，通常只能檢查其結(jié)構(gòu)體系是否完整，如沒有鋼結(jié)構(gòu)制作安裝單位的發(fā)貨單時，對屋面構(gòu)件的鑒定存在一定的風(fēng)險。

3）鋼結(jié)構(gòu)焊縫質(zhì)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(gòu)件在工廠焊接時質(zhì)量有一定的保障，但現(xiàn)場焊接質(zhì)量一般較差。

4.2.2 報告編制難點

1）當(dāng)需要進(jìn)行結(jié)構(gòu)計算復(fù)核時，對鑒定人員的技術(shù)水平要求比較高，需對整個結(jié)構(gòu)體系有深入的了解。

2）鑒定人員因?qū)Y(jié)構(gòu)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(fù)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(yè)主也未能提供相關(guān)性能資料，只能根據(jù)現(xiàn)有狀況的檢查評級，對其使用年限內(nèi)狀況不能準(zhǔn)確地預(yù)估。

5 結(jié)論與建議

5.1 結(jié)論

1）縣市級鋼結(jié)構(gòu)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(shè)計單位對本地區(qū)冰雪荷載了解不到位，在 2008 年冰雪災(zāi)害后，對于輕型鋼結(jié)構(gòu)房屋屋面活荷載要求按 0.7 kN/m2考慮。

3）隨著城鎮(zhèn)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，各縣市級地區(qū)為了統(tǒng)一產(chǎn)業(yè)管理，新建工業(yè)園區(qū)，采用門式剛架輕型房屋結(jié)構(gòu)體系，卻對其結(jié)構(gòu)體系特點不清楚，對鋼結(jié)構(gòu)制作安裝不重視。

4）所有廠房均設(shè)置了女兒墻和氣樓天窗，設(shè)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(dǎo)致房屋在正常使用年限內(nèi)存在一定的安全風(fēng)險。

5）山墻面檁條與抗風(fēng)柱均未設(shè)置隅撐，部分抗風(fēng)柱平面外長細(xì)比及穩(wěn)定性是不滿足規(guī)范要求的。

6）各方對鋼結(jié)構(gòu)的防腐及防火不重視，鋼構(gòu)件防腐涂料厚度基本不滿足規(guī)范要求，防火涂料未刷。

5.2 建議

1）縣市級地區(qū)相關(guān)行政主管部門對本地區(qū)的鋼結(jié)構(gòu)房屋建設(shè)需引起重視，對鋼結(jié)構(gòu)制作安裝行業(yè)加強監(jiān)督管理。

2）工業(yè)園區(qū)建設(shè)方可引進(jìn)相關(guān)的鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)人員或咨詢單位，對整個項目的鋼結(jié)構(gòu)關(guān)鍵技術(shù)嚴(yán)格把控。

3）對于工業(yè)園區(qū)較大規(guī)模的鋼結(jié)構(gòu)廠房建設(shè)，鋼結(jié)構(gòu)分項工程可統(tǒng)一施工招標(biāo)，邀請有資質(zhì)及有相關(guān)業(yè)績的單位參與投標(biāo)，以保證制作安裝水平。

4）對于門式剛架輕型房屋設(shè)計，可邀請經(jīng)驗豐富的相關(guān)設(shè)計院或有設(shè)計資質(zhì)的鋼結(jié)構(gòu)施工單位，實際上后者更專業(yè)。

5）隨著國家經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，檢測單位需對結(jié)構(gòu)鑒定人員分專業(yè)培養(yǎng)或引進(jìn)，以保證其報告的準(zhǔn)確性及專業(yè)性。

6 結(jié)語

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