某混合結(jié)構(gòu)廠房的鑒定

莫潤峰

（廣東省建筑材料研究院有限公司）

0 引言

為了節(jié)約資源，實現(xiàn)資源利用最大化，舊改對于建筑市場是未來一個大趨勢。因為歷史問題而存在的舊廠房未必需要拆除重建，本文通過對一個既有混合結(jié)構(gòu)廠房的檢測鑒定，探討對簡易混合結(jié)構(gòu)廠房的鑒定方法，并為后續(xù)加固改造設計提出合理的建議，以便滿足后續(xù)使用的要求。

1 工程概況

某地一建筑為單層單跨簡易廠房，平面尺寸為54.7m×20.0m，平面布置較為規(guī)整，檐口高度約為5.0m，橫向受力構(gòu)件為鋼柱，三角鋼屋架；縱向未設置柱間支撐，而在鋼柱間貼砌燒結(jié)磚砌體墻兼作縱向抗側(cè)力構(gòu)件；山墻為燒結(jié)磚墻+磚扶壁柱；屋面為單層彩鋼瓦坡屋面。該廠房建于2002 年并投入使用，由于建設前期沒有經(jīng)過正規(guī)的設計，導致目前該廠房可能存在較大的安全隱患。現(xiàn)階段該廠房作半加工半儲蓄倉使用。平面布置圖如圖1 所示。

圖1

2 現(xiàn)場檢測與查勘

2.1 結(jié)構(gòu)體系檢查及使用情況調(diào)查

從結(jié)構(gòu)體系角度看，該建筑為單層簡易鋼+砌體混合結(jié)構(gòu)廠房，現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)問題如下：

⑴屋面水平支撐為交叉圓鋼（實測φ9），未見張緊措施；

⑵鋼柱間燒結(jié)磚圍護墻兼做縱向抗側(cè)力構(gòu)件，現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)圍護墻未與鋼柱拉結(jié)，且墻體通高未設置圈梁等整體性構(gòu)造措施；

⑶屋面三角鋼桁架端部第二節(jié)間斜腹桿普遍缺失；

⑷縱向燒結(jié)磚墻窗洞寬3m，窗頂未設置混凝土過梁，已超過了《砌體結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》（GB50003-2011）[1]第7.2.1 條規(guī)定的采用鋼筋磚過梁時1.5m 的跨度界限要求；

從使用情況角度看，該廠房現(xiàn)處于使用狀態(tài)，該廠房無腐蝕、高溫、振動環(huán)境等不良環(huán)境。

2.2 主體結(jié)構(gòu)變形測量

現(xiàn)場選取該建筑結(jié)構(gòu)陽角部位進行側(cè)向位移測量。測量結(jié)果表明該建筑廠房結(jié)構(gòu)頂點側(cè)向位移范圍為0.8～3.6mm（H/4000～H/1000），均未超過《工業(yè)建筑可靠性鑒定標準》（GB50144-2019）[2]第7.3.9 條規(guī)定的單層鋼結(jié)構(gòu)廠房鋼柱的使用性等級按結(jié)構(gòu)水平位移影響評定時的A 級界限（≤H/1000）。

2.3 砌筑砂漿強度檢測

現(xiàn)場使用貫入式砂漿強度檢測儀對該建筑部分磚墻部位進行砂漿強度檢測。結(jié)果表明，抽檢的砌體墻砂漿強度值為1.5MPa，砂漿強度不滿足《建筑抗震設計規(guī)范》（GB 50011-2010）[3]第3.9.2 條規(guī)定的普通磚的砌筑砂漿實際達到的強度等級不應低于M5 的要求。

2.4 砌體縱墻高厚比驗算

根據(jù)《砌體結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》（GB50003-2011）第5.1.3 條：對于上端為自由端的構(gòu)件，計算高度：

H0=2H=10000mm

根據(jù)《砌體設計規(guī)范》6.1.3 條：

自承重墻，μ1=1.32。

根據(jù)《砌體設計規(guī)范》6.1.3 條：

有門窗洞口，1/5H ≤hs ＜4/5H，μ2=max ((1－0.4bs/s)，0.7)=max((1－0.4×3000/6000)，0.7)=0.80

根據(jù)《砌體設計規(guī)范》第6.1.1 條：

允許高厚比[β]=22.00

β=H0/h=10000/180=55.56≥μ1μ2[β]=1.32×0.80×22.00=23.23

即：該建筑縱墻高厚比不滿足規(guī)范要求。

2.5 鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點連接構(gòu)造檢查

根據(jù)現(xiàn)場實際檢測條件，對現(xiàn)場鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點連接構(gòu)造檢查情況如下：

該建筑鋼屋架上弦桿及下弦桿構(gòu)件采用雙角鋼，豎杠和斜腹桿采用單角鋼，節(jié)點均為簡易焊接節(jié)點，多數(shù)未設置節(jié)點板。

2.6 鋼材品種檢測

按照《鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)場檢測技術(shù)標準》（GB/T 50621-2010）[4]第11 章推薦方法，采用化學成分分析方法判斷國產(chǎn)結(jié)構(gòu)鋼鋼材品種，根據(jù)該標準第11.3.1 條及條文說明，該樣品Mn 含量分別為0.508%，0.335%，均在0.30%～0.80%區(qū)間范圍內(nèi)，可判斷該樣品屬于碳素結(jié)構(gòu)鋼；但其C 含量為分別為0.277%及0.231%，均超過《碳素結(jié)構(gòu)鋼》（GB/T 700-2006）[5]規(guī)定的Q235 鋼C 含量0.2%的上限值；用公式（σb=285+7C+2Si+0.06Mn+7.5 p，以0.01%計）大致推斷樣品抗拉強度范圍，可算出兩塊樣品的抗拉強度分別為536.4N/mm2、543.8N/mm2，均超過《碳素結(jié)構(gòu)鋼》（GB/T 700-2006）第5.4.6 條表2 規(guī)定的關于Q235 牌號抗拉強度區(qū)間（370～500）N/mm2的上限值。說明該樣品為含碳量超標的碳素結(jié)構(gòu)鋼。

3 上部結(jié)構(gòu)驗算分析

3.1 基本信息

該建筑建于2002 年，根據(jù)《建筑抗震鑒定標準》（GB 50023-2009）[6]第1.0.4～1.0.5 條規(guī)定,按C 類建筑進行抗震鑒定。建筑抗震鑒定基本信息：

房屋建造年代：2002；基本風壓：0.5kN/m2；上部結(jié)構(gòu)類型：簡易鋼+砌體混合結(jié)構(gòu)；建筑物安全等級：二；房屋總高/層數(shù)：單層5.0m；地面粗糙度：B。

抗震承載力驗算參數(shù)取值見表1。

表1 抗震承載力驗算參數(shù)取值

3.2 場地、地基和基礎

根據(jù)《建筑抗震鑒定標準》（GB 50023-2009）第4.2.2 條規(guī)定，7 度時地基基礎現(xiàn)狀無嚴重靜載缺陷的乙類、丙類建筑，可不進行地基基礎的抗震鑒定。經(jīng)現(xiàn)場檢測，該建筑室外地臺、室內(nèi)地面及各柱、墻腳均未發(fā)現(xiàn)明顯的沉陷、錯位現(xiàn)象，上部結(jié)構(gòu)構(gòu)件無不均勻沉降裂縫和明顯的傾斜現(xiàn)象，故被檢測房屋基礎現(xiàn)狀可評為無嚴重靜載缺陷的丙類房屋，符合上述條件，故可不進行地基基礎的抗震鑒定。

3.3 抗震構(gòu)造措施核查

該建筑為簡易單層混合結(jié)構(gòu)廠房，磚墻作為鋼結(jié)構(gòu)縱向抗側(cè)力構(gòu)件在現(xiàn)行規(guī)范中無對應的建筑類別，因此本次抗震鑒定參照《建筑抗震設計規(guī)范》（GB 50011-2010）2016 年版，按第9.2 節(jié)單層鋼結(jié)構(gòu)廠房及9.3 節(jié)單層磚柱廠房對應的條款逐條核查抗震構(gòu)造措施。核查結(jié)果表明：受檢廠房以磚墻作為柱間支撐，僅上弦設置交叉圓鋼支撐，且無張緊措施，不滿足規(guī)范第9.2.2 條第一款6、7 度宜采用柱間支撐，也可采用剛接框架及第三款屋蓋應設置完整的支撐系統(tǒng)的要求；并且該結(jié)構(gòu)無圈梁、無臥梁，不滿足規(guī)范第9.3.12 條和第9.3.13 條的要求。綜上所述，該廠房結(jié)構(gòu)抗震構(gòu)造措施不滿足標準的要求。

3.4 承載力驗算

本次根據(jù)現(xiàn)場檢測結(jié)果對該建筑結(jié)構(gòu)的承載力進行驗算分析，采用中國建筑科學研究院結(jié)構(gòu)研究所PKPM 系列鋼結(jié)構(gòu)計算模塊，根據(jù)相關國家標準有關要求，進行了計算分析，驗算模型如圖2。

圖2

3.5 結(jié)構(gòu)承載力驗算分析

根據(jù)結(jié)構(gòu)驗算分析結(jié)果，該廠房鋼柱平面外穩(wěn)定應力比及長細比超限，跨中第二節(jié)間斜腹桿平面內(nèi)應力比超限，鋼屋架下弦桿平面外計算長度為10m，導致平面外長細比大于《鋼結(jié)構(gòu)設計標準》（GB 50017-2017）[7]第7.4.6 條受壓桿長細比150 限值的要求，同時也大于受拉桿長細比350 的限值要求，進而導致下弦桿平面外穩(wěn)定應力比超限。

3.6 結(jié)構(gòu)變形驗算分析

該廠房三角桁架端部第二節(jié)間斜腹桿缺失，在桁架節(jié)點鉸接的假定下，端部第二節(jié)間桿件形成機構(gòu)，在豎向荷載及水平風荷載工況下變形失真，結(jié)構(gòu)變形驗算結(jié)果詳見圖3。

圖3

4 處理建議

根據(jù)現(xiàn)場檢測及結(jié)構(gòu)驗算結(jié)果分析，該廠房的鋼屋架及砌體墻不滿足構(gòu)造和承載力驗算要求，考慮到后續(xù)使用的需要，提出如下建議：

⑴對廠房砌體墻采用鋼筋網(wǎng)水泥砂漿面層法加固，并在墻頂增設圈梁或采取等效整體措施，同時窗洞頂補充鋼筋混凝土過梁；

⑵將鋼屋架端部第二節(jié)間腹桿補齊，避免形成機構(gòu)；

⑶對平面外長細比不足的鋼構(gòu)件增設平面外支撐，或進行加固；

⑷對廠房鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件進行除銹防腐處理；

⑸加強結(jié)構(gòu)后續(xù)使用過程中的維護與管理，如發(fā)現(xiàn)異常需及時處理。

5 結(jié)語

設計上，該混合結(jié)構(gòu)廠房存在諸多不合理的地方，在檢測鑒定的過程中需要我們嚴格結(jié)合現(xiàn)行相關的規(guī)范去檢查分析，才能更準確、更有針對性、更有效地給后續(xù)加固改造提出建議。

該類混合結(jié)構(gòu)建筑普遍存在于建筑市場，但隨著時代的進步，行業(yè)的監(jiān)管規(guī)范化，它們也需要符合現(xiàn)行規(guī)范的要求。通過對建筑結(jié)構(gòu)的檢測鑒定，進行后續(xù)的加固改造，可以做到節(jié)約社會資源，實現(xiàn)經(jīng)濟利益最大化。