某鋼筋混凝土排架結構廠房安全性鑒定分析研究

茍衛強，楊 鵬，金兆鑫，張海燕

（1.蘭州石化職業技術大學，甘肅 蘭州 730060；2. 甘肅土木工程科學研究院有限公司，甘肅 蘭州 730020）

0 引言

隨著我國經濟持續快速的發展，城市化建設越來越迅猛，各式各樣的高樓大廈不斷出現，但在這樣的建設背景下，由于各種原因導致部分建筑物在使用過程中出現安全問題或者不能滿足當下使用要求［1］，因此需要對其進行加固改造處理，在加固改造之前需要對建筑物的適用性、安全性和耐久性方面進行全面的檢測鑒定，為后期加固改造提供可靠的依據［2］。

1 工程概況

某單層兩跨鋼筋混凝土排架結構廠房設計于 1966年，屋面為 30 m 跨梯形鋼屋架，設鋼天窗架，屋面板為瓦楞鋁板。廠房總長 75.000 m（軸線尺寸），總寬 39.200 m（軸線尺寸），排架柱柱頂標高為 8.96 m、9.17 m，牛腿標高為 5.53 m。廠房排架柱柱距 6.0 m，矩形截面及工字型截面，鋼筋混凝土T形吊車梁，兩跨內分別運行有 2 臺起重量 5 t 的吊車。廠房基礎設計為鋼筋混凝土矩形獨立基礎，基底埋深 -3.00、-3.75、-5.50 m?；A采用 150# 混凝土，基礎墊層底坐落在天然卵石層上。

2 結構現狀檢測與鑒定

對該廠房的地基基礎與主體結構進行詳細的檢測鑒定，確定其結構現狀，找出引起結構現狀變化的原因。

2.1 地基基礎檢測鑒定

因未查閱到該場地巖土工程勘察報告，因此，地基基礎檢測時在現場布置人工開挖探井 2 處并結合原設計圖紙要求對廠房地基基礎進行綜合檢測鑒定。根據 1# 探井 TJ-1 開挖揭露如圖 1 所示、TJ-2 開挖揭露如圖 2 所示，未發現地基基礎存在明顯傾斜變形及不均勻沉降等缺陷，對該廠房上部結構進行檢測，未發現因地基基礎不均勻沉降變形引起的地坪塌陷、墻體裂縫、門窗變形等現象，未發現上部結構存在明顯傾斜變形。因此，地基基礎未對上部結構造成不利影響，地基基礎現狀良好。

圖1 探井 TJ-1 檢測基礎現狀

圖2 探井TJ-2內卵石地基土

2.2 混凝土強度檢測鑒定

依據 JGJ/T 23－2011《回彈法檢測混凝土抗壓強度技術規程》［3］，對排架牛腿以上柱（上柱）和牛腿以下柱（下柱）、吊車梁強度進行檢測。原設計排架柱混凝土為 300 號，由 GBJ 10－89《混凝土結構設計規范》附錄一表［4］中線性插入法求得設計強度為 C 28。由檢測結果可知，排架上柱抗壓強度換算值最小值為 25.7 MPa，最大為 31.2 MPa。排架下柱的抗壓強度換算值最小值為25.4 MPa，最大為 31.5 MPa。吊車梁的抗壓強度換算值最小值為 28.3 MPa，最大為 32.6 MPa。

2.3 結構構件承載能力檢測鑒定

通過對鋼結構構架進行結構驗算，確定結構承載力是否繼續滿足要求。

2.3.1 排架柱

采用中國建筑科學研究院 PKPM-PK 程序對廠房排架柱進行承載能力驗算，并根據排架柱內力計算結果與構件實際承載力進行對比。排架柱受壓及受剪承載力驗算如表 1、表 2 所示。

表1 排架柱受壓承載力驗算表

表2 排架柱受剪承載力驗算對比表

對排架柱進行承載能力驗算，經驗算，排架柱受壓承載能力及受剪承載力均滿足鑒定標準要求。

2.3.2 吊車梁

經現場檢測，吊車梁混凝土強度均高于原設計要求，混凝土表面無明顯裂縫、破損現象，吊車梁撓度變形滿足鑒定標準要求。因此，吊車梁承載力均滿足原設計要求，承載力滿足鑒定標準要求。

2.3.3 鋼屋架

采用中國建筑科學研究院 PKPM-STS 程序對鋼屋架進行承載能力驗算，從驗算結果可知，鋼屋架 KG-88 腹桿（13#、14#、17#）長細比較大（λ＞［λ］），不滿足規范要求，其余各桿件長細比均滿足規范要求。鋼屋架KG-88（有天窗架）腹桿（13 #、14 #、17 #）長細比（λ＞［λ］），不滿足規范要求，其余各桿件長細比均滿足規范要求。

2.3.4 鋼天窗架

采用中國建筑科學研究院 PKPM-STS 程序對鋼天窗架進行承載能力驗算，從驗算結果可知，鋼天窗架各桿件承載力（［N］/γ0N＞1）滿足規范要求。鋼天窗架中 5 #、7 #、8 #、9 #、11 # 長細比（λ＞［λ］），不滿足規范要求，其余各桿件長細比均滿足規范要求。

2.3.5 屋面板

屋面板采用瓦楞鋁板，經檢測，大部分鋁板完好，表面無明顯腐蝕現象，工作暫無異常，其承載力現狀滿足使用要求。僅需對局部破損的屋面鋁板進行維修或更換。

2.4 結構構件構造和連接檢測鑒定

對結構構造、預埋件、連接節點的焊縫或螺栓進行檢測鑒定，掌握其現狀。

1）構造。經現場檢測，排架柱、屋架、天窗架、支撐系統、屋面板、圍護墻等結構構件構造基本合理，基本滿足國家現行標準要求。

2）預埋件。經現場檢測，預埋件的錨板和錨筋的構造合理、受力可靠，經檢查無變形或位移等異常情況，但鋼板有不同程度的銹蝕現象。

3）連接節點的焊縫或螺栓。經現場檢測，連接節點的焊縫或螺栓連接方式正確，表面無缺陷，工作暫無異常。

2.5 結構構件裂縫檢測鑒定

根據 GB 50144－2009《工業建筑可靠性鑒定標準》［5］規定，現場檢測的排架柱上柱普遍存在順筋裂縫現象，屬于非受力裂縫，已明顯影響正常使用，不滿足鑒定標準要求。砌體圍護結構存在嚴重的剪切裂縫，已明顯影響安全，不滿足鑒定標準要求。

2.6 結構構件缺陷和損傷檢測鑒定

1）鋼結構構件缺陷和損傷。經檢測，未發現鋼結構構件存在明顯缺陷和損傷，僅發現鋼結構構件表面存在銹蝕現象。

2）混凝土結構構件缺陷和損傷。經現場檢測，廠房排架柱混凝土局部有缺陷和損傷，缺損深度大于保護層厚度，已出現明顯破損露筋。廠房內部分排架柱上柱出現豎向順筋裂縫。

2.7 結構構件腐蝕檢測鑒定

2.7.1 鋼結構構件銹蝕檢測

1）屋蓋鋼結構構件。屋蓋系統中大部分屋架及天窗架、支撐桿件鋼材表面存在輕微銹蝕現象，暫不影響使用。

2）柱間支撐。柱間支撐表面大部分無明顯銹蝕痕跡，僅在局部位置出現輕微銹蝕現象。

2.7.2 結構鋼筋保護層厚度及碳化深度檢測

根據現場檢測條件，鋼筋保護層厚度采用ZBL-R620 型混凝土鋼筋檢測儀進行檢測，混凝土構件碳化深度檢測是在混凝土構件上鉆孔或局部破損，用 1 % 濃度的酚酞試液滴在混凝土受檢部位，根據顏色變化來測定混凝土的碳化深度。

現場檢測的結果表明，混凝土構件碳化深度值已超過鋼筋保護層厚度，表面混凝土埋置鋼筋區域的環境已由原來的強堿性變為中性，堿性環境中埋置的鋼筋容易發生鈍化作用，使得鋼筋的表面產生一層鈍化膜，能夠阻止混凝土中鋼筋的銹蝕。因此，排架柱混凝土保護層對鋼筋的保護作用已很微弱，而混凝土表面出現的裂縫使鋼筋與外部環境相通，從而加劇鋼筋腐蝕作用，使鋼筋耐久性下降。

2.7.3 混凝土構件耐久性分析

采用電化學法對排架柱混凝土內部鋼筋銹蝕狀況進行檢測，根據鋼筋電位對鋼筋銹蝕狀況進行判別。經現場檢測，排架柱下柱混凝土內部鋼筋普遍無銹蝕活動性，排架柱上柱混凝土內部鋼筋僅個別測點處有銹蝕活動性。根據對廠房混凝土排架柱碳化深度及保護層厚度的檢測結果，混凝土構件碳化深度值已遠遠超過鋼筋保護層厚度，說明混凝土埋置鋼筋區域的環境已由原來的強堿性變為中性，混凝土已失去對鋼筋的保護作用。在其他條件具備的情況下，鋼筋就會發生銹蝕。鋼筋銹蝕又將導致混凝土保護層開裂、鋼筋與混凝土之間的粘結力破壞、混凝土構件和鋼筋的受力截面減小等一系列不良后果。

在實際現狀中，廠房混凝土排架柱所處環境較為干燥，生產過程中也少有水汽、粉塵產生，屋面防水基本完好，所以鋼筋銹蝕較輕。

綜合以上分析，廠房混凝土柱耐久性能有所下降，但所處環境較為干燥，鋼筋銹蝕較輕，對混凝土排架柱建議采取修復和封閉處理。

3 結構系統的安全性評定

根據檢測數據及相關評定標準，對地基基礎、結構整體、維護系統進行安全性評定，地基基礎安全性評定為 A 級，結構整體性綜合評定為 B 級，圍護系統的安全性評定 C 級。

4 結論與建議

4.1 結論

本文通過對該廠房的檢測鑒定，找出結構構件主要存在的問題有：排架柱上柱混凝土普遍存在順筋裂縫，混凝土耐久性嚴重下降，已影響結構安全；屋面水平支撐桿件存在松弛、彎曲現象，已影響屋面支撐系統的正常使用。

4.2 加固處理建議

根據以上安全性鑒定結論，建議對該廠房采取如下措施：建議對廠房內排架柱上柱裂縫進行封閉、修復處理，并對所有排架柱上柱進行加固補強；建議對廠房內出現松弛、彎曲的水平支撐桿件進行維修更換。Q