既有鋼結構廠房檢測與可靠性鑒定分析

尹雪嬌 張曉東

（遼寧工業大學土木建筑工程學院，遼寧 錦州 121001）

0 引言

改革開放以來，工業的迅猛發展導致廠房的需求量越來越多，鋼結構與鋼筋混凝結構相比有自重輕、強度大等優點，得到廣泛應用［1］。隨著應用的廣泛，很多問題也隨之而來，一些廠房在建造時設計上存在不合理因素［2］；一些廠房在使用期間，根據工廠的發展需要隨便改變使用功能；一些廠房在遭受火災、雪災及地震等破壞后仍繼續使用。面對這些問題和隱患，就需要對這類廠房進行鑒定和加固，以保證結構安全性。

本研究通過對某鋼結構廠房進行現場勘驗以及承載力驗算得出鑒定結論，從而提出加固方案以及檢測鑒定時需要注意的問題。

1 工程概況

黑龍江省拜泉縣某公司生產車間建于2012年，建筑結構類型為門式剛架，建筑總共1層，結構平面為矩形，長98 m，寬44 m，建筑面積4 539 m2，現處于使用狀態。廠房整體結構模型如圖1所示。公司欲將廠房使用功能改為冷庫，為了掌握廠房現狀，為下一步改造提供參考依據，故對此廠房進行房屋可靠性鑒定。

圖1 廠房整體模型圖

2 鑒定依據

根據委托方提供的資料以及現場調查、檢測結果，依據《建筑結構荷載規范》（GB 50009—2012）、《鋼結構設計標準》（GB 50017—2017）、《混凝土結構設計規范》（GB 50010—2010）（2015年版）、《建筑地基基礎設計規范》（GB 50007—2011）、《工業建筑可靠性鑒定標準》（GB 50144—2019）、《建筑結構檢測技術標準》（GB/T 50344—2019）、《鋼結構現場檢測技術標準》（GB/T 50621—2010）、《黑龍江省建筑工程施工質量驗收標準》（DB 23）、《建筑結構可靠性設計統一標準》（GB 50068—2018）進行鑒定評級。

3 現場檢測情況

3.1 使用現狀

該廠房的結構采用雙坡雙跨門式剛架體系，單跨跨度22 m，榀間距7 m，共15榀。縱向柱頂布置Φ89 mm×3.0 mm縱向鋼系桿。主剛架采用H型鋼，梁、柱詳細截面尺寸見表1。屋面選用單層彩鋼板，坡度為8%，檐口高度8 m。山墻設抗風柱。

3.2 地基基礎檢測

經了解，廠房地基基礎形式為樁基礎，樁直徑400 mm，在現場檢測中，場地地基穩定，未發現廠房上部結構有因基礎不均勻沉降導致的裂縫、傾斜等現象，如圖2所示。地基基礎承載情況正常，符合規范要求。

表1 梁、柱截面尺寸

圖2 地基現場圖

3.3 鋼構件外觀質量檢查

鋼構件防火和防腐涂料經現場檢測發現，涂層表面有部分銹蝕、涂層脫落現象，涂層厚度均勻，有部分皺皮、流附、針眼和氣泡。利用超聲波涂膜檢測儀檢測結果如表2所示。

表2 現場超聲波檢測涂膜厚度統計表

3.4 混凝土抗壓強度檢測

常用的混凝土強度無損檢測辦法有鉆芯法、拔出法、回彈法、超聲回彈綜合法等［3］，本工程采用對混凝土無損傷且操作簡單的回彈法測定，真實地反映混凝土構件的強度指標。現場進行抽樣檢測，取樣原則上按照規范［4］方案取樣，因此本次強度檢測工作更能切合實際地反映該結構混凝土強度現狀。利用回彈儀測定，實測數據及推定混凝土強度值如表3所示。

表3 混凝土強度測定值

3.5 鋼材強度檢測

現場勘驗中，采用檢測鋼材表面里氏硬度計測定［5］。在測量中發現鋼框架結構存在Q235B級鋼和Q345B級鋼混用的現象，與委托方提供的資料不符。

3.6 圍護構件檢測

經現場檢測，廠房屋面、墻面在檁條均采用C形冷彎薄壁型鋼（口對口），檁條間距為1 500 mm，檁條跨度為7 m，其中屋面檁條均用C180 mm×70 mm×20 mm×2.5 mm，墻面檁條均用C170 mm×50 mm×50 mm×2.5 mm；中間榀的檁條與梁隔一設一隅撐，隅撐采用角鋼，規格為50 mm×50 mm×4.0 mm，符合規范要求。

廠房水平支撐、柱間支撐均采用Φ20 mm的柔性拉桿，均布置在第二榀和第十四榀，柔性拉桿易造成門式剛架結構平面外彎曲破壞。

3.7 連接節點螺栓和焊縫檢測

現場抽取節點進行外觀檢查，未發現螺栓缺失或漏擰、松動現象。剛架梁、柱節點連接安全可靠，節點桿件無彎曲，柱腳無異常。焊縫表面沒有裂紋、焊瘤、氣孔、夾渣、弧坑裂紋、電弧擦傷等現象，檢測角焊縫焊腳厚度如表4所示。

4 承載力驗算

根據原圖紙及現場勘察結果，使用PKPM V5.1結構設計軟件對中間榀剛架GJ-1進行整體承載力驗算，并對廠房整體進行可靠性鑒定。

根據現場實測結果建模，計算模型如圖3所示，計算應力比如圖4所示，驗算結果見表5。分析結果可知，此剛架結構梁應力比為1.48∶1.33，其承載力不滿足現行規范要求；剛架柱平面外長細比不滿足規范要求。

5 鑒定評級

根據勘驗結果，對房屋承重構件安全狀況進行驗算，按《工業建筑可靠性鑒定標準》（GB 50144—2019）［6］相關規定，按照子單元和鑒定單元分步進行評級。

5.1 子單元評級結果

對子單元的安全性鑒定評級，應按照地基基礎、上部承重結構和圍護結構的承重部分三個子單元的安全性等級進行評定，其評定結果如下。

5.1.1 地基基礎安全性評級。該廠房場地地基穩定，無滑動跡象及滑動史，且建筑物無沉降裂縫、變形和位移，地基基礎無明顯不均勻沉降現象。地基基礎安全性等級評為Au級，無需對地基基礎進行加固維修。

表4 角焊縫焊腳厚度統計表

圖3 計算模型（單位：mm）

圖4 計算應力比

5.1.2 上部承重結構安全性評級。綜合現場檢測及承載力計算，判定該鋼框架部分構件不滿足規范要求，上部承重結構安全性等級為Bu級。

5.1.3 圍護系統承重部分安全性評級。針對圍護結構承重部分進行檢測和驗算，未發現有開裂、銹蝕等現象，但部分支撐布置不合理。圍護系統安全性等級為Bu級。

表5 計算結果

5.2 鑒定單元評級結果

綜合評定可知：由于上部承重剛架結構承載力不足，造成鑒定單元安全性等級為Bsu級。由于委托方欲改變該建筑使用功能，使用功能由庫房變為冷庫，需在鋼梁下方增加設備管道荷載，主鋼架的承載力不滿足現行規范要求，需要對鋼梁及鋼柱進行加固處理。

6 存在問題及加固方案

經現場勘驗及計算復核，對該廠房存在的主要問題及進行改造加固的方案進行以下分析。

6.1 框架梁加固

部分鋼梁承載力不滿足要求，且改造成冷庫要求在鋼梁下方增設管道荷載。需在H型鋼梁下翼緣加焊T型鋼構件的方法進行加固，使鋼梁的承載力增大。

6.2 框架柱加固

鋼柱承載力可以滿足要求，但平面外失穩。可以增加柱平面外支撐，減少計算長度，保證柱平面外的穩定性。

6.3 圍護體系加固

支撐體系布置不合理。依據規范［7］可知，無吊車時，柱間支撐間距宜取30～45 m，故需在中間再設一榀柱間支撐，可有效提高廠房結構整體穩定性和縱向剛度。

7 結語

鋼結構加固改造是一項復雜的工作，在加固改造前進行現場檢測和鑒定是非常有必要的，因為鑒定結果能清晰地看出結構體系的薄弱處以及加固的重點。在加固方案的選取上，要從施工方便、經濟合理以及改造后的使用功能等方面考慮。本研究對某廠房結構進行現場勘驗和可靠性鑒定，主要有以下建議。

①由于既有鋼結構的使用條件及結構體系的復雜性和多樣性，因此現場檢測時的抽樣要保證隨機性。

②鋼構件易銹蝕，腐蝕損傷通常對鋼材性能有一定影響，需要對其進行除銹處理，通常可采用噴砂處理、噴丸處理或手工除銹。

③在加固設計中，應針對檢測鑒定反映的問題，結合結構特點，有針對性地選取最優加固方案。

④在加固設計時，要考慮因施工停工、停產產生的損失，盡量采用負載情況下加固。