某重載鋼結(jié)構(gòu)倉(cāng)庫(kù)安全性鑒定及隱患分析

摘 要：【目的】為了保證既有重載鋼結(jié)構(gòu)倉(cāng)庫(kù)的安全使用，準(zhǔn)確鑒定結(jié)構(gòu)的安全性至關(guān)重要。【方法】結(jié)合具體工程實(shí)例，介紹了鋼結(jié)構(gòu)倉(cāng)庫(kù)結(jié)構(gòu)安全性鑒定的方法及程序。【結(jié)果】通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果并結(jié)合結(jié)構(gòu)建模計(jì)算，綜合判定該倉(cāng)庫(kù)的安全等級(jí)為四級(jí)，存在重大安全隱患。【結(jié)論】本研究對(duì)重載鋼結(jié)構(gòu)倉(cāng)庫(kù)在使用過(guò)程中可能存在的隱患進(jìn)行分析，并提出消除隱患的建議，為同類結(jié)構(gòu)的安全性鑒定和治理提供技術(shù)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：重載倉(cāng)庫(kù)；鋼結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)安全性；鑒定；隱患分析

中圖分類號(hào)：TU391 " "文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A " " 文章編號(hào)：1003-5168（2024）12-0061-05

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2024.12.012

Safety Appraisal and Hidden Danger Analysis of a Heavy-Duty

Steel Structure Warehouse

LI Bo1，2 "FU Wen1，2 HE Chaofeng1，2 LI Zhi1，2

（1.Wuhan Institute of Earthquake Engineering Co.， Ltd.， Wuhan 430071，China;

2.Hubei Zhentai Construction Engineering Quality Testing Co.， Ltd.， Wuhan "430071，China）

Abstract： [Purposes] In order to ensure the safe use of existing heavy-duty steel structure warehouses， it is crucial to accurately identify the safety of the structure. [Methods] Through on-site inspection results and structural modeling calculations， the safety appraisal rating of the warehouse is carried out. [Findings] Through the field test results and combined with the structural modeling calculation， it is comprehensively determined that the safety level of the warehouse is four levels， and there are major safety hazards. [Conclusions] This study summarizes possible hidden dangers during the use of heavy-duty steel structure warehouses and suggestions for eliminating hidden dangers， providing technical basis for the identification and management of similar structures.

Keywords： heavy-duty warehouse; steel structure; structural safety; identification; hidden danger analysis

0 引言

既有鋼結(jié)構(gòu)倉(cāng)庫(kù)是我國(guó)現(xiàn)階段倉(cāng)庫(kù)的主要形式之一，在我國(guó)各地區(qū)各行業(yè)分布廣泛，體量極大。眾多結(jié)構(gòu)試驗(yàn)和實(shí)際案例表明，鋼結(jié)構(gòu)的變形、破壞往往具有突然性，一旦結(jié)構(gòu)出現(xiàn)屈曲變形，整體結(jié)構(gòu)將在很短的時(shí)間內(nèi)失穩(wěn)坍塌。因此，鋼結(jié)構(gòu)建筑通常不允許超載使用，并且在使用過(guò)程中要定期進(jìn)行安全檢查和鑒定，尤其是非單層鋼結(jié)構(gòu)。本研究針對(duì)某受損二層鋼結(jié)構(gòu)重載倉(cāng)庫(kù)結(jié)構(gòu)安全性鑒定實(shí)例，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)數(shù)據(jù)，使用PKPM軟件進(jìn)行承載力計(jì)算，分析安全性和存在的隱患，為同類結(jié)構(gòu)的安全性鑒定提供借鑒。

1 工程概況

本鋼結(jié)構(gòu)重載倉(cāng)庫(kù)建于2006年，為地上2層鋼框架結(jié)構(gòu)，柱下獨(dú)立基礎(chǔ)，壓型鋼板混凝土組合樓板，現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)長(zhǎng)42.3 m、寬23.5 m，單層建筑面積約994 m2。柱下獨(dú)立基礎(chǔ)以處理后的土層為持力層，地基承載力特征值大于等于200 kPa，倉(cāng)庫(kù)一層主要為廠房通道，物料荷載置于二層樓面。原設(shè)計(jì)樓面活載5.0 kN/m2。因使用需要，廠方自行在二層布置多層貨架，貨架每層承重3 t，二層貨物總重約180 t，采用叉車轉(zhuǎn)運(yùn)貨物，目前倉(cāng)庫(kù)二層樓面已出現(xiàn)大量裂縫。

2 檢測(cè)和鑒定內(nèi)容

本研究主要對(duì)鋼結(jié)構(gòu)倉(cāng)庫(kù)的環(huán)境條件和現(xiàn)狀、鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的外觀質(zhì)量及損傷情況進(jìn)行調(diào)查，并對(duì)鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的材料強(qiáng)度和變形進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)合檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行承載力計(jì)算后，依據(jù)《工業(yè)建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50144—2019）［1］對(duì)該倉(cāng)庫(kù)結(jié)構(gòu)安全性進(jìn)行鑒定。

3 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果

3.1 現(xiàn)狀及環(huán)境調(diào)查

該廠房周邊環(huán)境穩(wěn)定，無(wú)不良地質(zhì)及施工影響。鋼框架梁、柱均采用H型鋼，因大部分設(shè)計(jì)資料缺失，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)梁、柱截面尺寸見(jiàn)表1。

表1 梁、柱截面尺寸

[名稱 構(gòu)件位置 截面尺寸（高度×翼緣板寬度×腹板厚度×翼緣厚度）/mm GZ1 框架柱 H400×220×8×10 GZ2 框架柱 H350×220×8×10 GL1 主鋼梁 H500×220×8×12 GL2 次鋼梁 H350×175×6×9 ]

3.2 外觀質(zhì)量和損傷情況調(diào)查

鋼柱和鋼梁平直牢固，未見(jiàn)明顯缺陷和不適宜承載的變形。壓型鋼板未見(jiàn)明顯變形。主梁與鋼柱、主梁與次梁均采用高強(qiáng)螺栓連接，且連接緊密，梁柱節(jié)點(diǎn)未見(jiàn)明顯變形，節(jié)點(diǎn)板未見(jiàn)明顯變形，螺栓未見(jiàn)松動(dòng)，螺栓絲扣外露，滿足鋼結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)［2］的要求。

樓板面有大量裂縫，裂縫大多數(shù)分布在貨架間的通道上，且存在發(fā)展的跡象。目前裂縫長(zhǎng)度集中在2.5～10 m之間，寬度為0.3～1.3 mm，現(xiàn)場(chǎng)選取部分典型裂縫采用混凝土裂縫缺陷綜合測(cè)試儀進(jìn)行裂縫深度檢測(cè)，結(jié)果顯示裂縫深度為76.2～123 mm，大部分已超過(guò)一半樓板厚度。貨架及主要裂縫分布情況如圖1所示，現(xiàn)場(chǎng)貨架如圖2所示，樓面裂縫如圖3、圖4所示。

3.3 材料強(qiáng)度檢測(cè)

在現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)過(guò)程中，鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件經(jīng)打磨后采用里氏硬度計(jì)［3］進(jìn)行檢測(cè)。實(shí)際檢測(cè)結(jié)果為Q345B，與現(xiàn)存設(shè)計(jì)資料相符。因現(xiàn)場(chǎng)條件限制，樓板混凝土強(qiáng)度采用回彈法檢測(cè)，該方法操作便捷且不會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)造成損傷，檢測(cè)完成后能夠快速恢復(fù)功能。現(xiàn)場(chǎng)抽取5塊樓板進(jìn)行檢測(cè)，所檢測(cè)樓板混凝土強(qiáng)度推定值范圍為27.7～30.9 MPa，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

3.4 承重構(gòu)件變形檢測(cè)

承重結(jié)構(gòu)構(gòu)件的變形情況可以直觀地反映結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)，本研究采用全站儀對(duì)鋼柱垂直度和鋼梁撓度進(jìn)行檢測(cè)，分別抽取10個(gè)構(gòu)件，柱頂位移和鋼梁撓度均未超過(guò)可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件評(píng)級(jí)中不適于承載的側(cè)向位移和撓度變形評(píng)定限值，具體結(jié)果見(jiàn)表3、表4。

4 結(jié)構(gòu)承載力計(jì)算

廠房一層無(wú)貨物堆放，該倉(cāng)庫(kù)主要考慮二層荷載的作用，按最不利情況計(jì)算承載力。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果，采用中國(guó)建筑科學(xué)研究院結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件PKPM-V1.5對(duì)該鋼結(jié)構(gòu)倉(cāng)庫(kù)進(jìn)行承載力計(jì)算。

4.1 荷載及計(jì)算參數(shù)

結(jié)構(gòu)構(gòu)件布置及其截面尺寸按實(shí)際量測(cè)結(jié)果取值，樓面恒載取1.5 kN/m2（不包含樓板自重）。二層樓面貨架分為二層和三層兩種類型，貨架每層均限重3 t，單個(gè)貨架投影尺寸為1 m×2.5 m。鑒定過(guò)程按最不利荷載考慮，即貨架每層均布置最大荷載，根據(jù)貨架布置的位置經(jīng)等效計(jì)算，樓面1-4×A-F區(qū)域均布活載取5.2 kN/m2，1-4×F-G區(qū)域均布活載取4.7 kN/m2，兩層貨架4個(gè)立柱集中荷載約7.5 kN，三層貨架4個(gè)立柱集中荷載約15 kN。鋼材強(qiáng)度為Q345B，與設(shè)計(jì)強(qiáng)度一致。荷載組合按《建筑結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50068—2018）［4］執(zhí)行。貨架立柱集中荷載如圖5所示，計(jì)算模型如圖6所示。

4.2 計(jì)算結(jié)果

計(jì)算結(jié)果顯示，該鋼結(jié)構(gòu)倉(cāng)庫(kù)的基礎(chǔ)承載力滿足要求，梁、柱的承載能力不滿足要求，大部分構(gòu)件的作用效應(yīng)與抗力之比均超過(guò)規(guī)范要求，被鑒定為d級(jí)的構(gòu)件數(shù)量超過(guò)60%，遠(yuǎn)大于10%。以框架柱為例，b級(jí)及以上的構(gòu)件見(jiàn)表5。

5 鑒定評(píng)級(jí)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果和承載力計(jì)算結(jié)果，對(duì)該鋼結(jié)構(gòu)倉(cāng)庫(kù)的結(jié)構(gòu)安全性進(jìn)行鑒定評(píng)級(jí)，按照《工業(yè)建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50144—2019）應(yīng)劃分為構(gòu)件、結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、鑒定單元三個(gè)層次。因本項(xiàng)目?jī)H對(duì)安全性進(jìn)行鑒定，故不考慮使用性和耐久性。安全性分別從地基基礎(chǔ)、上部承重結(jié)構(gòu)和圍護(hù)承重結(jié)構(gòu)三個(gè)子單元的安全性等級(jí)進(jìn)行評(píng)定。

5.1 構(gòu)件安全性評(píng)級(jí)

鋼梁、柱的撓度和變形未超過(guò)規(guī)范允許的范圍，構(gòu)件組成形式符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，表面無(wú)缺陷，工作無(wú)異常；節(jié)點(diǎn)連接方式正確，焊縫表面質(zhì)量無(wú)缺陷，連接板位置無(wú)明顯偏差，工作無(wú)異常，但是經(jīng)承載力計(jì)算，按照廠房規(guī)定的使用荷載則明顯超出結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載能力，大部分梁、柱應(yīng)力比均不滿足要求，被評(píng)為d級(jí)。

樓板構(gòu)件組成形式符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，但樓板的混凝土面已產(chǎn)生大量裂縫，且從裂縫長(zhǎng)度、寬度、深度等方面分析，多條裂縫均已對(duì)結(jié)構(gòu)造成較為嚴(yán)重的損傷，被評(píng)為c級(jí)。

5.2 結(jié)構(gòu)系統(tǒng)安全性評(píng)級(jí)

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘查，該廠房區(qū)域場(chǎng)地地基穩(wěn)定，無(wú)滑動(dòng)跡象和滑動(dòng)史，且未發(fā)現(xiàn)因地基不均勻沉降和基礎(chǔ)損壞引起的上部結(jié)構(gòu)變形和地面沉降裂縫。綜合推斷地基基礎(chǔ)無(wú)明顯異常，地基基礎(chǔ)安全性等級(jí)為A級(jí)。

上部承重結(jié)構(gòu)布置合理，傳力路徑明確，符合現(xiàn)行有關(guān)規(guī)范的規(guī)定。支撐系統(tǒng)和抗側(cè)力系統(tǒng)布置合理，傳力體系完整，符合現(xiàn)行有關(guān)規(guī)范的規(guī)定；樓板構(gòu)件有損傷，但經(jīng)承載力計(jì)算，上部承重結(jié)構(gòu)中d級(jí)構(gòu)件大于10%，故上部承重結(jié)構(gòu)的安全性等級(jí)為D級(jí)。

圍護(hù)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)布置合理，傳力路徑明確，符合現(xiàn)行有關(guān)規(guī)范的規(guī)定，屋面板及外墻未見(jiàn)有明顯損壞情況，故圍護(hù)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)安全性等級(jí)為A級(jí)。

5.3 鑒定單元安全性評(píng)級(jí)

工業(yè)建筑中鑒定單元的安全性等級(jí)至少按照各結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中最低的等級(jí)作為鑒定單元的安全性等級(jí)。綜上所述，由于該鋼結(jié)構(gòu)倉(cāng)庫(kù)的上部承重結(jié)構(gòu)系統(tǒng)安全性等級(jí)為D級(jí)，承載能力不滿足要求，故該鋼結(jié)構(gòu)倉(cāng)庫(kù)安全性鑒定評(píng)級(jí)為四級(jí)，嚴(yán)重影響整體安全，須立即采取措施保證安全。

6 隱患分析

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的檢測(cè)、鑒定和數(shù)據(jù)分析，結(jié)合該鋼結(jié)構(gòu)倉(cāng)庫(kù)目前的使用狀態(tài)，該倉(cāng)庫(kù)可能存在以下潛在的隱患和安全風(fēng)險(xiǎn)，需要積極處理，加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，根據(jù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的狀態(tài)立即進(jìn)行荷載調(diào)整或者加固處理。

6.1 結(jié)構(gòu)承載力不足

該重載鋼結(jié)構(gòu)倉(cāng)庫(kù)原設(shè)計(jì)荷載為均布荷載，且未考慮重型貨架的集中荷載作用。當(dāng)前狀態(tài)下，二樓布置了集中荷載和均布荷載，擬施加荷載遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)荷載，當(dāng)前結(jié)構(gòu)雖暫時(shí)處于安全狀態(tài)，但結(jié)構(gòu)無(wú)法承受擬施加的預(yù)期荷載。另外，集中荷載會(huì)增加樓板的荷載集中度，可能導(dǎo)致樓板發(fā)生撓度過(guò)大的問(wèn)題，在長(zhǎng)期使用過(guò)程中可能會(huì)引起樓板的龜裂和開裂現(xiàn)象，任其發(fā)展可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)在預(yù)期荷載的作用下發(fā)生失穩(wěn)垮塌，對(duì)人員和財(cái)產(chǎn)造成嚴(yán)重傷害和損失。

6.2 荷載布置不規(guī)范

該重載鋼結(jié)構(gòu)倉(cāng)庫(kù)二層貨架的布置不合理，布置貨架前未咨詢?cè)O(shè)計(jì)單位或有資質(zhì)的設(shè)計(jì)單位，未考慮合理受力的要求，僅根據(jù)廠方的使用需求隨意布置。大部分貨架的支撐點(diǎn)未布置在梁柱上方，而是直接支撐于樓板上，且未設(shè)置荷載分散的措施，現(xiàn)已造成樓板局部因結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不足而出現(xiàn)裂縫、變形的現(xiàn)象，長(zhǎng)期使用可能會(huì)造成變形加劇，進(jìn)而影響整個(gè)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

6.3 地基問(wèn)題

該重載鋼結(jié)構(gòu)倉(cāng)庫(kù)設(shè)計(jì)地基承載力特征值不小于200 kPa，考慮均布荷載5 kN/m2。根據(jù)計(jì)算結(jié)果顯示，目前最大使用荷載如果布置到位，地基承載力無(wú)法滿足需求，可能導(dǎo)致地基沉降、傾斜或失穩(wěn)，進(jìn)而對(duì)結(jié)構(gòu)造成潛在威脅。

6.4 振動(dòng)和沖擊

該重載倉(cāng)庫(kù)在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，貨物的碼放和轉(zhuǎn)運(yùn)均由叉車實(shí)施，叉車自重超過(guò)1 t，且單次轉(zhuǎn)運(yùn)貨物重量約為1.5 t。叉車對(duì)樓面的荷載作用包括四個(gè)車輪的集中荷載和運(yùn)行振動(dòng)荷載，在重載鋼結(jié)構(gòu)倉(cāng)庫(kù)內(nèi)進(jìn)行裝載和卸載作業(yè)時(shí)，還可能會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)和沖擊。如果結(jié)構(gòu)不能有效吸收和分散這些力量，可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)疲勞和損壞。

綜上所述，為保證重載鋼結(jié)構(gòu)倉(cāng)庫(kù)在使用過(guò)程中的安全，必須重視結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、地基承載能力、振動(dòng)和沖擊等方面的安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，并采取相應(yīng)的措施進(jìn)行預(yù)防和管理。

7 結(jié)語(yǔ)

本研究通過(guò)對(duì)某重載鋼結(jié)構(gòu)倉(cāng)庫(kù)的檢測(cè)和鑒定，找出該倉(cāng)庫(kù)結(jié)構(gòu)體系的薄弱之處和隱患處理的重點(diǎn)。因此，在鋼結(jié)構(gòu)的日常使用中，尤其是多層重載倉(cāng)庫(kù)，要保證安全性應(yīng)做到以下幾點(diǎn)。

①對(duì)于未經(jīng)設(shè)計(jì)復(fù)核的超設(shè)計(jì)荷載使用或不合理布置使用荷載現(xiàn)象，在結(jié)構(gòu)未出現(xiàn)嚴(yán)重?fù)p傷之前進(jìn)行卸荷，是保證結(jié)構(gòu)安全最有效便捷的方式。

②嚴(yán)禁隨意增加貨架、樓面使用荷載，若確實(shí)需改變結(jié)構(gòu)或增加荷載，應(yīng)委托具備相應(yīng)資質(zhì)的設(shè)計(jì)單位和加固施工單位進(jìn)行設(shè)計(jì)和加固。

③對(duì)使用過(guò)程中出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)損傷應(yīng)及時(shí)關(guān)注，分析原因并采取針對(duì)性措施，避免損傷進(jìn)一步擴(kuò)大。

④定期對(duì)廠房狀況進(jìn)行檢查和檢測(cè)，監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)承重體系是否異常，是保證廠房、倉(cāng)庫(kù)正常運(yùn)行的前提。

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