谈钢结构工业厂房可靠性的控制措施

席 红 刚

(长治市建筑工程总公司，山西 长治 046000)



谈钢结构工业厂房可靠性的控制措施

席 红 刚

(长治市建筑工程总公司，山西 长治 046000)

针对工业厂房吊车梁、排架柱、屋盖系统的损坏情况及钢筋锈蚀等问题，提出了相对应的可靠性控制措施，并从结构的加固、维护、修复三方面进行了详细的探讨，以保证厂房的安全生产。

钢结构，工业厂房，吊车梁，排架柱

0 引言

我国钢结构工业厂房的应用范围大多数集中在重型工业厂房，车间的运行时间普遍是连续的，是大规模生产线中最重要的环节。因此如何提高钢结构工业厂房结构的可靠性，保证结构的正常工作和厂房的安全生产，必须以结构的可靠、牢固为制约条件。对维持工业的持续发展有效地进行具有不可低估的作用。但前提条件是保证整个结构具有相应的强度、耐久性和稳定性，同时必须考虑实际生产工程给厂房结构造成损害或事故的可能性。这是结构设计人员应重视的问题，更重要的是结构付诸于使用时的环境条件和维护状况。下面就影响结构可靠性的原因和措施做具体分析和研究。

1 工业厂房构件的损坏与事故

厂房的工作制分为轻级、中级和重级。生产的繁忙程度、桥式吊车的工作制以及厂房的环境条件(高温车间、有腐蚀性气体散发的车间)会给钢结构厂房带来一系列不利的因素，其中一些因素是原有设计未考虑的，因此钢结构构件的损坏具有特定的规律性。

1.1 吊车梁的损坏

吊车梁是工业厂房中钢骨架的重要组成成分。在长期动荷载使用过程中容易出现局部及整体破坏的部分，也是生产中需定期检查和维护的对象。因计算理论图形和实际情况的差异，再加上使用的频率较高，吊车梁的可靠性最低。吊车梁的损坏不易发生较大事故，但实际使用中它的损坏情况相当严重，经调查能占据厂房构件破坏的48%，尤其是部分中级和重级工作制的吊车梁，使用3年～5年后，就不得不报废。

1.2 排架柱的损坏

工业厂房排架柱的内力是按荷载的最不利组合来计算的。但可变荷载同时出现的几率很低，排架柱的实际应力很低，强度储备大，发生事故的可能性很低。但实际运行中，工业厂房的钢柱仍不时有损坏的现象发生，其主要原因是个别节点构造不合理和柱肢在生产过程中被撞击过而发生锈蚀，或高温使柱子扭曲变形等，还有一部分是地基不均匀发生下沉所致。下面以一个典型的案例做一下详细的分析。

鞍钢二初轧均热炉车间柱头曾出现过严重裂缝，经检查，多数裂缝开始于加劲肋下端，然后向上、向左右扩展，有的延伸至翼缘，甚至使翼缘全宽度裂透。有的延伸至顶板，导致顶板开裂下沉。事故发生后分析其原因，得出结论是设计人员对柱头的构造处理不恰当。作为构造构件的加劲肋，设计的过短，同时吊车肢的柱头腹板太薄。吊车运行时，加劲肋下端频繁摆动，吊车的自重大也是导致柱此次事故的原因之一。此外还有类似事故的发生，柱子与吊车梁的连接部位的焊缝开裂，柱脚暴露于地面发生严重生锈，柱子地基处理的不好导致柱身倾斜，高温车间内个别钢柱受超高温影响发生严重扭曲。

1.3 屋盖系统的损坏

屋盖系统是细长杆件和薄壁结构组成。杆件的截面较复杂，抗腐蚀性较差。屋盖系统的传力明确，计算简图与实际情况接近。屋盖的承载力储备最小。屋盖对在使用过程中出现超载的现象很敏感，一些重尘车间很容易产生堆积过厚的灰荷载。不定期清扫、积灰过多是导致国内外屋盖系统发生多次倒塌事故的直接原因。屋盖系统中支撑系统更是不容忽视。支撑的作用是保证厂房的整体稳定性，厂房失稳会导致屋盖系统的大面积倒塌，往往导致人身伤亡，设备损坏，生产停顿，给工厂带来重大损失。总结屋盖系统破坏的原因有以下几点。

1.3.1 计算简图与实际构造不符

不能准确的绘制计算简图，计算简图是简支，实际构造为固结或是连续梁。计算结果使梁的内力增大，杆件失稳。

1.3.2 图纸设计有误

一些重要节点构造不合理或漏掉重要的零件。

1.3.3 制造安装有误

某些工厂的屋盖系统倒塌与劣质的施工质量密切相关。尤其是焊缝质量的控制不到位。

1.3.4 结构超载或冷脆现象

屋面积雪、积灰或施工荷载增大，导致结构严重超载而失稳。钢材在低温状态下，发生脆性是突发性的，往往是防范不及，是危害性最大的事故。

1.4 钢构件的锈蚀

锈蚀问题对钢结构至关重要，是可靠度降低的一个非常重要的原因。预防钢材锈蚀应结合下列因素综合解决：

1)降低车间内外大气和介质的腐蚀能力；

2)适宜的涂料和维修期限；

3)选择合理的结构形式；

4)局部构造处理及防护措施。涂料的好坏直接影响构件的使用年限和寿命。

2 可靠度的控制措施

2.1 吊车梁的控制

吊车梁承受的是动荷载，发生的破坏是疲劳破坏，设计时要认真验算，要综合考虑吊车荷载的特点、根据吊车梁实际构造对计算简图完善以及局部作用等特点综合考虑，同时充分重视其组成构件之间的相互连接，让损失减少到最小。

2.2 排架柱的控制

排架柱除满足自身的强度外，验算时还应该考虑厂房柱子的整体横向刚度，避免因刚度不足造成桥式吊车脱轨或厂房晃动过大，影响正常生产或对工作人员造成伤害。根据工程实际经验，凡是能按桥式吊车横向刹车力验算轨顶位移满足设计规范要求时，一般均能保证横向刚度的要求。尤其是在露天厂房设计中应引起重视。另外对柱头的构造处理要恰当。适当增加加劲肋和吊车肢柱头腹板的厚度。

2.3 屋盖系统的控制

钢屋架的实际工作中还应重点考虑几个不利因素：节点刚度影响、实际桁架中杆件在节点处没有对中和杆件不直，从而对杆件的承载力造成影响。严把设计、施工质量关，避免超载，同时高度重视在低温地区易发生的冷脆现象，做好保温工作。

2.4 钢材锈蚀问题的控制

做好结构的定期维护，选择适宜的涂料。严把施工和材料的质量关。只要涂料不脱落，结构构件不会锈蚀。在实际运行过程中，做好钢结构锈蚀的预防工作。

3 通过结构加固、维护和修复来提高可靠度

随着企业的发展和技术革新，必然需要厂房的扩建和加固。结构老化，设计、使用运输和安装过程中的缺陷和错误或由于意外灾害等将说明厂房有加固的必要。

3.1 结构的加固

首先收集原有结构的设计图纸、结构设计计算书和实际运行记录，确定加固方案。尽量减少由加固施工引起的费用。尽可能在负荷状态下加固，其次在卸载作用下加固。加固的连接尽可能采用高强螺栓或焊接。在焊接加固时最好控制钢材的容许应力在60%以下。

3.2 结构的维护

我国规定厂房结构可靠度采用的设计基准期为50年。这个时间不能与结构安全寿命等同起来，超过结构的设计基准期时，结构的可靠度降低了。从实际调查结果来看，国内外大量的厂房的使用都已超过50年还在使用，主要决定于结构的维护。

检查和维护是日常生产中不可缺少的工作。如彩钢板屋面一经发现生锈，应及时做局部更换。容易积灰的车间，应经常进行全面清灰，冬季特别关注屋面的积雪情况，否则屋盖将超负荷而导致事故。在北方地区，严冬来临时，还应充分警惕脆性破坏的事故发生。

3.3 结构的修复

经过高温灼烧后的构件，如灼烧区域涉及一部分截面，应考虑变形修复后继续使用。前提条件是在构件上取样进行硬度或拉伸试验，再判断是否能继续使用。

构件之间的连接和缺陷的修复包括金属中出现裂缝或焊缝出现裂缝，均是不允许的。均需对裂缝进行常规修复后方可使用。钢构件中出现有不规则孔洞和缺口时，应予修补。构件之间的接头不良时，必须修补。修补前应先卸掉荷载，然后再进行修补。

总之，为保证厂房结构的正常运行，我们每个工程技术人员必须重视的问题，首先从设计入手，施工过程中严格把关，生产中做好经常性和定期性的维护，发现问题及时修复和加固，为维持工业生产的有效进行和正常发展而努力。

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[3] 杨海菲,杨仕教,曾 晟.岩土工程可靠度计算方法研究[J].水利与建筑工程学报,2008(2)：73-75.

Discussion on the control measures for reliability of steel structure industrial workshop

Xi Honggang

(Changzhi Construction Engineering Corporation, Changzhi 046000, China)

According to the damage situation and steel corrosion and other problems of industrial workshop crane beam, frame column, roof system, this paper put forward corresponding reliability control measures, and from the structure strengthening, maintenance, repair three aspects made detailed discussion, to ensure the safety production of workshop.

steel structure, industrial workshop, crane beam, bent column

1009-6825(2017)16-0052-03

2017-03-21

席红刚(1977- )，男，工程师

TU391

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