某钢筋混凝土排架结构厂房安全性鉴定分析研究

2022-09-21苟卫强金兆鑫张海燕

工程质量 2022年8期

苟卫强，杨鹏，金兆鑫，张海燕

（1.兰州石化职业技术大学，甘肃兰州 730060；2. 甘肃土木工程科学研究院有限公司，甘肃兰州 730020）

0 引言

随着我国经济持续快速的发展，城市化建设越来越迅猛，各式各样的高楼大厦不断出现，但在这样的建设背景下，由于各种原因导致部分建筑物在使用过程中出现安全问题或者不能满足当下使用要求［1］，因此需要对其进行加固改造处理，在加固改造之前需要对建筑物的适用性、安全性和耐久性方面进行全面的检测鉴定，为后期加固改造提供可靠的依据［2］。

1 工程概况

某单层两跨钢筋混凝土排架结构厂房设计于 1966年，屋面为 30 m 跨梯形钢屋架，设钢天窗架，屋面板为瓦楞铝板。厂房总长 75.000 m（轴线尺寸），总宽 39.200 m（轴线尺寸），排架柱柱顶标高为 8.96 m、9.17 m，牛腿标高为 5.53 m。厂房排架柱柱距 6.0 m，矩形截面及工字型截面，钢筋混凝土T形吊车梁，两跨内分别运行有 2 台起重量 5 t 的吊车。厂房基础设计为钢筋混凝土矩形独立基础，基底埋深 -3.00、-3.75、-5.50 m。基础采用 150# 混凝土，基础垫层底坐落在天然卵石层上。

2 结构现状检测与鉴定

对该厂房的地基基础与主体结构进行详细的检测鉴定，确定其结构现状，找出引起结构现状变化的原因。

2.1 地基基础检测鉴定

因未查阅到该场地岩土工程勘察报告，因此，地基基础检测时在现场布置人工开挖探井 2 处并结合原设计图纸要求对厂房地基基础进行综合检测鉴定。根据 1# 探井 TJ-1 开挖揭露如图 1 所示、TJ-2 开挖揭露如图 2 所示，未发现地基基础存在明显倾斜变形及不均匀沉降等缺陷，对该厂房上部结构进行检测，未发现因地基基础不均匀沉降变形引起的地坪塌陷、墙体裂缝、门窗变形等现象，未发现上部结构存在明显倾斜变形。因此，地基基础未对上部结构造成不利影响，地基基础现状良好。

图1 探井 TJ-1 检测基础现状

图2 探井TJ-2内卵石地基土

2.2 混凝土强度检测鉴定

依据 JGJ/T 23－2011《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》［3］，对排架牛腿以上柱（上柱）和牛腿以下柱（下柱）、吊车梁强度进行检测。原设计排架柱混凝土为 300 号，由 GBJ 10－89《混凝土结构设计规范》附录一表［4］中线性插入法求得设计强度为 C 28。由检测结果可知，排架上柱抗压强度换算值最小值为 25.7 MPa，最大为 31.2 MPa。排架下柱的抗压强度换算值最小值为25.4 MPa，最大为 31.5 MPa。吊车梁的抗压强度换算值最小值为 28.3 MPa，最大为 32.6 MPa。

2.3 结构构件承载能力检测鉴定

通过对钢结构构架进行结构验算，确定结构承载力是否继续满足要求。

2.3.1 排架柱

采用中国建筑科学研究院 PKPM-PK 程序对厂房排架柱进行承载能力验算，并根据排架柱内力计算结果与构件实际承载力进行对比。排架柱受压及受剪承载力验算如表 1、表 2 所示。

表1 排架柱受压承载力验算表

表2 排架柱受剪承载力验算对比表

对排架柱进行承载能力验算，经验算，排架柱受压承载能力及受剪承载力均满足鉴定标准要求。

2.3.2 吊车梁

经现场检测，吊车梁混凝土强度均高于原设计要求，混凝土表面无明显裂缝、破损现象，吊车梁挠度变形满足鉴定标准要求。因此，吊车梁承载力均满足原设计要求，承载力满足鉴定标准要求。

2.3.3 钢屋架

采用中国建筑科学研究院 PKPM-STS 程序对钢屋架进行承载能力验算，从验算结果可知，钢屋架 KG-88 腹杆（13#、14#、17#）长细比较大（λ＞［λ］），不满足规范要求，其余各杆件长细比均满足规范要求。钢屋架KG-88（有天窗架）腹杆（13 #、14 #、17 #）长细比（λ＞［λ］），不满足规范要求，其余各杆件长细比均满足规范要求。

2.3.4 钢天窗架

采用中国建筑科学研究院 PKPM-STS 程序对钢天窗架进行承载能力验算，从验算结果可知，钢天窗架各杆件承载力（［N］/γ0N＞1）满足规范要求。钢天窗架中 5 #、7 #、8 #、9 #、11 # 长细比（λ＞［λ］），不满足规范要求，其余各杆件长细比均满足规范要求。

2.3.5 屋面板

屋面板采用瓦楞铝板，经检测，大部分铝板完好，表面无明显腐蚀现象，工作暂无异常，其承载力现状满足使用要求。仅需对局部破损的屋面铝板进行维修或更换。

2.4 结构构件构造和连接检测鉴定

对结构构造、预埋件、连接节点的焊缝或螺栓进行检测鉴定，掌握其现状。

1）构造。经现场检测，排架柱、屋架、天窗架、支撑系统、屋面板、围护墙等结构构件构造基本合理，基本满足国家现行标准要求。

2）预埋件。经现场检测，预埋件的锚板和锚筋的构造合理、受力可靠，经检查无变形或位移等异常情况，但钢板有不同程度的锈蚀现象。

3）连接节点的焊缝或螺栓。经现场检测，连接节点的焊缝或螺栓连接方式正确，表面无缺陷，工作暂无异常。

2.5 结构构件裂缝检测鉴定

根据 GB 50144－2009《工业建筑可靠性鉴定标准》［5］规定，现场检测的排架柱上柱普遍存在顺筋裂缝现象，属于非受力裂缝，已明显影响正常使用，不满足鉴定标准要求。砌体围护结构存在严重的剪切裂缝，已明显影响安全，不满足鉴定标准要求。

2.6 结构构件缺陷和损伤检测鉴定

1）钢结构构件缺陷和损伤。经检测，未发现钢结构构件存在明显缺陷和损伤，仅发现钢结构构件表面存在锈蚀现象。

2）混凝土结构构件缺陷和损伤。经现场检测，厂房排架柱混凝土局部有缺陷和损伤，缺损深度大于保护层厚度，已出现明显破损露筋。厂房内部分排架柱上柱出现竖向顺筋裂缝。

2.7 结构构件腐蚀检测鉴定

2.7.1 钢结构构件锈蚀检测

1）屋盖钢结构构件。屋盖系统中大部分屋架及天窗架、支撑杆件钢材表面存在轻微锈蚀现象，暂不影响使用。

2）柱间支撑。柱间支撑表面大部分无明显锈蚀痕迹，仅在局部位置出现轻微锈蚀现象。

2.7.2 结构钢筋保护层厚度及碳化深度检测

根据现场检测条件，钢筋保护层厚度采用ZBL-R620 型混凝土钢筋检测仪进行检测，混凝土构件碳化深度检测是在混凝土构件上钻孔或局部破损，用 1 % 浓度的酚酞试液滴在混凝土受检部位，根据颜色变化来测定混凝土的碳化深度。

现场检测的结果表明，混凝土构件碳化深度值已超过钢筋保护层厚度，表面混凝土埋置钢筋区域的环境已由原来的强碱性变为中性，碱性环境中埋置的钢筋容易发生钝化作用，使得钢筋的表面产生一层钝化膜，能够阻止混凝土中钢筋的锈蚀。因此，排架柱混凝土保护层对钢筋的保护作用已很微弱，而混凝土表面出现的裂缝使钢筋与外部环境相通，从而加剧钢筋腐蚀作用，使钢筋耐久性下降。

2.7.3 混凝土构件耐久性分析

采用电化学法对排架柱混凝土内部钢筋锈蚀状况进行检测，根据钢筋电位对钢筋锈蚀状况进行判别。经现场检测，排架柱下柱混凝土内部钢筋普遍无锈蚀活动性，排架柱上柱混凝土内部钢筋仅个别测点处有锈蚀活动性。根据对厂房混凝土排架柱碳化深度及保护层厚度的检测结果，混凝土构件碳化深度值已远远超过钢筋保护层厚度，说明混凝土埋置钢筋区域的环境已由原来的强碱性变为中性，混凝土已失去对钢筋的保护作用。在其他条件具备的情况下，钢筋就会发生锈蚀。钢筋锈蚀又将导致混凝土保护层开裂、钢筋与混凝土之间的粘结力破坏、混凝土构件和钢筋的受力截面减小等一系列不良后果。

在实际现状中，厂房混凝土排架柱所处环境较为干燥，生产过程中也少有水汽、粉尘产生，屋面防水基本完好，所以钢筋锈蚀较轻。

综合以上分析，厂房混凝土柱耐久性能有所下降，但所处环境较为干燥，钢筋锈蚀较轻，对混凝土排架柱建议采取修复和封闭处理。