既有钢结构厂房检测与可靠性鉴定分析

尹雪娇 张晓东

（辽宁工业大学土木建筑工程学院，辽宁 锦州 121001）

0 引言

改革开放以来，工业的迅猛发展导致厂房的需求量越来越多，钢结构与钢筋混凝结构相比有自重轻、强度大等优点，得到广泛应用［1］。随着应用的广泛，很多问题也随之而来，一些厂房在建造时设计上存在不合理因素［2］；一些厂房在使用期间，根据工厂的发展需要随便改变使用功能；一些厂房在遭受火灾、雪灾及地震等破坏后仍继续使用。面对这些问题和隐患，就需要对这类厂房进行鉴定和加固，以保证结构安全性。

本研究通过对某钢结构厂房进行现场勘验以及承载力验算得出鉴定结论，从而提出加固方案以及检测鉴定时需要注意的问题。

1 工程概况

黑龙江省拜泉县某公司生产车间建于2012年，建筑结构类型为门式刚架，建筑总共1层，结构平面为矩形，长98 m，宽44 m，建筑面积4 539 m2，现处于使用状态。厂房整体结构模型如图1所示。公司欲将厂房使用功能改为冷库，为了掌握厂房现状，为下一步改造提供参考依据，故对此厂房进行房屋可靠性鉴定。

图1 厂房整体模型图

2 鉴定依据

根据委托方提供的资料以及现场调查、检测结果，依据《建筑结构荷载规范》（GB 50009—2012）、《钢结构设计标准》（GB 50017—2017）、《混凝土结构设计规范》（GB 50010—2010）（2015年版）、《建筑地基基础设计规范》（GB 50007—2011）、《工业建筑可靠性鉴定标准》（GB 50144—2019）、《建筑结构检测技术标准》（GB/T 50344—2019）、《钢结构现场检测技术标准》（GB/T 50621—2010）、《黑龙江省建筑工程施工质量验收标准》（DB 23）、《建筑结构可靠性设计统一标准》（GB 50068—2018）进行鉴定评级。

3 现场检测情况

3.1 使用现状

该厂房的结构采用双坡双跨门式刚架体系，单跨跨度22 m，榀间距7 m，共15榀。纵向柱顶布置Φ89 mm×3.0 mm纵向钢系杆。主刚架采用H型钢，梁、柱详细截面尺寸见表1。屋面选用单层彩钢板，坡度为8%，檐口高度8 m。山墙设抗风柱。

3.2 地基基础检测

经了解，厂房地基基础形式为桩基础，桩直径400 mm，在现场检测中，场地地基稳定，未发现厂房上部结构有因基础不均匀沉降导致的裂缝、倾斜等现象，如图2所示。地基基础承载情况正常，符合规范要求。

表1 梁、柱截面尺寸

图2 地基现场图

3.3 钢构件外观质量检查

钢构件防火和防腐涂料经现场检测发现，涂层表面有部分锈蚀、涂层脱落现象，涂层厚度均匀，有部分皱皮、流附、针眼和气泡。利用超声波涂膜检测仪检测结果如表2所示。

表2 现场超声波检测涂膜厚度统计表

3.4 混凝土抗压强度检测

常用的混凝土强度无损检测办法有钻芯法、拔出法、回弹法、超声回弹综合法等［3］，本工程采用对混凝土无损伤且操作简单的回弹法测定，真实地反映混凝土构件的强度指标。现场进行抽样检测，取样原则上按照规范［4］方案取样，因此本次强度检测工作更能切合实际地反映该结构混凝土强度现状。利用回弹仪测定，实测数据及推定混凝土强度值如表3所示。

表3 混凝土强度测定值

3.5 钢材强度检测

现场勘验中，采用检测钢材表面里氏硬度计测定［5］。在测量中发现钢框架结构存在Q235B级钢和Q345B级钢混用的现象，与委托方提供的资料不符。

3.6 围护构件检测

经现场检测，厂房屋面、墙面在檩条均采用C形冷弯薄壁型钢（口对口），檩条间距为1 500 mm，檩条跨度为7 m，其中屋面檩条均用C180 mm×70 mm×20 mm×2.5 mm，墙面檩条均用C170 mm×50 mm×50 mm×2.5 mm；中间榀的檩条与梁隔一设一隅撑，隅撑采用角钢，规格为50 mm×50 mm×4.0 mm，符合规范要求。

厂房水平支撑、柱间支撑均采用Φ20 mm的柔性拉杆，均布置在第二榀和第十四榀，柔性拉杆易造成门式刚架结构平面外弯曲破坏。

3.7 连接节点螺栓和焊缝检测

现场抽取节点进行外观检查，未发现螺栓缺失或漏拧、松动现象。刚架梁、柱节点连接安全可靠，节点杆件无弯曲，柱脚无异常。焊缝表面没有裂纹、焊瘤、气孔、夹渣、弧坑裂纹、电弧擦伤等现象，检测角焊缝焊脚厚度如表4所示。

4 承载力验算

根据原图纸及现场勘察结果，使用PKPM V5.1结构设计软件对中间榀刚架GJ-1进行整体承载力验算，并对厂房整体进行可靠性鉴定。

根据现场实测结果建模，计算模型如图3所示，计算应力比如图4所示，验算结果见表5。分析结果可知，此刚架结构梁应力比为1.48∶1.33，其承载力不满足现行规范要求；刚架柱平面外长细比不满足规范要求。

5 鉴定评级

根据勘验结果，对房屋承重构件安全状况进行验算，按《工业建筑可靠性鉴定标准》（GB 50144—2019）［6］相关规定，按照子单元和鉴定单元分步进行评级。

5.1 子单元评级结果

对子单元的安全性鉴定评级，应按照地基基础、上部承重结构和围护结构的承重部分三个子单元的安全性等级进行评定，其评定结果如下。

5.1.1 地基基础安全性评级。该厂房场地地基稳定，无滑动迹象及滑动史，且建筑物无沉降裂缝、变形和位移，地基基础无明显不均匀沉降现象。地基基础安全性等级评为Au级，无需对地基基础进行加固维修。

表4 角焊缝焊脚厚度统计表

图3 计算模型（单位：mm）

图4 计算应力比

5.1.2 上部承重结构安全性评级。综合现场检测及承载力计算，判定该钢框架部分构件不满足规范要求，上部承重结构安全性等级为Bu级。

5.1.3 围护系统承重部分安全性评级。针对围护结构承重部分进行检测和验算，未发现有开裂、锈蚀等现象，但部分支撑布置不合理。围护系统安全性等级为Bu级。

表5 计算结果

5.2 鉴定单元评级结果

综合评定可知：由于上部承重刚架结构承载力不足，造成鉴定单元安全性等级为Bsu级。由于委托方欲改变该建筑使用功能，使用功能由库房变为冷库，需在钢梁下方增加设备管道荷载，主钢架的承载力不满足现行规范要求，需要对钢梁及钢柱进行加固处理。

6 存在问题及加固方案

经现场勘验及计算复核，对该厂房存在的主要问题及进行改造加固的方案进行以下分析。

6.1 框架梁加固

部分钢梁承载力不满足要求，且改造成冷库要求在钢梁下方增设管道荷载。需在H型钢梁下翼缘加焊T型钢构件的方法进行加固，使钢梁的承载力增大。

6.2 框架柱加固

钢柱承载力可以满足要求，但平面外失稳。可以增加柱平面外支撑，减少计算长度，保证柱平面外的稳定性。

6.3 围护体系加固

支撑体系布置不合理。依据规范［7］可知，无吊车时，柱间支撑间距宜取30～45 m，故需在中间再设一榀柱间支撑，可有效提高厂房结构整体稳定性和纵向刚度。

7 结语

钢结构加固改造是一项复杂的工作，在加固改造前进行现场检测和鉴定是非常有必要的，因为鉴定结果能清晰地看出结构体系的薄弱处以及加固的重点。在加固方案的选取上，要从施工方便、经济合理以及改造后的使用功能等方面考虑。本研究对某厂房结构进行现场勘验和可靠性鉴定，主要有以下建议。

①由于既有钢结构的使用条件及结构体系的复杂性和多样性，因此现场检测时的抽样要保证随机性。

②钢构件易锈蚀，腐蚀损伤通常对钢材性能有一定影响，需要对其进行除锈处理，通常可采用喷砂处理、喷丸处理或手工除锈。

③在加固设计中，应针对检测鉴定反映的问题，结合结构特点，有针对性地选取最优加固方案。

④在加固设计时，要考虑因施工停工、停产产生的损失，尽量采用负载情况下加固。