某鋼結構廠房結構安全性鑒定①

□□ 曹麗芳，肖 珍，唐玄龍

(1.湖南博聯(lián)工程檢測有限公司，湖南 常德 415000; 2.湖南交通工程學院，湖南 衡陽 421009)

1 建筑概況

某廠房位于湖南省郴州市某工業(yè)園內，修建于2020年5月。該廠房為單層三跨門式剛架結構，標準榀剛架的3個跨度均為18 m，柱間距為7.5 m。廠房長為150 m，寬為54 m，檐口高度為10 m。該廠房主體結構設計使用年限為50年，基本風壓為0.3 kN/m2，地面粗糙度類別為B類，基本雪壓為0.30 kN/m2，6度抗震設防，基本地震加速度0.05g，建筑抗震設防類別為丙類，設計地震分組為第一組。廠房外觀照如圖1所示。

圖1 廠房外觀照

2 結構基本情況調查

2.1 剛架結構承重體系

該廠房結構主要通過門式剛架承擔屋面結構傳遞的屋面荷載。

2.1.1 剛架結構及其支承構造

柱腳形式為剛接柱腳，剛架梁、柱節(jié)點和剛架梁拼接節(jié)點均采用高強螺栓連接，抗風柱與鋼梁采用鉸接連接，各節(jié)點鏈接可靠，無明顯治療缺陷。

2.1.2 門式剛架抗側力系統(tǒng)布置

該廠房1-2軸、8-9軸、14-15軸、20-21軸等軸間設有柱間支撐；A、G軸檐口位置，D軸屋脊位置以及B、C、E、F軸剛架梁間設有水平系桿(截面為Φ121×3.0鋼管)；屋面設有直拉桿、斜拉條(截面為Φ12圓鋼)以及撐桿(截面為Φ12圓鋼與Φ32×2.5鋼管)，設有隅撐(截面為L50×5.0角鋼)，1-2軸、8-9軸、14-15軸、20-21軸等軸間屋面設有水平支撐(截面為Φ20圓鋼)；山墻設有抗風柱(截面為H300×200×6×8、H350×200×6×8)。現(xiàn)場檢測照片如圖2所示。

圖2 廠房抗側力系統(tǒng)現(xiàn)場調查

2.2 地基基礎調查

經現(xiàn)場踏勘，該廠房地勢較平坦，地基穩(wěn)定，無滑動跡象。根據(jù)施工資料可知，該廠房基礎采用獨立基礎，以黏土層為持力層，地基承載力特征值為150 kPa。經現(xiàn)場勘查，房屋散水及排水措施基本完好，地基基礎未見下沉及開裂跡象，上部結構未見地基基礎缺陷引起的不良反應。

2.3 上部結構調查

該廠房為單層門式剛架結構，上部主體結構嚴格按照設計圖紙施工，結構平面布置較簡單，傳力路徑明確，鋼結構各構件間連接方式有焊接、螺栓連接等。柱連接節(jié)點，梁拼接節(jié)點做法符合要求，現(xiàn)場檢查未發(fā)現(xiàn)節(jié)點存在明顯變形等現(xiàn)象。

2.4 質量缺陷和損傷的調查

對結構構件的變形、缺陷和損傷調查，未發(fā)現(xiàn)結構構件存在明顯的變形、缺陷和損傷，僅部分鋼梁、柱構件存在輕微銹蝕現(xiàn)象。

3 廠房結構現(xiàn)場檢測

3.1 構件尺寸檢測

現(xiàn)場隨機抽查了5榀剛架的15根鋼柱、18根鋼梁構件以及10根檁條、10根墻梁構件的截面尺寸，經檢測，該廠房所檢鋼構件尺寸滿足設計要求。

3.2 里氏硬度檢測

采用里氏硬度計檢查鋼材的抗壓強度。經檢測，該廠房所檢鋼梁、鋼柱均滿足Q355強度等級要求，屋面檁條、墻梁均滿足Q235強度等級要求。

3.3 超聲波探傷檢測

采用超聲波探傷檢測鋼構件焊接質量。共檢測33處鋼構件焊縫質量，其中焊縫質量評定為Ⅱ級的31處，評定為Ⅲ級2處，最大缺陷指示長度為9 mm，所檢構件焊縫質量等級滿足鋼結構施工驗收要求。

3.4 整體垂直度及平面彎曲檢測

該廠房鋼結構整體垂直度及平面彎曲滿足鋼結構施工驗收要求。具體檢測結果詳見表1。

表1 整體垂直度及平面彎曲檢測結果

3.5 沉降檢測

連續(xù)兩次對廠房1～20點的沉降進行觀測，各點均出現(xiàn)了輕微沉降，目前其沉降速度均<0.01 mm/d；各測點沉降差與其距離的比值最大值為0.000 008 3，基礎局部傾斜率均小于GB 50007—2011《建筑地基基礎設計規(guī)范》[1]規(guī)定的允許值0.000 71。

4 結構復核

4.1 主體結構承載力復核

利用PKPM V5.2結構設計軟件分別計算中間區(qū)標準榀剛架GJ-1和端區(qū)剛架GJ-2承載力。

4.1.1 相關參數(shù)

中間區(qū)標準榀剛架GJ-1、端區(qū)剛架GJ-2的3個跨度均為18 m的三跨門式剛架，檐口高度為10 m，柱間距為7.5 m。其中，GJ-1邊柱截面為H(300～500)×220×6×10，中柱截面為H300×250×6×12，鋼梁截面為H(700～350)×220×6×10、H(350～700)×220×6×10、H(700～350)×220×6×10、H350×220×6×10；GJ-2邊柱截面為H(300～500)×200×6×8，中柱截面為H300×250×6×12，抗風柱截面為H300×200×6×8，鋼梁截面為H(500～300)×200×6×8、H(300～500)×200×6×8、H300×200×6×8。鋼梁、鋼柱材質均為Q355B，梁柱連接采用剛接節(jié)點，柱腳為剛接節(jié)點，抗風柱柱腳及與鋼梁連接節(jié)點均采用鉸接連接。

同時，考慮抗風柱承擔屋頂傳遞的豎向荷載。查閱施工設計圖及GB 50009—2012《建筑結構荷載規(guī)范》[2]，可知屋面恒載為0.2 kN/m2，屋面活載為0.7 kN/m2，基本風壓為0.3 kN/m2，基本雪壓為0.3 kN/m2。梁柱自重計算增大系數(shù)取1.20，梁剛度增大系數(shù)取1.00。計算水平地震作用，地震烈度為6.00，特征周期0.35 s，場地土類別為Ⅱ類，設計地震分組為第一組，周期折減系數(shù)為0.70，結構阻尼比為0.050。

4.1.2 計算結果

中間區(qū)標準榀剛架GJ-1梁最大應力比為0.88，柱最大應力比為0.76，梁最大撓度為73.9 mm，均滿足設計規(guī)范要求[3]。

端區(qū)剛架GJ-2梁最大應力比為0.27，柱最大應力比為0.19，梁最大撓度為6.0 mm，均滿足設計規(guī)范要求[3]。

4.2 檁條承載力復核

4.2.1 相關參數(shù)

通過勘查，發(fā)現(xiàn)廠房檁條按連續(xù)檁條計算，邊跨檁條截面為XZ220×75×20×2.5，中間跨檁條截面為XZ220×75×20×2.0，支座搭接長度為0.6 m，跨度為7.5 m。設置2根拉條，拉條作用為約束上翼緣，屋面傾角為6度，屋面板阻止檁條上翼緣受壓側向失穩(wěn)，不采用構造保證檁條風吸力下翼緣受壓側向失穩(wěn)，計算檁條截面自重作用，考慮最不利布置活荷作用方式，強度計算凈截面系數(shù)為1，搭接雙檁剛度折減系數(shù)為0.5，支座負彎矩調幅系數(shù)為0.9。

查閱施工設計圖及GB 50009—2012《建筑結構荷載規(guī)范》[2]，可知屋面自重取0.2 kN/m2，屋面活載為0.7 kN/m2，屋面雪載為0.3 kN/m2，施工荷載為1.0 kN，基本風壓為0.3 kN/m2。

4.2.2 計算結果

經計算各跨檁條強度，其最大主應力σ=178.942 N/mm2，

5 結構安全性鑒定分析

依據(jù)GB 50144—2019《工業(yè)建筑可靠性鑒定標準》，再結合現(xiàn)場檢查和檢測結果，對該廠房進行結構安全性鑒定及評級。

5.1 構件安全性評定

依據(jù)GB 50144—2019《工業(yè)建筑可靠性鑒定標準》中第6.3.1條[4]：鋼結構構件的安全性等級應按承載能力、構造兩個項目評定，并取其中的較低等級作為構件的安全性等級。根據(jù)構件對結構體系的重要程度，該廠房重要構件為剛架柱、屋架；次要構件為抗風柱、屋面檁條、屋面板等。

5.1.1 按構件承載力評定

經檢測，該廠房剛架柱、屋架等構件尺寸均滿足GB 50017—2017《鋼結構設計標準》的相關要求[5]；廠房屋架鋼梁、鋼柱的鋼材強度等級為Q355；經現(xiàn)場勘查，剛架柱、鋼屋架無明顯變形及損傷；經結構承載力計算可知，該廠房結構的抗力R與作用效力S及結構重要性系數(shù)γ0的比值，R/γ0S>1，剛架柱、鋼屋架承載能力滿足正常使用條件下的安全性要求。現(xiàn)場檢測到部分鋼柱、鋼梁表面存在輕微銹蝕現(xiàn)象，但未發(fā)現(xiàn)抗風柱因承載能力不足而產生的變形。

經現(xiàn)場勘查，該廠房抗風柱、屋面檁條、屋面板工作正常，未見該類構件存在因承載力不足產生的開裂、失穩(wěn)等跡象；對抗風柱及屋面檁條結構復核可知，該廠房抗風柱及屋面檁條均滿足正常使用條件下的安全性要求，據(jù)此可認為在正常使用狀態(tài)下該類次要構件承載力能滿足要求。

依據(jù)GB 50144—2019《工業(yè)建筑可靠性鑒定標準》第6.3.3條規(guī)定[4]，按承載能力評定該廠房鋼柱、梁的安全性等級為a級；評定抗風柱、屋面檁條、屋面板安全性等級為a級。

5.1.2 按構造評定

經現(xiàn)場檢測與結構驗算，該廠房所采用鋼構件的長細比、管徑與壁厚之比均滿足GB 50017—2017《鋼結構設計標準》的相關要求[5]；廠房柱腳為剛接連接，未發(fā)生破壞及位移；剛架梁、柱節(jié)點均采用高強螺栓連接，未發(fā)現(xiàn)明顯變形；廠房鋼構件無明顯殘損或施工缺陷，能傳遞各種側向作用力；結構間的聯(lián)接設計合理、無疏漏；錨固、連接方式正確，無松動變形或其他殘損。

依據(jù)GB 50144—2019《工業(yè)建筑可靠性鑒定標準》第6.2.3條規(guī)定[4]，按構造評定該廠房結構構件安全性等級為a級。

5.2 結構系統(tǒng)安全性鑒定評級

5.2.1 地基基礎子系統(tǒng)

根據(jù)現(xiàn)場查勘可知，該廠房建于平坦地勢，無邊坡，建筑場地地基穩(wěn)定，無滑動跡象及滑動史；該廠房基礎采用獨立基礎，現(xiàn)場勘查未發(fā)現(xiàn)基礎存在不均勻沉降的跡象或變形。

依據(jù)連續(xù)兩次沉降觀測結果，廠房各觀測點均出現(xiàn)了輕微沉降，目前其沉降速度均<0.01 mm/d；各測點沉降差與其距離的比值最大值為0.000 008 3，說明其基礎的局部傾斜率均不大于規(guī)定的允許值0.000 71。考慮到上部結構未見不均勻沉降引起的裂縫及變形等，說明該廠房地基基礎無嚴重缺陷，且無明顯傾斜等不良反應，故評定該廠房基礎滿足承載力及變形要求。

依據(jù)GB 50144—2019《工業(yè)建筑可靠性鑒定標準》第7.2.2條[4]，暫評定該廠房地基基礎安全性等級為A級。

5.2.2 上部承重結構子系統(tǒng)

(1)結構整體性評級

經現(xiàn)場調查與檢測，該廠房剛架柱、屋架等構件截面尺寸及柱網布置均滿足要求。該鑒定子系統(tǒng)結構體系布置合理，整個建筑形成完整的受力體系，各主要受力構件傳力路徑明確，整體性構造和連接基本符合要求。

該廠房1-2軸、8-9軸、14-15軸、20-21軸軸間設有柱間支撐，符合GB 51022—2015《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規(guī)程》第8.1.2條和8.2.5條要求[3]；剛架梁與檁條間設有隅撐；剛架梁、柱節(jié)點和剛架梁拼接節(jié)點均采用高強度螺栓連接；剛架柱腳節(jié)點為鉸接，連接可靠；支撐系統(tǒng)布置合理，形成完整的支撐系統(tǒng)，支撐桿件長細比及節(jié)點構造符合要求。

依據(jù)GB 50144—2019《工業(yè)建筑可靠性鑒定標準》第7.3.2條[4]，該廠房結構支撐系統(tǒng)等級評定為A級。

(2)上部承重結構承載功能評級

依據(jù)GB 50144—2019《工業(yè)建筑可靠性鑒定標準》中第7.3條的規(guī)定[4]，綜合構件承載力評級結果，評定該廠房上部承重結構承載功能在正常使用情況下安全性等級為A級。

(3)結構側向(水平)位移評級

由檢測結果可知，該廠房頂點的最大結構側向位移為7.2 mm，

5.2.3 圍護結構子系統(tǒng)

(1)承重圍護結構承載功能評級

該廠房承重維護系統(tǒng)主要是屋面檁條及屋面板，綜合該廠房承重圍護結構承載功能評級結果，依據(jù)GB 50144—2019《工業(yè)建筑可靠性鑒定標準》中第7.4條[4]，評定該廠房承重圍護結構承載功能在正常使用情況下安全性等級為A級。

(2)非承重圍護結構構造連接評級

該廠房非承重圍護系統(tǒng)主要是外墻。經現(xiàn)場勘查，構件連接方式未見異常，基本符合要求，依據(jù)GB 50144—2019《工業(yè)建筑可靠性鑒定標準》中第7.4條[4]，評定該廠房非承重圍護結構構造連接在正常使用情況下安全性等級評為A級。

5.3 結構安全性評定結論

依據(jù)GB 50144—2019《工業(yè)建筑可靠性鑒定標準》第3.3.2條和8.0.1條規(guī)定，評定廠房的結構系統(tǒng)安全性等級為A級。

6 結語

(1)現(xiàn)場勘查發(fā)現(xiàn)，廠房按照施工設計圖施工，剛架結構及其構造措施、抗側力系統(tǒng)等完備，各節(jié)點連接牢固，地基基礎未見下沉及開裂跡象，結構構件未見明顯的變形、缺陷和損傷，僅部分鋼梁、柱構件存在輕微銹蝕現(xiàn)象。

(2)通過檢測，廠房鋼梁、鋼柱強度等級為Q355要求，屋面檁條強度等級為Q235要求，與設計圖紙相符；廠房所檢鋼構件尺寸與設計圖紙相符；廠房所檢構件焊縫質量滿足鋼結構施工驗收要求；廠房鋼結構整體垂直度及平面彎曲滿足鋼結構施工驗收要求。

(3)連續(xù)兩個月對2號廠房進行沉降觀測，發(fā)現(xiàn)廠房出現(xiàn)輕微沉降，當前沉降速度均<0.01 mm/d；各測點沉降差與其距離的比值最大值為0.000 008 3，基礎局部傾斜率均小于GB 50007—2011《建筑地基基礎設計規(guī)范》規(guī)定的允許值0.000 71。

(4)對2號廠房中間區(qū)標準榀剛架GJ-1、端區(qū)剛架GJ-2及檁條結構承載力進行驗算，得出各剛架梁、柱最大應力比均<1，檁條強度和穩(wěn)定性均滿足設計要求，說明剛架和檁條結構承載能力滿足正常使用要求。

(5)根據(jù)現(xiàn)場檢測及結構復核結果，并依據(jù)GB 50144—2019《工業(yè)建筑可靠性鑒定標準》規(guī)定，評定該廠房的結構系統(tǒng)安全性等級為A級。