淺談某鋼廠水渣堆場廠房結構鑒定與加固設計

王軍，梁博宇，郭玉安

（安陽鋼鐵集團有限責任公司，河南 安陽 455004）

1 引言

鋼鐵冶金廠房，有其行業特點：廠房內的生產環境除了存在粉塵，部分還伴有高溫、高濕；吊車的運行一般都是中級或重級工作制[1]。隨著產能的逐漸提高，廠房內增加吊車的臺數或者增加吊車的運行頻率都比較常見[2]。另外，由于環保要求的提高，部分廠房原有的水汽和粉塵無法順利排出，使得廠房內的粉塵或者高溫、高濕程度有增無減。廠房的長期超負荷運行，疊加高溫、高濕等因素，致使廠房結構以及吊車設備出現病害，是比較常見的現象[3]。

2 工程概況

某鋼廠水渣堆場，一期建成于2004 年，二期建成于2006年，一、二期結構形式相同，均為兩跨鋼筋混凝土框排架，框架部分作為皮帶廊通道使用，排架部分作為高爐水渣堆場使用。水渣堆場廠房內有4 臺15 t 中級工作制橋式吊車運行，吊車軌面標高16.0 m。生產過程中，存在“吊車運行中晃動、軌道壓軌器反復開焊”的現象。

本文從吊車設備和廠房結構兩個方面查找原因，提出解決方案，為同類型廠房的結構病害處理提供參考。廠房剖面圖如圖1 所示。

圖1 某鋼廠廠房剖面圖（標高單位：m；尺寸單位：mm）

3 結構鑒定

3.1 鑒定目的和范圍

目的：查明鑒定范圍內結構系統的工作狀態、材料特性、缺陷損傷（尤其是橋式吊車運行中有晃動的情況），為后期安全使用及加固設計提供技術依據。

范圍：水渣堆場廠房排架部分上部結構。

3.2 前期準備

前期準備及查勘內容包含：竣工圖紙查閱、結構現狀及使用荷載調查。

通過查閱結構竣工圖，了解圖紙的完整性、廠房結構形式、主要構件的材料材質及結構尺寸信息、歷史改造情況等，為檢測比對提供數據。通過調查結構及使用荷載現狀，了解結構構件腐蝕、變形等損傷的嚴重程度、節點做法與原設計圖紙的符合的程度、使用過程中有無超載發生，以便后續的現場檢測時能重點對該類損傷嚴重部位、與原設計不符部位、超載部位、晃動部位等進行重點檢測，以便在安全性鑒定時能充分考慮該類不利條件的影響。

3.3 現場檢測

3.3.1 現場檢測內容

軸網及構件尺寸檢測、通風器結構圖紙測繪、鋼材抗拉強度檢測、防腐涂層厚度檢測、屋面梁撓度檢測、外觀缺陷普查。

3.3.2 主要儀器設備

鋼卷尺（J19-50）、激光測距儀（PD54）、鋼筋保護層測定儀（GTJ-RBL）、一體式數字回彈儀（HT225-B）、游標卡尺（0~150 mm）、里氏硬度計（LEEB110）、涂層測厚儀（DT-156H）、超聲波測厚儀（LEEB320）、全站儀（NTS-342R10A）；相機、角磨機等輔助設備。儀器設備要求均在檢定有效期內，運行正常。

基于對地應力與非對稱孔隙壓力場對多孔控制定向水力壓裂效果的研究，現場應用時，應先施工控制孔，后施工壓裂孔，每4個控制孔中心1個壓裂孔，確保控制孔卸壓充分，后期控制孔可以作為抽采鉆孔使用，壓裂孔盡可能確保孔口以里30 m保持筆直，在壓裂孔施工完成后盡快進行壓裂，以免孔坍塌造成壓裂失敗。利用三通將控制孔串聯并與1臺壓裂泵連接，壓裂過程中，確保控制孔壓力小于煤體起裂水壓并保持穩定。壓裂孔內的壓力緩慢加壓，記錄壓力表讀數的變化情況，統計壓裂周期、注水量，壓裂結束后及時封孔并跟進測試觀測孔瓦斯涌出速度以及抽采濃度變化。

3.3.3 檢測實施

鑒定范圍內的構件抽樣檢測（外觀缺陷為全檢），用激光測距儀及鋼卷尺測量軸網、構件尺寸，對銹蝕嚴重的構件，其剩余厚度采用超聲測厚儀測量，對比其偏差值是否滿足標準要求。

用里氏硬度計檢測主要受力的鋼結構構件表面硬度，計算得出鋼材的抗拉強度，判斷其是否滿足原設計要求。

采用涂層測厚儀測量構件油漆防腐涂層，判斷鋼材是否存在防腐性能降低、影響其耐久性的可能。

在對鑒定范圍結構外觀損傷的全部查看過程中，重點對節點連接、受水汽及雨水影響、受振動影響等相關部位重點檢測，明確結構是否存在明顯銹蝕、涂層脫落、變形、松動等情況，記錄嚴重程度和分布。

3.4 結構鑒定及晃動分析

3.4.1 結構鑒定

通過檢測結果、查閱原設計圖紙，結合結構現狀，采用現行標準、規范要求，建模計算，給出廠房結構各構件是否滿足安全要求，如不滿足，指明不滿足的部位，并采取相關加固手段達成目標。

檢測及鑒定的主要規范依據如下：GB/T 50344—2019《建筑結構檢測技術標準》、GB/T 50621—2010《鋼結構現場檢測技術標準》、JGJ 8—2016《建筑變形測量規范》、GB 50205—2020《鋼結構工程施工質量驗收標準》、GB 50017—2017《鋼結構設計標準》、GB 50009—2012《建筑結構荷載規范》、GB 50068—2018《建筑結構可靠性設計統一標準》及相關圖紙資料。

3.4.2 晃動分析

本次結構鑒定，除了規范要求的常規項目，主要是針對吊車發生晃動的原因進行分析。吊車發生晃動的主要原因有如下4 種：吊車設備本身的原因，廠房柱的剛度不足，柱間支撐的剛度不足，吊車梁系統的剛度不足[4-5]。

水渣堆場廠房共計4 臺橋式吊車，其中，3#吊車的使用年限最長，晃動也最為嚴重。4 臺吊車，唯其中一臺晃動明顯，從側面說明了吊車司機所感受到的晃動，除了廠房結構的原因，更有吊車本身的原因。吊車平面布置圖如圖2 所示。

圖2 吊車平面布置圖

吊車運行過程中的晃動，另外一種可能的原因是：廠房柱子的剛度不足，柱子偏于“柔軟”，導致吊車在剎車力的作用下晃動。針對這一可能原因進行計算分析，吊車橫向剎車力作用下柱牛腿位移計算結果如圖3 所示。

圖3 吊車橫向剎車力作用下柱牛腿位移（單位：mm）

計算結果顯示：吊車在剎車力的作用下，牛腿部位的位移最大值為1.5 mm，遠小于排架的允許值6.4 mm（按照原設計露天棧橋為1/2 500 的要求控制）。同時，對柱間支撐進行計算，其剛度滿足要求。由此，可以排除是柱系統剛度不足引起的晃動。

3.5 鑒定分析與結論

結構布置、使用荷載、鋼筋配置等與原設計圖紙相符，屋面存在水滴現象。一期排架柱混凝土抗壓強度滿足原設計要求（原設計C30，實測C30），二期排架柱混凝土抗壓強度略低于原設計要求（原設計C30，實測C25）。天窗側圍護板及個別屋架表面銹蝕；個別柱間支撐變形、表面銹蝕；部分混凝土柱身多處箍筋銹脹、混凝土保護層開裂，多處露筋、銹蝕、返堿。個別吊車梁上翼緣與柱間連接不足；軌道存在輕微“啃軌”現象，尤其3#吊車運行時，該現象最為明顯。

考慮損傷后進行計算分析：柱子、吊車梁、屋架等主要構件均滿足國家規范的要求。吊車梁系統的剛度雖然滿足現行規范的要求，但是需要加強，以滿足目前高頻率運行和吊車駕駛人員舒適度的要求[6]；同時，應對吊車設備本身進行調整。

4 處理方案

4.1 吊車的校正

水渣堆場廠房4 臺吊車，僅有其中一臺晃動最為明顯，這說明了“吊車司機所感受到的晃動，除了廠房結構的原因，更有吊車本身的原因”。因此，需要專業的吊車設備廠家進行技術服務，對吊車設備本身進行校正。

4.2 吊車梁加固

4.2.1 吊車梁系統設計規范

根據檢測鑒定報告的結論，排除了柱子本身剛度不足的可能性，剩余的就是吊車梁系統的問題。按照《鋼結構設計手冊》（第四版）的說明：“中、重級工作制吊車梁（桁架）的跨度在12 m 及以上時，均應設置制動結構；當吊車梁跨度小于或等于9 m，吊車起重量小于50 t 且為中、輕工作制又不需要設安全走道時，根據技術經濟比選條件，可不設置制動結構，而采用上翼緣加寬的變截面梁”。

4.2.2 吊車梁系統加固方案

本廠房結構吊車梁跨度為6 m，起重量15 t；按照《鋼結構設計手冊》（第四版）可不設置制動系統。但是，由于產能的提高，實際生產過程中，吊車的使用頻率大于原設計的中級工作制[7]；長期的超負荷工作，難免對吊車梁系統造成結構損傷[8]。

采取對吊車梁系統增加制動桁架和垂直支撐的方法，進行加固處理；通過增加吊車梁系統的剛度，降低吊車運行過程中的晃動。吊車系統加固大樣圖如圖4 所示。

圖4 吊車系統加固大樣圖

5 結語

通過現場檢測和理論計算分析，從吊車設備本身和廠房結構兩方面，查明晃動的原因，給并出解決方案。為設備和廠房的安全生產運行提供保障，為存在同類問題的廠房鑒定與加固提供了參考。