某重載鋼結構倉庫安全性鑒定及隱患分析

摘 要：【目的】為了保證既有重載鋼結構倉庫的安全使用，準確鑒定結構的安全性至關重要。【方法】結合具體工程實例，介紹了鋼結構倉庫結構安全性鑒定的方法及程序。【結果】通過現場檢測結果并結合結構建模計算，綜合判定該倉庫的安全等級為四級，存在重大安全隱患。【結論】本研究對重載鋼結構倉庫在使用過程中可能存在的隱患進行分析，并提出消除隱患的建議，為同類結構的安全性鑒定和治理提供技術依據。

關鍵詞：重載倉庫；鋼結構；結構安全性；鑒定；隱患分析

中圖分類號：TU391 " "文獻標志碼：A " " 文章編號：1003-5168（2024）12-0061-05

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2024.12.012

Safety Appraisal and Hidden Danger Analysis of a Heavy-Duty

Steel Structure Warehouse

LI Bo1，2 "FU Wen1，2 HE Chaofeng1，2 LI Zhi1，2

（1.Wuhan Institute of Earthquake Engineering Co.， Ltd.， Wuhan 430071，China;

2.Hubei Zhentai Construction Engineering Quality Testing Co.， Ltd.， Wuhan "430071，China）

Abstract： [Purposes] In order to ensure the safe use of existing heavy-duty steel structure warehouses， it is crucial to accurately identify the safety of the structure. [Methods] Through on-site inspection results and structural modeling calculations， the safety appraisal rating of the warehouse is carried out. [Findings] Through the field test results and combined with the structural modeling calculation， it is comprehensively determined that the safety level of the warehouse is four levels， and there are major safety hazards. [Conclusions] This study summarizes possible hidden dangers during the use of heavy-duty steel structure warehouses and suggestions for eliminating hidden dangers， providing technical basis for the identification and management of similar structures.

Keywords： heavy-duty warehouse; steel structure; structural safety; identification; hidden danger analysis

0 引言

既有鋼結構倉庫是我國現階段倉庫的主要形式之一，在我國各地區各行業分布廣泛，體量極大。眾多結構試驗和實際案例表明，鋼結構的變形、破壞往往具有突然性，一旦結構出現屈曲變形，整體結構將在很短的時間內失穩坍塌。因此，鋼結構建筑通常不允許超載使用，并且在使用過程中要定期進行安全檢查和鑒定，尤其是非單層鋼結構。本研究針對某受損二層鋼結構重載倉庫結構安全性鑒定實例，結合現場檢測數據，使用PKPM軟件進行承載力計算，分析安全性和存在的隱患，為同類結構的安全性鑒定提供借鑒。

1 工程概況

本鋼結構重載倉庫建于2006年，為地上2層鋼框架結構，柱下獨立基礎，壓型鋼板混凝土組合樓板，現場量測長42.3 m、寬23.5 m，單層建筑面積約994 m2。柱下獨立基礎以處理后的土層為持力層，地基承載力特征值大于等于200 kPa，倉庫一層主要為廠房通道，物料荷載置于二層樓面。原設計樓面活載5.0 kN/m2。因使用需要，廠方自行在二層布置多層貨架，貨架每層承重3 t，二層貨物總重約180 t，采用叉車轉運貨物，目前倉庫二層樓面已出現大量裂縫。

2 檢測和鑒定內容

本研究主要對鋼結構倉庫的環境條件和現狀、鋼結構構件的外觀質量及損傷情況進行調查，并對鋼結構構件的材料強度和變形進行檢測，結合檢測數據進行承載力計算后，依據《工業建筑可靠性鑒定標準》（GB 50144—2019）［1］對該倉庫結構安全性進行鑒定。

3 現場檢測結果

3.1 現狀及環境調查

該廠房周邊環境穩定，無不良地質及施工影響。鋼框架梁、柱均采用H型鋼，因大部分設計資料缺失，現場實測梁、柱截面尺寸見表1。

表1 梁、柱截面尺寸

[名稱 構件位置 截面尺寸（高度×翼緣板寬度×腹板厚度×翼緣厚度）/mm GZ1 框架柱 H400×220×8×10 GZ2 框架柱 H350×220×8×10 GL1 主鋼梁 H500×220×8×12 GL2 次鋼梁 H350×175×6×9 ]

3.2 外觀質量和損傷情況調查

鋼柱和鋼梁平直牢固，未見明顯缺陷和不適宜承載的變形。壓型鋼板未見明顯變形。主梁與鋼柱、主梁與次梁均采用高強螺栓連接，且連接緊密，梁柱節點未見明顯變形，節點板未見明顯變形，螺栓未見松動，螺栓絲扣外露，滿足鋼結構施工質量驗收標準［2］的要求。

樓板面有大量裂縫，裂縫大多數分布在貨架間的通道上，且存在發展的跡象。目前裂縫長度集中在2.5～10 m之間，寬度為0.3～1.3 mm，現場選取部分典型裂縫采用混凝土裂縫缺陷綜合測試儀進行裂縫深度檢測，結果顯示裂縫深度為76.2～123 mm，大部分已超過一半樓板厚度。貨架及主要裂縫分布情況如圖1所示，現場貨架如圖2所示，樓面裂縫如圖3、圖4所示。

3.3 材料強度檢測

在現場檢測過程中，鋼結構構件經打磨后采用里氏硬度計［3］進行檢測。實際檢測結果為Q345B，與現存設計資料相符。因現場條件限制，樓板混凝土強度采用回彈法檢測，該方法操作便捷且不會對結構造成損傷，檢測完成后能夠快速恢復功能。現場抽取5塊樓板進行檢測，所檢測樓板混凝土強度推定值范圍為27.7～30.9 MPa，具體數據見表2。

3.4 承重構件變形檢測

承重結構構件的變形情況可以直觀地反映結構的工作狀態，本研究采用全站儀對鋼柱垂直度和鋼梁撓度進行檢測，分別抽取10個構件，柱頂位移和鋼梁撓度均未超過可靠性鑒定標準構件評級中不適于承載的側向位移和撓度變形評定限值，具體結果見表3、表4。

4 結構承載力計算

廠房一層無貨物堆放，該倉庫主要考慮二層荷載的作用，按最不利情況計算承載力。根據現場檢測結果，采用中國建筑科學研究院結構計算軟件PKPM-V1.5對該鋼結構倉庫進行承載力計算。

4.1 荷載及計算參數

結構構件布置及其截面尺寸按實際量測結果取值，樓面恒載取1.5 kN/m2（不包含樓板自重）。二層樓面貨架分為二層和三層兩種類型，貨架每層均限重3 t，單個貨架投影尺寸為1 m×2.5 m。鑒定過程按最不利荷載考慮，即貨架每層均布置最大荷載，根據貨架布置的位置經等效計算，樓面1-4×A-F區域均布活載取5.2 kN/m2，1-4×F-G區域均布活載取4.7 kN/m2，兩層貨架4個立柱集中荷載約7.5 kN，三層貨架4個立柱集中荷載約15 kN。鋼材強度為Q345B，與設計強度一致。荷載組合按《建筑結構可靠性設計統一標準》（GB 50068—2018）［4］執行。貨架立柱集中荷載如圖5所示，計算模型如圖6所示。

4.2 計算結果

計算結果顯示，該鋼結構倉庫的基礎承載力滿足要求，梁、柱的承載能力不滿足要求，大部分構件的作用效應與抗力之比均超過規范要求，被鑒定為d級的構件數量超過60%，遠大于10%。以框架柱為例，b級及以上的構件見表5。

5 鑒定評級

根據現場檢測結果和承載力計算結果，對該鋼結構倉庫的結構安全性進行鑒定評級，按照《工業建筑可靠性鑒定標準》（GB 50144—2019）應劃分為構件、結構系統、鑒定單元三個層次。因本項目僅對安全性進行鑒定，故不考慮使用性和耐久性。安全性分別從地基基礎、上部承重結構和圍護承重結構三個子單元的安全性等級進行評定。

5.1 構件安全性評級

鋼梁、柱的撓度和變形未超過規范允許的范圍，構件組成形式符合標準規定，表面無缺陷，工作無異常；節點連接方式正確，焊縫表面質量無缺陷，連接板位置無明顯偏差，工作無異常，但是經承載力計算，按照廠房規定的使用荷載則明顯超出結構構件的承載能力，大部分梁、柱應力比均不滿足要求，被評為d級。

樓板構件組成形式符合標準規定，但樓板的混凝土面已產生大量裂縫，且從裂縫長度、寬度、深度等方面分析，多條裂縫均已對結構造成較為嚴重的損傷，被評為c級。

5.2 結構系統安全性評級

經現場勘查，該廠房區域場地地基穩定，無滑動跡象和滑動史，且未發現因地基不均勻沉降和基礎損壞引起的上部結構變形和地面沉降裂縫。綜合推斷地基基礎無明顯異常，地基基礎安全性等級為A級。

上部承重結構布置合理，傳力路徑明確，符合現行有關規范的規定。支撐系統和抗側力系統布置合理，傳力體系完整，符合現行有關規范的規定；樓板構件有損傷，但經承載力計算，上部承重結構中d級構件大于10%，故上部承重結構的安全性等級為D級。

圍護結構系統布置合理，傳力路徑明確，符合現行有關規范的規定，屋面板及外墻未見有明顯損壞情況，故圍護結構系統安全性等級為A級。

5.3 鑒定單元安全性評級

工業建筑中鑒定單元的安全性等級至少按照各結構系統中最低的等級作為鑒定單元的安全性等級。綜上所述，由于該鋼結構倉庫的上部承重結構系統安全性等級為D級，承載能力不滿足要求，故該鋼結構倉庫安全性鑒定評級為四級，嚴重影響整體安全，須立即采取措施保證安全。

6 隱患分析

通過現場的檢測、鑒定和數據分析，結合該鋼結構倉庫目前的使用狀態，該倉庫可能存在以下潛在的隱患和安全風險，需要積極處理，加強監測，根據結構構件的狀態立即進行荷載調整或者加固處理。

6.1 結構承載力不足

該重載鋼結構倉庫原設計荷載為均布荷載，且未考慮重型貨架的集中荷載作用。當前狀態下，二樓布置了集中荷載和均布荷載，擬施加荷載遠大于設計荷載，當前結構雖暫時處于安全狀態，但結構無法承受擬施加的預期荷載。另外，集中荷載會增加樓板的荷載集中度，可能導致樓板發生撓度過大的問題，在長期使用過程中可能會引起樓板的龜裂和開裂現象，任其發展可能導致結構在預期荷載的作用下發生失穩垮塌，對人員和財產造成嚴重傷害和損失。

6.2 荷載布置不規范

該重載鋼結構倉庫二層貨架的布置不合理，布置貨架前未咨詢原設計單位或有資質的設計單位，未考慮合理受力的要求，僅根據廠方的使用需求隨意布置。大部分貨架的支撐點未布置在梁柱上方，而是直接支撐于樓板上，且未設置荷載分散的措施，現已造成樓板局部因結構強度不足而出現裂縫、變形的現象，長期使用可能會造成變形加劇，進而影響整個結構的穩定性。

6.3 地基問題

該重載鋼結構倉庫設計地基承載力特征值不小于200 kPa，考慮均布荷載5 kN/m2。根據計算結果顯示，目前最大使用荷載如果布置到位，地基承載力無法滿足需求，可能導致地基沉降、傾斜或失穩，進而對結構造成潛在威脅。

6.4 振動和沖擊

該重載倉庫在運轉過程中，貨物的碼放和轉運均由叉車實施，叉車自重超過1 t，且單次轉運貨物重量約為1.5 t。叉車對樓面的荷載作用包括四個車輪的集中荷載和運行振動荷載，在重載鋼結構倉庫內進行裝載和卸載作業時，還可能會產生振動和沖擊。如果結構不能有效吸收和分散這些力量，可能導致結構疲勞和損壞。

綜上所述，為保證重載鋼結構倉庫在使用過程中的安全，必須重視結構強度、地基承載能力、振動和沖擊等方面的安全風險評估，并采取相應的措施進行預防和管理。

7 結語

本研究通過對某重載鋼結構倉庫的檢測和鑒定，找出該倉庫結構體系的薄弱之處和隱患處理的重點。因此，在鋼結構的日常使用中，尤其是多層重載倉庫，要保證安全性應做到以下幾點。

①對于未經設計復核的超設計荷載使用或不合理布置使用荷載現象，在結構未出現嚴重損傷之前進行卸荷，是保證結構安全最有效便捷的方式。

②嚴禁隨意增加貨架、樓面使用荷載，若確實需改變結構或增加荷載，應委托具備相應資質的設計單位和加固施工單位進行設計和加固。

③對使用過程中出現的結構損傷應及時關注，分析原因并采取針對性措施，避免損傷進一步擴大。

④定期對廠房狀況進行檢查和檢測，監測結構承重體系是否異常，是保證廠房、倉庫正常運行的前提。

參考文獻：

［1］中華人民共和國住房和城鄉建設部.工業建筑可靠性鑒定標準：GB 50144—2019［S］.北京：中國建筑工業出版社，2019.

［2］中華人民共和國住房和城鄉建設部.鋼結構工程施工及驗收規范：GB 50205—2020［S］.北京：中國計劃出版社，2020.

［3］張樹勛，崔萌，王寧，等. 里氏硬度換算建筑結構鋼材強度的影響因素及相對偏差［J］.理化檢驗-物理分冊，2021，57（7）：6-11.

［4］中華人民共和國住房和城鄉建設部.建筑結構可靠性設計統一標準：GB 50068—2018［S］.北京：中國建筑工業出版社，2018.