某鋼結(jié)構(gòu)廠房鑒定加固中的問(wèn)題探討

袁 平
　　(中國(guó)恩菲工程技術(shù)有限公司，北京 100038)
　　摘 要：由于生產(chǎn)技術(shù)的不斷改進(jìn)，當(dāng)既有建筑不能滿足新的使用功能的要求時(shí)，鋼結(jié)構(gòu)廠房改擴(kuò)建工
　　程也就呈現(xiàn)出越來(lái)越多的趨勢(shì)，對(duì)既有房屋的鑒定加固也逐漸成為工程領(lǐng)域新的熱點(diǎn)。本文以某寒冷地區(qū)鋼
　　結(jié)構(gòu)改造工程為例，對(duì)鑒定加固方案中的幾點(diǎn)問(wèn)題進(jìn)行探討。
　　關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)鑒定；改造加固

　　在既有建筑結(jié)構(gòu)的使用過(guò)程中，由于其使用功能或使用期限的變更、結(jié)構(gòu)腐蝕、遭遇地震、火災(zāi)或颶風(fēng)的襲擊等諸多因素的影響，都需要對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的性能進(jìn)行檢測(cè)和評(píng)估[1]。結(jié)構(gòu)可靠性鑒定是評(píng)估結(jié)構(gòu)在將來(lái)一段時(shí)間內(nèi)，在規(guī)定條件下完成預(yù)定功能的能力，即安全性、適用性、耐久性的評(píng)估。在結(jié)構(gòu)鑒定基礎(chǔ)上，才能根據(jù)使用功能的要求進(jìn)行改造加固。目前鋼結(jié)構(gòu)的加固方法主要包括：減輕荷載，改變計(jì)算圖形，加大原有結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面和連接強(qiáng)度，阻止裂紋開(kāi)展等[2][3]。
　　1. 工程概況
　　某環(huán)保資源綜合利用項(xiàng)目，位于北方寒冷地區(qū)，主廠房的建筑平面和立面均很不規(guī)則，平面二方向的最大建筑軸線長(zhǎng)度分別為109米和144米，最大高度約38米，總建筑面積約15785m2。基本風(fēng)壓：0.35KN/M2；抗震設(shè)防烈度6度（0.05g）。結(jié)構(gòu)形式采用鋼結(jié)構(gòu)，工廠已運(yùn)行8年。焚燒主廠房立面圖見(jiàn)圖1，平面圖見(jiàn)圖2。本次改造主要工作內(nèi)容為增加鍋爐、汽機(jī)、風(fēng)機(jī)等設(shè)備及改造輸煤和上料系統(tǒng)。設(shè)計(jì)工作主要圍繞增加設(shè)備基礎(chǔ)及爐前鋼平臺(tái)展開(kāi)。

圖1主廠房立面圖  圖2主廠房平面布置圖

　　2 對(duì)原有鋼結(jié)構(gòu)廠房進(jìn)行檢測(cè)鑒定
　　2.1 檢測(cè)內(nèi)容
　?。?）對(duì)既有結(jié)構(gòu)進(jìn)行外觀檢查。檢查建筑物外圍場(chǎng)地、圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形、裂縫等狀況，判斷基礎(chǔ)的沉降情況；檢查構(gòu)件及其連接節(jié)點(diǎn)的銹蝕、變形和損傷情況；檢查圍護(hù)結(jié)構(gòu)的外觀及滲漏情況；檢查混凝土垃圾池表面的開(kāi)裂情況和保護(hù)層風(fēng)化、剝落情況。
　?。?）檢測(cè)既有結(jié)構(gòu)定位尺寸和設(shè)計(jì)圖紙的一致性；主要承重構(gòu)件截面尺寸、壁厚和設(shè)計(jì)圖紙的一致性；主要連接節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造及其與設(shè)計(jì)圖紙的一致性；檢查構(gòu)件的變形情況。確定重點(diǎn)基礎(chǔ)的類型、尺寸、埋深和施工情況。
　?。?）取樣檢測(cè)主要承重構(gòu)件鋼材的力學(xué)性能；現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)混凝土垃圾池和汽輪機(jī)間內(nèi)循環(huán)水泵坑的混凝土強(qiáng)度等級(jí)和碳化深度。
　?。?）根據(jù)結(jié)構(gòu)調(diào)查和檢測(cè)結(jié)果，參照結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖紙，對(duì)既有結(jié)構(gòu)的安全可靠性進(jìn)行計(jì)算復(fù)核。
　　2.2 檢測(cè)結(jié)果
　?。?）廠房的基礎(chǔ)狀態(tài)良好，未發(fā)生明顯的不均勻沉降。
　　（2）結(jié)構(gòu)體系總體上布置合理，不存在嚴(yán)重的構(gòu)件布置缺失現(xiàn)象，符合結(jié)構(gòu)承載要求，主要承重構(gòu)件截面雖有諸多與設(shè)計(jì)圖紙不符，且存在各種制作缺陷或損傷，但經(jīng)計(jì)算復(fù)核絕大部分滿足承載要求，且有所富余。只有濕解車間C/k軸上一些柱穩(wěn)定承載力不足或偏低，應(yīng)予加固。工作平臺(tái)上個(gè)別構(gòu)件有損傷，如圖3，應(yīng)予更換或修復(fù)。根據(jù)以上分析，可評(píng)定結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)為B級(jí)。屋面梁及工作平臺(tái)梁的變形經(jīng)計(jì)算符合規(guī)范規(guī)定。其余構(gòu)件未見(jiàn)明顯變形。結(jié)構(gòu)的使用性等級(jí)為A級(jí)。主體結(jié)構(gòu)和工作平臺(tái)的可靠性等級(jí)可評(píng)定為B級(jí)。

圖3 拆除施工對(duì)梁的損傷  圖4 構(gòu)件表面銹蝕情況

　　（3）大部分結(jié)構(gòu)構(gòu)件表面均有輕度銹蝕，目前銹蝕深度總體不大，尚不至于影響構(gòu)件的承載力，如圖4。
　?。?）焚燒車間爐前鋼平臺(tái)有積灰現(xiàn)象，目測(cè)大概有8cm未及時(shí)清理。
　　3. 加固改造方案的確定
　　3.1 荷載的確定
　　1.荷載的確定直接影響整體結(jié)構(gòu)的計(jì)算及改造加固的經(jīng)濟(jì)成本，文獻(xiàn)[4]中可以看出：對(duì)既有結(jié)構(gòu)的可靠性評(píng)估，研究對(duì)象更加具體，具有一定的歷史信息，根據(jù)《工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定：荷載標(biāo)準(zhǔn)的確定與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期有關(guān)，設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期不同，荷載標(biāo)準(zhǔn)取值也將不同，既有結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為其服役基準(zhǔn)期，其荷載的取值就應(yīng)以服役基準(zhǔn)期為依據(jù)，目前我國(guó)還沒(méi)有關(guān)于這方面的規(guī)范制定，在其取值上還是基本按照新建結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期來(lái)進(jìn)行的，故荷載取值依然按照《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB50009-2012）及其他專業(yè)提供的荷載取值。
　　2.關(guān)于鑒定中發(fā)現(xiàn)爐前平臺(tái)嚴(yán)重積灰的問(wèn)題，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查及分析，是由于原設(shè)備泄露，而且未及時(shí)清理造成。更換鍋爐設(shè)備及增加通風(fēng)后，爐前鋼平臺(tái)積灰現(xiàn)象將得以改善，故可不考慮積灰荷載。
　　3.2 新增設(shè)備基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)
　　考慮到設(shè)備振動(dòng)的影響，設(shè)計(jì)過(guò)程中將焚燒爐、汽機(jī)及引風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)與原廠房完全脫離。其中汽機(jī)基礎(chǔ)采用筏板形式。焚燒爐滿載運(yùn)行總重約2169t，單柱最大軸力2850KN，由于焚燒間室內(nèi)空間限制及持力層較深，不宜采用筏板基礎(chǔ)，同時(shí)為方便施工及避免開(kāi)挖造成對(duì)原結(jié)構(gòu)的影響，經(jīng)方案比較，焚燒爐基礎(chǔ)采用樁基形式，并采用外包式柱腳。
　　3.3 改造加固方案
　　改造加固方案的選擇，首先考慮技術(shù)與現(xiàn)場(chǎng)施工的可行性，其次是工程經(jīng)濟(jì)合理性，針對(duì)不同的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況選用不同的加固方法，既可以簡(jiǎn)化施工又可以節(jié)省造價(jià)。爐前平臺(tái)的改造主要涉及上料及輸煤系統(tǒng)，改造加固前，設(shè)備已拆除，不需要帶負(fù)荷加固。
　?。?）C/K 軸上共14根柱平面外穩(wěn)定承載力不足，分析原因?yàn)榻ㄔO(shè)期間未按原設(shè)計(jì)圖紙施工，柱間支撐被取消，該列柱截面H400x300x10x14，高16.9m，經(jīng)計(jì)算，平面外計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)為5.34，平面外應(yīng)力比最大1.12，加固方案可采用增加柱間平面外支撐方法，降低平面外計(jì)算長(zhǎng)度，實(shí)際設(shè)計(jì)中，在標(biāo)高8.1m處增加水平系桿，改造后平面外計(jì)算長(zhǎng)度約減小一半，經(jīng)計(jì)算，滿足要求。
　　（2）鋼煤倉(cāng)原設(shè)計(jì)為懸掛于23.788m樓層平臺(tái)梁下，設(shè)備改造后原煤倉(cāng)已不滿足使用要求，需要重新設(shè)計(jì)?？紤]施工方便，將鋼倉(cāng)后改為座倉(cāng)，即在22.588米標(biāo)高處設(shè)計(jì)一煤倉(cāng)鋼支架平臺(tái)，支架鋼柱落在20.688m樓層梁上，鋼柱最大軸力255.6KN。改變傳力方式后，20.688米樓層鋼梁承載力不能滿足設(shè)計(jì)要求，需要進(jìn)行加固，如圖5所示。以鋼梁GL1為例，GL1原設(shè)計(jì)為焊接H型鋼H500X250X6X12。

　　圖5 20.688 平面圖   圖6 GL1 剖面圖

　　鋼梁GL1采用加大原結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面的方法進(jìn)行加固，在鋼梁下翼緣增焊倒置的“T”形型鋼，上翼緣貼焊10mm厚鋼板的方式增大截面面積和截面模量，以提高構(gòu)件承載力，如圖6。重新計(jì)算構(gòu)件截面特性，并考慮加固強(qiáng)度的折減系數(shù)，以達(dá)到新荷載對(duì)構(gòu)件設(shè)計(jì)要求，運(yùn)用結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件（STS）進(jìn)行內(nèi)力分析時(shí)，按照力學(xué)指標(biāo)（如截面慣性矩，截面模量，截面面積，截面回轉(zhuǎn)半徑等）近似相等法則，將新型鋼梁折算成標(biāo)準(zhǔn)型鋼輸入程序，根據(jù)程序的計(jì)算結(jié)果不斷調(diào)整型鋼的加固斷面，直到滿足要求。
　?。?）節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)是鋼結(jié)構(gòu)廠房改造加固設(shè)計(jì)中的重要環(huán)節(jié)，新舊結(jié)構(gòu)之間的連接，既要保證原結(jié)構(gòu)的受力性能，又要使新舊結(jié)構(gòu)的連接牢固可靠、確保質(zhì)量，還要考慮施工的可操作性。本文中主要采用栓焊連接（翼緣坡口焊，腹板高強(qiáng)度螺栓連接），以GL1為例，其與原廠房鋼柱的連接見(jiàn)圖7。即保證了連接的可靠性，又便于施工。改造后廠房?jī)?nèi)景見(jiàn)圖8

　　圖7 GL1 新增部分與鋼柱連接   圖8 改造后的廠房?jī)?nèi)景

　　5 結(jié) 語(yǔ)
　　建筑結(jié)構(gòu)鑒定和加固的方法很多，各有利弊。加固方法的選擇，要根據(jù)結(jié)構(gòu)可靠性鑒定的結(jié)果，同時(shí)結(jié)合結(jié)構(gòu)的自身特點(diǎn)，綜合考慮加固效果、施工簡(jiǎn)易性和經(jīng)濟(jì)性等多種因素。加大原結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面的方法以及栓焊連接的應(yīng)用在本工程中取得良好的效果。
　　參考文獻(xiàn)
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　　[3] 黃興棣. 建筑物鑒定加固與增層改造.
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