谈钢结构工业厂房结构安全控制标准

贾 术

(株洲火炬有色工程设计有限责任公司，湖南株洲 412004)

钢结构是在各种工程中应用比较广泛的一种结构形式，总体上而言，钢结构具有制作简便、施工周期比较短、性价比较高等特点，在工业厂房建设方面采用这种结构的比较多，随着施工技术的不断进步和钢材产量的增加，还会有较大的发展。就目前的使用现状来看，有相当一部分钢结构工业厂房始建于建国初期，这一类厂房由于受到当时各种条件的制约，工程的质量不容乐观，加之一些企业不重视厂房的日常检修和维护工作，因此，这些厂房老化损伤非常严重，根据有关资料介绍，建国初期到现在钢结构工业厂房的总面积为3 500万m2，属于第三类建筑的占总面积的10%以上，危险建筑占三类建筑的15%［1］，相当一部分钢结构工业厂房需要检查、鉴定，并采用先进的技术、设备进行改造。钢结构工业厂房在使用过程中的维护和监控非常重要，直接关系到建筑物的安全，如果我们合理使用，科学管理，就会有效地排除安全隐患，延长建筑的使用寿命。

1 建立完善的工业厂房安全状态控制标准的必要性

1．1 管理规范有待完善

目前，我国还不能大范围地对工业厂房实施科学管理，原因是多方面的，最重要的原因就是目前的规范体系还不健全。现行规范体系中，占比重比较大的是勘探、设计、施工、材料等适用于新建建筑的标准规范，适用于在役建筑的标准规范主要集中在鉴定、改造、加固、检测等几个方面，没有涉及到建筑物使用过程中使用、维护和监控。GBJ 144-90工业厂房可靠性鉴定标准，GB 50292-1999民用建筑可靠性鉴定标准等［2］这些规范虽然对工业厂房和相关建筑的安全性评定给出了具体的标准和方法，但是，如果将这些规范用于工业厂房的日常监测和维护，还不是很现实，算法比较复杂，需要投入大量的人力物力，需要专业的技术人员和专业的设备，并且这些规范偏重于对建筑物的安全性进行评定，涉及到工业厂房结构安全控制的内容很少。

1．2 对工业厂房的管理存在盲目性的特点

在当前企业管理内部，对工业厂房的管理主要是依据原则性管理条例进行，在技术方面更多的是根据经验制定工业厂房使用、维护、加固、改造、检查等计划，这些计划具有一定的盲目性，管理的效果在很大程度上取决于相关人员的专业技术水平和工作经验，就目前我国工业厂房管理人员的综合素质来看，绝大部分达不到这一工作要求。在工业厂房的管理方面缺乏规范性的指导和必要的技术支持［2］。因此，亟待制定适合于企业内部管理的技术标准，指导和规范工业厂房的使用、维护和监控活动，有计划、有目的、科学地对工业厂房进行可靠性鉴定和加固维修活动。

2 研究对象及控制指标选取

2．1 研究对象及各系统的破坏原因

通过对株冶集团钢结构厂房的实地勘测，依据《工业厂房可靠性鉴定标准》对这些建筑的地基基础、柱系统、吊车梁系统、屋盖系统、围护系统以及主要构件等进行稳定性鉴定，通过综合分析，钢结构工业厂房常出现的问题及主要原因有以下几个方面:

1)柱系统。常出现的问题是柱肢变形、有切口和裂缝，格构式柱子腹杆弯曲和扭曲变形，柱头、吊车梁支撑牛腿处焊缝开裂，柱子垂直倾斜，围护结构连接点损坏，吊车轨道偏位，柱子标高降低，柱脚及某些连接点腐蚀损伤。究其原因，主要是柱子与吊车梁连接点设计与实际结构不一致，铰接设计连接成刚接，刚接设计连接成铰接;柱头和柱子有安装偏差，导致柱子内力显著增长;柱子常常受到吊车吊臂及货车碰撞;高温作用下，使柱肢弯曲，导致支撑点连接开裂;地基基础下沉及化学腐蚀等。2)钢屋盖系统。钢屋盖承重构件是由壁薄、细长的杆件组成，截面形状复杂，节点应力集中又有偏心，设计时计算的荷载较正确，接近极限状态，结构构件的承载力储备最小，对超载、温度和腐蚀非常敏感，容易因为偶然因素而失效。容易出现的问题是屋盖倒塌、管架断裂、屋盖挠曲超标杆件弯曲、节点板弯曲或开裂、屋盖支撑弯曲等。其主要原因是:屋面超载，积灰太多;没有预先设计，随意在屋架下悬挂重物;使用过程中的高温和腐蚀作用影响到屋盖承载力;使用过程中随意切割、去掉构件等。3)吊车梁系统。吊车梁系统容易出现的问题较多，最主要的是制动梁与吊车梁连接破坏、节点板及连接开裂、垂直支撑斜杆开裂等。主要原因是设计荷载及作用特点考虑不周全，吊车梁系统构造与计算简图不一致，吊车梁系统位置相对偏移，轨道安装方面存在问题，吊车梁随意切割缺口，在使用过程中不能及时检查和维修。

2．2 控制指标选取

1)现行鉴定标准中涉及到的评定指标。在现行的鉴定标准中，有很多评价标准是涉及到建筑物承载能力的，比如《工业建筑可靠性鉴定标准》中的第4．4．3条:钢结构或构件应进行强度、稳定性、连接、疲劳等承载力的验算。钢结构或构件承载能力评定等级中又涉及到屋架、托架、梁、柱、中重级制吊车梁、一般构件及支撑、连接、构造等几个方面，并且有具体的参考值。我们依据这些标准进行可靠性鉴定的时候，需要借助专门的检测仪器和设备，由专门的检测机构进行系统地实地调查和复杂的计算，工作量非常大，不适合对工业厂房的日常维护和管理［3］。为了更好地将这些指标用于日常管理，应该尽可能地精简控制指标，让这些控制指标更好地反映工业厂房的可靠性和实际工作状态。

2)日常控制指标的选取原则。我们对钢结构工业厂房结构安全状态控制的目的是对厂房出现的问题进行正确地判断，并采取适当的措施来解决问题，因此，我们应该尽可能选取那些便于测试的状态指标。总体上来讲，应该遵照以下几个原则:a．所选取的控制指标能够最大限度地反映结构构件当前的可靠性和安全状态;b．所选取的控制指标通过目测或者借助简单的检测工具就能够确定;c．在能够反映结构构件可靠性和工作状态的前提下，尽可能地减少控制指标。

3 钢结构厂房结构安全状态控制标准

经过对株冶集团钢结构厂房存在问题的研究分析，就钢结构厂房结构安全状态控制提出以下几个方面的标准，以便管理人员操作，降低检测和维修成本，很好地对钢结构厂房进行稳定性和安全性控制。1)柱系统安全状态控制指标。柱系统的控制指标为:锈蚀、变形、尺寸偏差、位置偏差、机械损伤、高温。重点检测部位分别为柱脚、柱身弯曲矢高、牛腿面、垂直度、吊钩活动范围、熔炼车间等。2)屋盖主要构件安全状态控制指标。屋盖主要构件状态控制指标为:锈蚀、变形、尺寸偏差、位置偏差、荷载、机械损伤、高温。重点检测部位分别有:a．锈蚀:檐口、支座、天窗部位、雨水管道渗漏部位;b．变形:下挠、侧向弯曲、垂直度;c．尺寸偏差:跨中高度、上下弦杆;d．位置偏差:组合杆、支座位置;e．荷载:挡风板内部位、天沟、新增设备;f．机械损伤:设备悬吊点;g．高温:反射炉、鼓风炉、熔炼车间等。3)吊车梁系统构件安全状态控制指标。吊车梁系统构件状态控制指标为锈蚀、变形、尺寸偏差、位置偏差、荷载、机械损伤、高温。重点部位分别是:熔炼车间、渣处理;下挠、侧向弯曲;长度、端部高度、拱度;轨道与吊车梁位置偏差、吊车梁支座偏差、跨中垂直度偏差、支座标高;吊车荷载、平台荷载;易碰撞部位;反射炉、鼓风炉。

4 结语

通过对株冶集团钢结构厂房的研究，我们发现依据现行的检测标准不能够适应厂房管理的现状，应该采用更加便捷的方式实现对钢结构厂房的稳定性和安全性进行日常管理。经过筛选比对，按照指标选取原则，应该选取锈蚀、变形、尺寸偏差、位置偏差、荷载、机械损伤、高温等通过目测或者借用简单的仪器就能够得到相关数据的状态控制指标。

［1］ 张 欣．钢结构厂房缺陷与分析［J］．四川建筑，2005(2):39-40．

［2］ 张家旭．钢结构的变形与矫正［M］．北京:科学出版社，2003．

［3］ 罗福午．钢结构缺陷事故的分析与防治［M］．北京:清华大学出版社，2003．

［4］ 吴华新．冶金企业钢结构锈蚀与防护处理［J］．江西冶金，2005(8):61-62．