某钢结构厂房结构安全性鉴定①

□□ 曹丽芳，肖 珍，唐玄龙

(1.湖南博联工程检测有限公司，湖南 常德 415000; 2.湖南交通工程学院，湖南 衡阳 421009)

1 建筑概况

某厂房位于湖南省郴州市某工业园内，修建于2020年5月。该厂房为单层三跨门式刚架结构，标准榀刚架的3个跨度均为18 m，柱间距为7.5 m。厂房长为150 m，宽为54 m，檐口高度为10 m。该厂房主体结构设计使用年限为50年，基本风压为0.3 kN/m2，地面粗糙度类别为B类，基本雪压为0.30 kN/m2，6度抗震设防，基本地震加速度0.05g，建筑抗震设防类别为丙类，设计地震分组为第一组。厂房外观照如图1所示。

图1 厂房外观照

2 结构基本情况调查

2.1 刚架结构承重体系

该厂房结构主要通过门式刚架承担屋面结构传递的屋面荷载。

2.1.1 刚架结构及其支承构造

柱脚形式为刚接柱脚，刚架梁、柱节点和刚架梁拼接节点均采用高强螺栓连接，抗风柱与钢梁采用铰接连接，各节点链接可靠，无明显治疗缺陷。

2.1.2 门式刚架抗侧力系统布置

该厂房1-2轴、8-9轴、14-15轴、20-21轴等轴间设有柱间支撑；A、G轴檐口位置，D轴屋脊位置以及B、C、E、F轴刚架梁间设有水平系杆(截面为Φ121×3.0钢管)；屋面设有直拉杆、斜拉条(截面为Φ12圆钢)以及撑杆(截面为Φ12圆钢与Φ32×2.5钢管)，设有隅撑(截面为L50×5.0角钢)，1-2轴、8-9轴、14-15轴、20-21轴等轴间屋面设有水平支撑(截面为Φ20圆钢)；山墙设有抗风柱(截面为H300×200×6×8、H350×200×6×8)。现场检测照片如图2所示。

图2 厂房抗侧力系统现场调查

2.2 地基基础调查

经现场踏勘，该厂房地势较平坦，地基稳定，无滑动迹象。根据施工资料可知，该厂房基础采用独立基础，以黏土层为持力层，地基承载力特征值为150 kPa。经现场勘查，房屋散水及排水措施基本完好，地基基础未见下沉及开裂迹象，上部结构未见地基基础缺陷引起的不良反应。

2.3 上部结构调查

该厂房为单层门式刚架结构，上部主体结构严格按照设计图纸施工，结构平面布置较简单，传力路径明确，钢结构各构件间连接方式有焊接、螺栓连接等。柱连接节点，梁拼接节点做法符合要求，现场检查未发现节点存在明显变形等现象。

2.4 质量缺陷和损伤的调查

对结构构件的变形、缺陷和损伤调查，未发现结构构件存在明显的变形、缺陷和损伤，仅部分钢梁、柱构件存在轻微锈蚀现象。

3 厂房结构现场检测

3.1 构件尺寸检测

现场随机抽查了5榀刚架的15根钢柱、18根钢梁构件以及10根檩条、10根墙梁构件的截面尺寸，经检测，该厂房所检钢构件尺寸满足设计要求。

3.2 里氏硬度检测

采用里氏硬度计检查钢材的抗压强度。经检测，该厂房所检钢梁、钢柱均满足Q355强度等级要求，屋面檩条、墙梁均满足Q235强度等级要求。

3.3 超声波探伤检测

采用超声波探伤检测钢构件焊接质量。共检测33处钢构件焊缝质量，其中焊缝质量评定为Ⅱ级的31处，评定为Ⅲ级2处，最大缺陷指示长度为9 mm，所检构件焊缝质量等级满足钢结构施工验收要求。

3.4 整体垂直度及平面弯曲检测

该厂房钢结构整体垂直度及平面弯曲满足钢结构施工验收要求。具体检测结果详见表1。

表1 整体垂直度及平面弯曲检测结果

3.5 沉降检测

连续两次对厂房1～20点的沉降进行观测，各点均出现了轻微沉降，目前其沉降速度均<0.01 mm/d；各测点沉降差与其距离的比值最大值为0.000 008 3，基础局部倾斜率均小于GB 50007—2011《建筑地基基础设计规范》[1]规定的允许值0.000 71。

4 结构复核

4.1 主体结构承载力复核

利用PKPM V5.2结构设计软件分别计算中间区标准榀刚架GJ-1和端区刚架GJ-2承载力。

4.1.1 相关参数

中间区标准榀刚架GJ-1、端区刚架GJ-2的3个跨度均为18 m的三跨门式刚架，檐口高度为10 m，柱间距为7.5 m。其中，GJ-1边柱截面为H(300～500)×220×6×10，中柱截面为H300×250×6×12，钢梁截面为H(700～350)×220×6×10、H(350～700)×220×6×10、H(700～350)×220×6×10、H350×220×6×10；GJ-2边柱截面为H(300～500)×200×6×8，中柱截面为H300×250×6×12，抗风柱截面为H300×200×6×8，钢梁截面为H(500～300)×200×6×8、H(300～500)×200×6×8、H300×200×6×8。钢梁、钢柱材质均为Q355B，梁柱连接采用刚接节点，柱脚为刚接节点，抗风柱柱脚及与钢梁连接节点均采用铰接连接。

同时，考虑抗风柱承担屋顶传递的竖向荷载。查阅施工设计图及GB 50009—2012《建筑结构荷载规范》[2]，可知屋面恒载为0.2 kN/m2，屋面活载为0.7 kN/m2，基本风压为0.3 kN/m2，基本雪压为0.3 kN/m2。梁柱自重计算增大系数取1.20，梁刚度增大系数取1.00。计算水平地震作用，地震烈度为6.00，特征周期0.35 s，场地土类别为Ⅱ类，设计地震分组为第一组，周期折减系数为0.70，结构阻尼比为0.050。

4.1.2 计算结果

中间区标准榀刚架GJ-1梁最大应力比为0.88，柱最大应力比为0.76，梁最大挠度为73.9 mm，均满足设计规范要求[3]。

端区刚架GJ-2梁最大应力比为0.27，柱最大应力比为0.19，梁最大挠度为6.0 mm，均满足设计规范要求[3]。

4.2 檩条承载力复核

4.2.1 相关参数

通过勘查，发现厂房檩条按连续檩条计算，边跨檩条截面为XZ220×75×20×2.5，中间跨檩条截面为XZ220×75×20×2.0，支座搭接长度为0.6 m，跨度为7.5 m。设置2根拉条，拉条作用为约束上翼缘，屋面倾角为6度，屋面板阻止檩条上翼缘受压侧向失稳，不采用构造保证檩条风吸力下翼缘受压侧向失稳，计算檩条截面自重作用，考虑最不利布置活荷作用方式，强度计算净截面系数为1，搭接双檩刚度折减系数为0.5，支座负弯矩调幅系数为0.9。

查阅施工设计图及GB 50009—2012《建筑结构荷载规范》[2]，可知屋面自重取0.2 kN/m2，屋面活载为0.7 kN/m2，屋面雪载为0.3 kN/m2，施工荷载为1.0 kN，基本风压为0.3 kN/m2。

4.2.2 计算结果

经计算各跨檩条强度，其最大主应力σ=178.942 N/mm2，

5 结构安全性鉴定分析

依据GB 50144—2019《工业建筑可靠性鉴定标准》，再结合现场检查和检测结果，对该厂房进行结构安全性鉴定及评级。

5.1 构件安全性评定

依据GB 50144—2019《工业建筑可靠性鉴定标准》中第6.3.1条[4]：钢结构构件的安全性等级应按承载能力、构造两个项目评定，并取其中的较低等级作为构件的安全性等级。根据构件对结构体系的重要程度，该厂房重要构件为刚架柱、屋架；次要构件为抗风柱、屋面檩条、屋面板等。

5.1.1 按构件承载力评定

经检测，该厂房刚架柱、屋架等构件尺寸均满足GB 50017—2017《钢结构设计标准》的相关要求[5]；厂房屋架钢梁、钢柱的钢材强度等级为Q355；经现场勘查，刚架柱、钢屋架无明显变形及损伤；经结构承载力计算可知，该厂房结构的抗力R与作用效力S及结构重要性系数γ0的比值，R/γ0S>1，刚架柱、钢屋架承载能力满足正常使用条件下的安全性要求。现场检测到部分钢柱、钢梁表面存在轻微锈蚀现象，但未发现抗风柱因承载能力不足而产生的变形。

经现场勘查，该厂房抗风柱、屋面檩条、屋面板工作正常，未见该类构件存在因承载力不足产生的开裂、失稳等迹象；对抗风柱及屋面檩条结构复核可知，该厂房抗风柱及屋面檩条均满足正常使用条件下的安全性要求，据此可认为在正常使用状态下该类次要构件承载力能满足要求。

依据GB 50144—2019《工业建筑可靠性鉴定标准》第6.3.3条规定[4]，按承载能力评定该厂房钢柱、梁的安全性等级为a级；评定抗风柱、屋面檩条、屋面板安全性等级为a级。

5.1.2 按构造评定

经现场检测与结构验算，该厂房所采用钢构件的长细比、管径与壁厚之比均满足GB 50017—2017《钢结构设计标准》的相关要求[5]；厂房柱脚为刚接连接，未发生破坏及位移；刚架梁、柱节点均采用高强螺栓连接，未发现明显变形；厂房钢构件无明显残损或施工缺陷，能传递各种侧向作用力；结构间的联接设计合理、无疏漏；锚固、连接方式正确，无松动变形或其他残损。

依据GB 50144—2019《工业建筑可靠性鉴定标准》第6.2.3条规定[4]，按构造评定该厂房结构构件安全性等级为a级。

5.2 结构系统安全性鉴定评级

5.2.1 地基基础子系统

根据现场查勘可知，该厂房建于平坦地势，无边坡，建筑场地地基稳定，无滑动迹象及滑动史；该厂房基础采用独立基础，现场勘查未发现基础存在不均匀沉降的迹象或变形。

依据连续两次沉降观测结果，厂房各观测点均出现了轻微沉降，目前其沉降速度均<0.01 mm/d；各测点沉降差与其距离的比值最大值为0.000 008 3，说明其基础的局部倾斜率均不大于规定的允许值0.000 71。考虑到上部结构未见不均匀沉降引起的裂缝及变形等，说明该厂房地基基础无严重缺陷，且无明显倾斜等不良反应，故评定该厂房基础满足承载力及变形要求。

依据GB 50144—2019《工业建筑可靠性鉴定标准》第7.2.2条[4]，暂评定该厂房地基基础安全性等级为A级。

5.2.2 上部承重结构子系统

(1)结构整体性评级

经现场调查与检测，该厂房刚架柱、屋架等构件截面尺寸及柱网布置均满足要求。该鉴定子系统结构体系布置合理，整个建筑形成完整的受力体系，各主要受力构件传力路径明确，整体性构造和连接基本符合要求。

该厂房1-2轴、8-9轴、14-15轴、20-21轴轴间设有柱间支撑，符合GB 51022—2015《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》第8.1.2条和8.2.5条要求[3]；刚架梁与檩条间设有隅撑；刚架梁、柱节点和刚架梁拼接节点均采用高强度螺栓连接；刚架柱脚节点为铰接，连接可靠；支撑系统布置合理，形成完整的支撑系统，支撑杆件长细比及节点构造符合要求。

依据GB 50144—2019《工业建筑可靠性鉴定标准》第7.3.2条[4]，该厂房结构支撑系统等级评定为A级。

(2)上部承重结构承载功能评级

依据GB 50144—2019《工业建筑可靠性鉴定标准》中第7.3条的规定[4]，综合构件承载力评级结果，评定该厂房上部承重结构承载功能在正常使用情况下安全性等级为A级。

(3)结构侧向(水平)位移评级

由检测结果可知，该厂房顶点的最大结构侧向位移为7.2 mm，

5.2.3 围护结构子系统

(1)承重围护结构承载功能评级

该厂房承重维护系统主要是屋面檩条及屋面板，综合该厂房承重围护结构承载功能评级结果，依据GB 50144—2019《工业建筑可靠性鉴定标准》中第7.4条[4]，评定该厂房承重围护结构承载功能在正常使用情况下安全性等级为A级。

(2)非承重围护结构构造连接评级

该厂房非承重围护系统主要是外墙。经现场勘查，构件连接方式未见异常，基本符合要求，依据GB 50144—2019《工业建筑可靠性鉴定标准》中第7.4条[4]，评定该厂房非承重围护结构构造连接在正常使用情况下安全性等级评为A级。

5.3 结构安全性评定结论

依据GB 50144—2019《工业建筑可靠性鉴定标准》第3.3.2条和8.0.1条规定，评定厂房的结构系统安全性等级为A级。

6 结语

(1)现场勘查发现，厂房按照施工设计图施工，刚架结构及其构造措施、抗侧力系统等完备，各节点连接牢固，地基基础未见下沉及开裂迹象，结构构件未见明显的变形、缺陷和损伤，仅部分钢梁、柱构件存在轻微锈蚀现象。

(2)通过检测，厂房钢梁、钢柱强度等级为Q355要求，屋面檩条强度等级为Q235要求，与设计图纸相符；厂房所检钢构件尺寸与设计图纸相符；厂房所检构件焊缝质量满足钢结构施工验收要求；厂房钢结构整体垂直度及平面弯曲满足钢结构施工验收要求。

(3)连续两个月对2号厂房进行沉降观测，发现厂房出现轻微沉降，当前沉降速度均<0.01 mm/d；各测点沉降差与其距离的比值最大值为0.000 008 3，基础局部倾斜率均小于GB 50007—2011《建筑地基基础设计规范》规定的允许值0.000 71。

(4)对2号厂房中间区标准榀刚架GJ-1、端区刚架GJ-2及檩条结构承载力进行验算，得出各刚架梁、柱最大应力比均<1，檩条强度和稳定性均满足设计要求，说明刚架和檩条结构承载能力满足正常使用要求。

(5)根据现场检测及结构复核结果，并依据GB 50144—2019《工业建筑可靠性鉴定标准》规定，评定该厂房的结构系统安全性等级为A级。