鄧 露

（湖南省第四工程有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 430103）

0 引言

門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)建筑系統(tǒng)從 90 年代引入中國(guó)后，隨著我國(guó)改革開(kāi)放的深入、經(jīng)濟(jì)迅速增長(zhǎng)，得到了飛速的發(fā)展，尤其在東南沿海地區(qū)，一些小規(guī)模企業(yè)逐步發(fā)展到現(xiàn)代化大企業(yè)，其制作安裝質(zhì)量也逐步提高，打造了許多精品工程［1］。近 10 年來(lái)，隨著國(guó)家城鎮(zhèn)化的不斷發(fā)展，門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)在內(nèi)陸地區(qū)也逐漸發(fā)展起來(lái)，但是其制作安裝質(zhì)量良莠不齊，設(shè)計(jì)不準(zhǔn)確，存在許多安全質(zhì)量問(wèn)題。

1 工程概況

2019 年 11 月～2020 年 3 月，筆者單位受內(nèi)陸地區(qū)某縣某產(chǎn)業(yè)園開(kāi)發(fā)有限公司委托，對(duì)其工業(yè)園區(qū)廠房及辦公樓進(jìn)行了結(jié)構(gòu)可靠性鑒定。該工程于 2019 年竣工，共有 21 棟混凝土結(jié)構(gòu)綜合樓，18棟鋼結(jié)構(gòu)廠房，總建筑面積約 77 639 m2，其中鋼結(jié)構(gòu)廠房建筑面積約為 59 569 m2。此工程設(shè)計(jì)單位為廣東某設(shè)計(jì)院，鋼結(jié)構(gòu)制作安裝單位均由各廠家自行安排，且不詳。鋼結(jié)構(gòu)廠房均為輕型門式剛架體系，屋面均設(shè)置了氣樓天窗和女兒墻，各廠房編號(hào)隨機(jī)，實(shí)際概況如表 1 所示。

表1 各廠房工程實(shí)際概況

2 鑒定過(guò)程及鑒定結(jié)果

2.1 資料調(diào)查及現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)

1）現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)資料。廣東某設(shè)計(jì)院提供的施工圖一份；湖南某勘察單位提供的《巖土工程詳細(xì)勘察報(bào)告》一份。該工程基礎(chǔ)采用鉆（沖）孔灌注樁，樁端持力層為中風(fēng)化白云質(zhì)灰?guī)r層，樁端承載力特征值為 7 000 kPa。

2）現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)項(xiàng)目。地基基礎(chǔ)檢查、結(jié)構(gòu)體系核查、外觀質(zhì)量檢查、軸間距測(cè)量、鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件材質(zhì)檢測(cè)、構(gòu)件截面尺寸測(cè)量、結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)位移側(cè)量、連接節(jié)點(diǎn)檢查、漆膜厚度檢測(cè)。

2.2 結(jié)構(gòu)計(jì)算復(fù)核

當(dāng)廠房結(jié)構(gòu)布置與原設(shè)計(jì)圖紙不一致，或根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)數(shù)據(jù)分析對(duì)結(jié)構(gòu)承載能力有懷疑時(shí)，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)廠房進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算復(fù)核。例如實(shí)際有加建夾層、結(jié)構(gòu)局部布置有調(diào)整等。

2.2.1 帶夾層廠房計(jì)算復(fù)核

廠房七、廠房十、廠房十一、廠房十二均為廠家私自加建夾層，因此需對(duì)此范圍內(nèi)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算復(fù)核。計(jì)算考慮的荷載：屋面恒載 0.20 kN/m2，屋面活載 0.50 kN/m2，基本雪壓為 0.3 kN/m2（考慮不均勻雪荷載以及高低屋面堆積雪荷載），基本風(fēng)壓為 0.30 kN/m2，夾層樓板恒載為 4.0 kN/m2，夾層樓板活載為 2.0 kN/m2，荷載組合按現(xiàn)行規(guī)范要求。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的構(gòu)件材質(zhì)和截面尺寸建模，計(jì)算模型如圖1 所示，計(jì)算應(yīng)力比如圖 2 所示。

圖1 計(jì)算模型（有夾層）（單位：mm）

圖2 計(jì)算應(yīng)力比（有夾層）

從計(jì)算結(jié)果分析：帶有局部夾層榀剛架結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載作用下側(cè)向整體位移、構(gòu)件應(yīng)力比、鋼柱平面內(nèi)外長(zhǎng)細(xì)比、鋼梁絕對(duì)撓度符合 GB 51022－2015《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》［2］以及 GB 50017－2017《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》［3］要求。

2.2.2 高低跨雙坡屋面計(jì)算復(fù)核

廠家因設(shè)備調(diào)整需要，廠房十四未按原設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行建設(shè)，檢測(cè)時(shí)收到廠家提供的一份廠房結(jié)構(gòu)白圖，因此需對(duì)此剛架結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算復(fù)核。計(jì)算考慮的荷載：屋面恒載 0.20 kN/m2，屋面活載 0.50 kN/m2，基本雪壓為 0.3 kN/m2（考慮不均勻雪荷載以及高低屋面堆積雪荷載），基本風(fēng)壓為 0.30 kN/m2，夾層樓板恒載為 4.0 kN/m2，夾層樓板活載為 4.0 kN/m2，1 臺(tái) 5 t 吊車，1 臺(tái) 10 t 吊車，荷載組合按現(xiàn)行規(guī)范要求。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的構(gòu)件材質(zhì)和截面尺寸建模，計(jì)算模型如圖 3 所示，計(jì)算應(yīng)力比如圖 4 所示。

圖3 計(jì)算模型（高低跨雙坡屋面）（單位：mm）

圖4 計(jì)算應(yīng)力比（高低跨雙坡屋面）

從計(jì)算結(jié)果分析：此剛架結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載作用下側(cè)向整體位移、鋼梁絕對(duì)撓度符合 GB 51022－2015《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》以及 GB 50017－2017《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》要求，高跨屋面梁應(yīng)力比為 1.08/1.42，其承載力不滿足規(guī)范要求，高跨柱平面內(nèi)外長(zhǎng)細(xì)比不滿足規(guī)范要求。

2.3 鑒定結(jié)果

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果、現(xiàn)場(chǎng)勘查情況以及結(jié)構(gòu)計(jì)算復(fù)核，依據(jù) GB 50144－2019《工業(yè)建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》［4］對(duì) 18 棟鋼結(jié)構(gòu)廠房進(jìn)行鑒定評(píng)級(jí)：除廠房二可靠性等級(jí)評(píng)為一級(jí)，其余廠房可靠性等級(jí)均為二級(jí)（略低于國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的可靠性要求，尚不明顯影響整體安全，不影響正常使用）；地基基礎(chǔ)評(píng)級(jí)均為 A 級(jí)，上部承重結(jié)構(gòu)和圍護(hù)結(jié)構(gòu)評(píng)級(jí)除廠房二以外均為 B 級(jí)。

3 檢測(cè)質(zhì)量

根據(jù) 18 棟鋼結(jié)構(gòu)廠房的結(jié)構(gòu)檢測(cè)鑒定情況，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)廠房存在的質(zhì)量問(wèn)題進(jìn)行歸納，并對(duì)其原因進(jìn)行分析。

3.1 質(zhì)量問(wèn)題

3.1.1 加建夾層

4 個(gè)廠家未按相關(guān)程序要求，私自在廠房?jī)?nèi)加建夾層，如圖 5 所示。其中廠房十一夾層部分經(jīng)計(jì)算，夾層梁構(gòu)件計(jì)算應(yīng)力比超過(guò)規(guī)范要求的 34 %，且絕對(duì)撓度值大于L/400。

圖5 廠房十一內(nèi)部夾層圖

3.1.2 結(jié)構(gòu)布置與原設(shè)計(jì)相差較大

1）廠房十六實(shí)際高度為 12.0 m，高出原設(shè)計(jì)約 2.0 m；實(shí)際跨度約為 23.5 m，比原設(shè)計(jì)寬 2.7 m；實(shí)際柱距約為 7.1 m，比原設(shè)計(jì)大 0.6 m；實(shí)際為兩跨雙坡雙屋脊屋面，原設(shè)計(jì)為兩跨雙坡單屋脊屋面，如圖 6 所示。經(jīng)結(jié)構(gòu)計(jì)算，在考慮屋面雪荷載不均勻布置的情況下，部分屋面梁構(gòu)件計(jì)算應(yīng)力比超過(guò)規(guī)范要求的 28 %，且屋面梁絕對(duì)撓度值大于L/180。

圖6 廠房十六內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

2）廠房三在 D～W 軸交 9～11 軸范圍內(nèi)增蓋了鋼屋蓋，如圖 7 所示；10 軸鋼柱往 9 軸方向移動(dòng)了 4 180 mm；V～U 軸交 11 軸鋼柱取消；W～T 軸交 10～13 軸剛架方向改變，如圖 8 所示；縱向吊車噸位均為 10 t，原設(shè)計(jì)圖為 5 t。

圖7 廠房三加蓋鋼屋面圖

圖8 廠房三局部剛架方向調(diào)整

3.1.3 局部構(gòu)件缺失或銹蝕

1）廠房十四局部柱間支撐未安裝；個(gè)別連接節(jié)點(diǎn)處，高強(qiáng)螺栓未安裝，少數(shù)構(gòu)件有銹蝕，如圖 9 所示。

圖9 廠房十四未安裝螺栓、連接板銹蝕

2）構(gòu)件長(zhǎng)度尺寸制作不精確，梁柱節(jié)點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)連接質(zhì)量較差，梁翼緣與柱翼緣縫隙較大，并沒(méi)有焊透，達(dá)不到設(shè)計(jì)圖紙剛接要求，如圖 10 所示。

圖10 廠房十四梁柱連接節(jié)點(diǎn)

3）所有廠房山墻面檁條與鋼柱均未安裝隅撐，尤其是抗風(fēng)柱，將影響其平面外穩(wěn)定性。

4）墻面窗戶下方檁條未加強(qiáng)或未做斜拉桿，導(dǎo)致窗戶下方檁條變形，如圖 11 所示。

圖11 墻面檁條變形圖

5）屋面檐口處以及氣樓天窗處檁條并未加密，如圖 12 所示。

圖12 廠房屋面檁條圖

6）所有廠房的漆膜厚度均不滿足規(guī)范要求。

3.2 原因分析

3.2.1 設(shè)計(jì)方面

1）門式剛架輕型房屋結(jié)構(gòu)對(duì)于風(fēng)雪荷載比較敏感，一些設(shè)計(jì)人員對(duì)其結(jié)構(gòu)體系的特點(diǎn)不清楚，橫向剛架計(jì)算時(shí)未考慮屋面雪荷載的不均勻布置以及高低處雪荷載堆積。在極端惡劣天氣下，屋面梁承載能力可能存在不足。

2）對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)不重視，沒(méi)有考慮其對(duì)主體結(jié)構(gòu)的支撐作用，如墻面檁條隅撐對(duì)抗風(fēng)柱平面外的約束作用，屋面檁條并沒(méi)有考慮女兒墻和氣樓天窗的堆積雪荷載，墻面條形窗戶下方檁條未設(shè)置斜拉條，導(dǎo)致變形。

3.2.2 施工方面

1）鋼結(jié)構(gòu)制作安裝單位水平參差不齊，甚至有些僅是施工隊(duì)伍，缺乏技術(shù)力量，對(duì)結(jié)構(gòu)體系一知半解，不夠重視。

2）對(duì)支撐系統(tǒng)不夠重視，存在漏安裝或隨意改變其位置，導(dǎo)致支撐系統(tǒng)不完整，從而影響房屋的整體性能。

3）制作不精確，構(gòu)件尺寸及長(zhǎng)度不符合安裝要求，尤其是連接節(jié)點(diǎn)，本是螺栓連接，到現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)孔位對(duì)不上，然后隨意焊接。

4）對(duì)構(gòu)件的防腐及防火不重視，漆膜厚度全部偏薄。

3.2.3 業(yè)主方面

1）業(yè)主為了方便，隨意在房屋內(nèi)部增加夾層，或者是改變結(jié)構(gòu)布置，對(duì)結(jié)構(gòu)安全不重視。

2）對(duì)鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)不了解，只出于經(jīng)濟(jì)考慮，找不合格或沒(méi)有資質(zhì)的施工單位進(jìn)行制作安裝。

4 檢測(cè)鑒定重難點(diǎn)

4.1 檢測(cè)鑒定重點(diǎn)

4.1.1 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)重點(diǎn)

1）需向業(yè)主方了解鋼結(jié)構(gòu)制作安裝單位的基本信息，是否能提供鋼結(jié)構(gòu)加工詳圖。

2）結(jié)構(gòu)體系檢查需仔細(xì)，尤其是支撐系統(tǒng)，如屋面支撐及柱間支撐。

3）構(gòu)件材質(zhì)必須檢測(cè)，實(shí)際會(huì)存在 Q235 和 Q345混用的情況，且檢測(cè)時(shí)應(yīng)刨開(kāi)漆膜層。

4）構(gòu)件截面尺寸，尤其是鋼板厚度檢測(cè)需重視，存在以薄代厚的情況。

5）梁柱連接節(jié)點(diǎn)以及柱間支撐連接節(jié)點(diǎn)需重點(diǎn)檢查，高強(qiáng)螺栓個(gè)數(shù)是否與設(shè)計(jì)圖紙一致，摩擦型螺栓不能焊接，翼緣連接焊縫是否熔透。

6）圍護(hù)結(jié)構(gòu)體系需按照設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行對(duì)比檢查，如屋面檁條、墻面檁條、直拉條及斜拉條，屋面隅撐及墻面隅撐等構(gòu)件查漏。

7）金屬屋面板或墻面板產(chǎn)品是否合格，應(yīng)能滿足抗風(fēng)揭性能、防腐性能和防水性能等要求。

8）對(duì)鋼構(gòu)件的防腐及防火涂料厚度進(jìn)行檢測(cè)，通常漆膜厚度不滿足規(guī)范要求，防火涂料未刷。

4.1.2 報(bào)告編制重點(diǎn)

1）對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)結(jié)構(gòu)布置與設(shè)計(jì)圖紙相差較大時(shí)，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況初步繪制結(jié)構(gòu)平面布置圖。

2）當(dāng)廠房結(jié)構(gòu)布置與原設(shè)計(jì)圖紙不一致，或根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)數(shù)據(jù)分析對(duì)結(jié)構(gòu)承載能力有懷疑時(shí)，應(yīng)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)廠房進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算復(fù)核。

3）結(jié)構(gòu)計(jì)算復(fù)核時(shí)，除依據(jù)設(shè)計(jì)圖紙的信息，還應(yīng)根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范的要求對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算，如基本雪壓按100年取值，屋面不均勻雪荷載和堆積雪荷載應(yīng)考慮，夾層結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果應(yīng)滿足 GB 50017－2017《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》要求。

4）結(jié)構(gòu)計(jì)算復(fù)核應(yīng)包括檁條承載力的計(jì)算，尤其是屋面檁條也應(yīng)考慮風(fēng)荷載及雪荷載的影響。

4.2 檢測(cè)鑒定難點(diǎn)

4.2.1 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)難點(diǎn)

1）當(dāng)設(shè)計(jì)資料不詳或鋼結(jié)構(gòu)制作安裝單位不詳時(shí)，對(duì)檢測(cè)工作的開(kāi)展帶來(lái)一定的難度。

2）廠房高度一般較高，對(duì)于屋面構(gòu)件的檢測(cè)難度大，通常只能檢查其結(jié)構(gòu)體系是否完整，如沒(méi)有鋼結(jié)構(gòu)制作安裝單位的發(fā)貨單時(shí)，對(duì)屋面構(gòu)件的鑒定存在一定的風(fēng)險(xiǎn)。

3）鋼結(jié)構(gòu)焊縫質(zhì)量的檢測(cè)難度也比較大，尤其是一級(jí)焊縫，要求用超聲波探傷儀全部檢測(cè)，構(gòu)件在工廠焊接時(shí)質(zhì)量有一定的保障，但現(xiàn)場(chǎng)焊接質(zhì)量一般較差。

4.2.2 報(bào)告編制難點(diǎn)

1）當(dāng)需要進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算復(fù)核時(shí)，對(duì)鑒定人員的技術(shù)水平要求比較高，需對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)體系有深入的了解。

2）鑒定人員因?qū)Y(jié)構(gòu)體系一知半解，尤其是檁條等薄壁型鋼的特點(diǎn)不了解，在計(jì)算復(fù)核時(shí)抓不住重點(diǎn)，容易忽略其安全性，在鑒定評(píng)級(jí)時(shí)不夠全面。

3）對(duì)于屋面及墻面金屬板性能不了解，而業(yè)主也未能提供相關(guān)性能資料，只能根據(jù)現(xiàn)有狀況的檢查評(píng)級(jí)，對(duì)其使用年限內(nèi)狀況不能準(zhǔn)確地預(yù)估。

5 結(jié)論與建議

5.1 結(jié)論

1）縣市級(jí)鋼結(jié)構(gòu)制作安裝單位水平參差不齊，其制作安裝水平普遍偏低，存在較大的安全隱患。

2）外地設(shè)計(jì)單位對(duì)本地區(qū)冰雪荷載了解不到位，在 2008 年冰雪災(zāi)害后，對(duì)于輕型鋼結(jié)構(gòu)房屋屋面活荷載要求按 0.7 kN/m2考慮。

3）隨著城鎮(zhèn)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，各縣市級(jí)地區(qū)為了統(tǒng)一產(chǎn)業(yè)管理，新建工業(yè)園區(qū)，采用門式剛架輕型房屋結(jié)構(gòu)體系，卻對(duì)其結(jié)構(gòu)體系特點(diǎn)不清楚，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)制作安裝不重視。

4）所有廠房均設(shè)置了女兒墻和氣樓天窗，設(shè)計(jì)時(shí)并未考慮在極端惡劣天氣下，屋面雪荷載會(huì)形成堆積，從而導(dǎo)致房屋在正常使用年限內(nèi)存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)。

5）山墻面檁條與抗風(fēng)柱均未設(shè)置隅撐，部分抗風(fēng)柱平面外長(zhǎng)細(xì)比及穩(wěn)定性是不滿足規(guī)范要求的。

6）各方對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的防腐及防火不重視，鋼構(gòu)件防腐涂料厚度基本不滿足規(guī)范要求，防火涂料未刷。

5.2 建議

1）縣市級(jí)地區(qū)相關(guān)行政主管部門對(duì)本地區(qū)的鋼結(jié)構(gòu)房屋建設(shè)需引起重視，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)制作安裝行業(yè)加強(qiáng)監(jiān)督管理。

2）工業(yè)園區(qū)建設(shè)方可引進(jìn)相關(guān)的鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)人員或咨詢單位，對(duì)整個(gè)項(xiàng)目的鋼結(jié)構(gòu)關(guān)鍵技術(shù)嚴(yán)格把控。

3）對(duì)于工業(yè)園區(qū)較大規(guī)模的鋼結(jié)構(gòu)廠房建設(shè)，鋼結(jié)構(gòu)分項(xiàng)工程可統(tǒng)一施工招標(biāo)，邀請(qǐng)有資質(zhì)及有相關(guān)業(yè)績(jī)的單位參與投標(biāo)，以保證制作安裝水平。

4）對(duì)于門式剛架輕型房屋設(shè)計(jì)，可邀請(qǐng)經(jīng)驗(yàn)豐富的相關(guān)設(shè)計(jì)院或有設(shè)計(jì)資質(zhì)的鋼結(jié)構(gòu)施工單位，實(shí)際上后者更專業(yè)。

5）隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，檢測(cè)單位需對(duì)結(jié)構(gòu)鑒定人員分專業(yè)培養(yǎng)或引進(jìn)，以保證其報(bào)告的準(zhǔn)確性及專業(yè)性。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)某縣級(jí)市工業(yè)園區(qū)鋼結(jié)構(gòu)廠房結(jié)構(gòu)檢測(cè)鑒定，就存在的質(zhì)量問(wèn)題進(jìn)行了總結(jié)，并做了較為詳細(xì)的原因分析，并對(duì)檢測(cè)過(guò)程中遇到的重點(diǎn)、難點(diǎn)問(wèn)題進(jìn)行了闡述和分析，最后得出常見(jiàn)并涉及到結(jié)構(gòu)安全的質(zhì)量問(wèn)題與原因，并為提高工程質(zhì)量提出了建議。