摘要：針對(duì)某屋面增設(shè)光伏的鋼結(jié)構(gòu)建筑，在荷載增加情況下結(jié)構(gòu)件可能因承載力不足導(dǎo)致變形，從而影響結(jié)構(gòu)安全的問題，選擇合適的檢測(cè)設(shè)備，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)布置、結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面尺寸、焊縫質(zhì)量等進(jìn)行復(fù)核和檢測(cè)，并根據(jù)檢測(cè)結(jié)果對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行驗(yàn)算、鑒定評(píng)級(jí)。業(yè)主對(duì)建筑進(jìn)行改造后，進(jìn)行加固后的檢測(cè)、鑒定，經(jīng)結(jié)構(gòu)分析和評(píng)級(jí)確定其滿足規(guī)范要求，證明該建筑的結(jié)構(gòu)加固技術(shù)切實(shí)可行，結(jié)構(gòu)安全性較原結(jié)構(gòu)顯著提升。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)；檢測(cè)；鑒定；加固

0" "引言

鋼結(jié)構(gòu)建筑作為現(xiàn)代建筑領(lǐng)域的重要組成部分，憑借鋼材高強(qiáng)度、良好的延展性、施工速度快以及可回收利用等諸多優(yōu)勢(shì)，在高層建筑、工業(yè)廠房、商業(yè)綜合體等多種建筑類型中得到了廣泛應(yīng)用。

針對(duì)某2022年建造的鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房，擬利用其屋面面積大、建筑高度不高的特點(diǎn)，于屋面增設(shè)太陽能電池板，以彌補(bǔ)生產(chǎn)車間用電量大的需求。鑒于廠房屋面增設(shè)光伏組件導(dǎo)致荷載增加，現(xiàn)狀結(jié)構(gòu)可能存在承載力無法滿足規(guī)范要求，業(yè)主經(jīng)研究決定，對(duì)該廠房現(xiàn)狀進(jìn)行相關(guān)檢測(cè)和鑒定，以為后續(xù)加固設(shè)計(jì)提供科學(xué)依據(jù)。

1" "工程概況

某鋼結(jié)構(gòu)廠房為單層三跨雙坡門式剛架結(jié)構(gòu)，剛架柱、剛架梁、抗風(fēng)柱均采用BH型鋼，屋面采用Z型冷彎薄壁型鋼檁條和壓型鋼板。橫向三跨跨度均為32.0m，縱向柱間軸距均為9.0m，共計(jì)28榀剛架，平面尺寸為96m×261m；軸A、B、C、D柱頂標(biāo)高為10.5m，各屋脊高度均為12.1m。該工程為生產(chǎn)車間用途，目前尚未投入使用。

2" "現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)

2.1" "結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀調(diào)查狀況

該廠房橫向結(jié)構(gòu)是由剛架柱與剛架梁組成的三跨剛架，縱向結(jié)構(gòu)由剛架柱、屋面支撐、柱間支撐、剛性系桿組成。所檢柱間支撐、屋面支撐設(shè)置位置及截面尺寸均與設(shè)計(jì)不符。軸A及軸C于軸22～27間、軸D于軸18～21及22～27間范圍內(nèi)標(biāo)高5.900m處未設(shè)置剛性系桿，剛性系桿、屋面隅撐截面尺寸與設(shè)計(jì)不相符。屋面檁條截面形式及尺寸與設(shè)計(jì)相符，檁條間距約為1500mm，屋面檁條跨中均按設(shè)計(jì)設(shè)置2道拉條。屋面檐口、屋脊處均按設(shè)計(jì)設(shè)置斜拉條。屋面檁條與剛架柱、剛架梁間均按設(shè)計(jì)要求設(shè)置隅撐，隅撐截面尺寸與設(shè)計(jì)不符合。

2.2" "施工質(zhì)量檢測(cè)

2.2.1" "鋼材外觀缺陷、損傷及銹蝕檢測(cè)

所檢主構(gòu)件面漆基本完好，未發(fā)現(xiàn)明顯的損傷和銹蝕。

2.2.2" "截面尺寸及節(jié)點(diǎn)布置檢測(cè)

對(duì)鋼柱、鋼梁、柱間支撐等構(gòu)件截面尺寸進(jìn)行量測(cè)，發(fā)現(xiàn)構(gòu)件截面尺寸與設(shè)計(jì)施工圖不相符。柱腳現(xiàn)狀已采用混凝土包裹，對(duì)梁柱節(jié)點(diǎn)螺栓數(shù)量、布置進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)梁柱節(jié)點(diǎn)布置與設(shè)計(jì)施工圖不相符。

2.2.3" "材料強(qiáng)度檢測(cè)

采用里氏硬度檢測(cè)方法對(duì)該廠房鋼柱、鋼梁進(jìn)行抗拉強(qiáng)度現(xiàn)場(chǎng)抽樣無損檢測(cè)。檢測(cè)數(shù)據(jù)表明：所檢鋼柱抗拉強(qiáng)度推定值為507～541MPa，基本滿足Q345鋼材的要求。所檢鋼梁抗拉強(qiáng)度推定值為490～531MPa，基本滿足Q345鋼材的要求[1]。里氏硬度計(jì)檢測(cè)鋼材抗拉強(qiáng)度推定如表1所示。

2.2.4" "焊縫質(zhì)量檢測(cè)

鋼柱、鋼梁采用H型鋼，與端板的連接均采用全熔透坡口焊，所檢焊縫基本均勻光滑，外觀質(zhì)量基本符合規(guī)范規(guī)定的焊縫外觀質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件抽取部分對(duì)接焊縫進(jìn)行超聲波探傷檢驗(yàn)，數(shù)據(jù)表明所檢焊縫符合（GB50205—2020）[2]規(guī)定的二級(jí)焊縫質(zhì)量等級(jí)要求。焊縫超聲波探傷檢驗(yàn)結(jié)果見表2。其中焊縫1表示鋼柱與端板的連接焊縫，焊縫2、焊縫3表示鋼梁與端板的連接焊縫。

2.2.5" "剛架變形量測(cè)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件，共抽取27根鋼柱并采用全站儀測(cè)量鋼柱的側(cè)向位移，發(fā)現(xiàn)所檢各測(cè)點(diǎn)側(cè)移方向無明顯一致性，最大傾斜率為1/101，所檢部分柱頂?shù)乃轿灰苹騼A斜均超過標(biāo)準(zhǔn)（GB 50144—2019）[3]中規(guī)定的不適于繼續(xù)承載的側(cè)向位移限值要求。

2.2.6" "圍護(hù)系統(tǒng)調(diào)查

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘查，該建筑現(xiàn)有填充墻、挑檐、欄板等承重圍護(hù)構(gòu)件，與主體結(jié)構(gòu)之間均有可靠連接，未發(fā)現(xiàn)該類構(gòu)件與主體有脫開等現(xiàn)象。所檢填充墻體未發(fā)現(xiàn)明顯裂縫。墻體及其面層外觀完好，與主體結(jié)構(gòu)聯(lián)系基本可靠。門窗設(shè)施基本完好。屋面防水構(gòu)造設(shè)施基本完好，未發(fā)現(xiàn)滲漏或積水，陽臺(tái)欄板等圍護(hù)結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)未見異常。

3" "結(jié)構(gòu)分析、鑒定評(píng)級(jí)

3.1" "計(jì)算參數(shù)

該建筑安全等級(jí)為二級(jí)，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)取1.0，建筑抗震設(shè)防類別為丙類，抗震設(shè)防烈度為6度，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.05g，場(chǎng)地類別為Ⅲ類。本地區(qū)基本風(fēng)壓為0.35kN/m2，地面粗糙度為B類，屋面恒荷載（含檁條自重）為0.35kN/m2，計(jì)算剛架時(shí)屋面活荷載取0.30kN/m2，計(jì)算檁條時(shí)屋面活荷載取0.50kN/m2。

3.2" "標(biāo)準(zhǔn)榀剛架計(jì)算模型及結(jié)果

采用PKPM結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件二維門式剛架計(jì)算模塊，對(duì)該廠房標(biāo)準(zhǔn)榀剛架按構(gòu)件實(shí)測(cè)截面尺寸進(jìn)行建模，標(biāo)準(zhǔn)榀構(gòu)件計(jì)算結(jié)果見表3、表4。

由表3、表4可知，標(biāo)準(zhǔn)榀中的鋼柱最大應(yīng)力比1.27＞1/0.88=1.14，超出GB 50144—2019[3]鋼構(gòu)件承載能力d級(jí)的限值要求，柱頂最大計(jì)算位移小于規(guī)范限值要求，鋼柱單構(gòu)件承載能力項(xiàng)目安全性等級(jí)評(píng)為d級(jí)；標(biāo)準(zhǔn)榀中的鋼梁最大應(yīng)力比1.19＞1/0.88=1.14，不能滿足GB 50144—2019鋼構(gòu)件承載能力d級(jí)的限值要求，撓度亦大于規(guī)范限值，鋼梁?jiǎn)螛?gòu)件承載能力項(xiàng)目安全性等級(jí)評(píng)為d級(jí)。

3.3" "安全性評(píng)級(jí)

現(xiàn)場(chǎng)檢查建筑物基礎(chǔ)周邊地面未見明顯沉陷，主體結(jié)構(gòu)未發(fā)現(xiàn)因基礎(chǔ)不均勻沉降引起的裂縫。地基基礎(chǔ)安全性等級(jí)間接評(píng)定為B級(jí)。對(duì)上部承重結(jié)構(gòu)中承載功能部分，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)榀主要構(gòu)件的評(píng)定等級(jí)，評(píng)定為D級(jí)；整體性根據(jù)門式剛架縱向未設(shè)置剛性系桿問題，評(píng)定為C級(jí)。由此，該廠房上部承重結(jié)構(gòu)評(píng)定為D級(jí)。根據(jù)上述地基基礎(chǔ)、主體結(jié)構(gòu)的等級(jí)評(píng)定結(jié)果，該廠房結(jié)構(gòu)系統(tǒng)安全性等級(jí)評(píng)定為D級(jí)，不符合國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的安全性要求，已嚴(yán)重影響整體安全，必須立即采取措施。

4" "結(jié)構(gòu)構(gòu)件加固及加固后鑒定評(píng)級(jí)

4.1" "門式鋼架

該廠房現(xiàn)狀承載功能已不能滿足規(guī)范要求，光伏組件無法直接安裝在現(xiàn)有屋面上，需對(duì)該廠房進(jìn)行結(jié)構(gòu)加固。結(jié)合該廠房現(xiàn)狀特點(diǎn)，決定采用增大截面的方式對(duì)不滿足承載功能要求的鋼柱、鋼梁進(jìn)行加固。鋼梁加固斷面見圖1，鋼柱加固見圖2。

加固后的模型荷載取值除屋面恒荷載外與現(xiàn)狀一致，其中屋面恒荷載取0.45kN/m2（含光伏組件荷載0.15kN/m2），標(biāo)準(zhǔn)榀構(gòu)件計(jì)算結(jié)果見表5、表6。

從表5、表6可知，鋼柱最大應(yīng)力比0.86＜1.0，柱頂水平計(jì)算位移小于1/60，滿足規(guī)范規(guī)定的單構(gòu)件承載能力項(xiàng)目安全等級(jí)a級(jí)要求；鋼梁最大應(yīng)力比0.92＜1.0，撓度小于1/180，滿足規(guī)范規(guī)定的單構(gòu)件承載能力項(xiàng)目安全等級(jí)a級(jí)要求。

4.2" "屋面檁條

原有屋面檁條在未增設(shè)光伏組件荷載時(shí)，滿足單構(gòu)件承載能力項(xiàng)目安全性等級(jí)評(píng)b級(jí)要求。增設(shè)光伏組件后荷載增加，經(jīng)計(jì)算承載能力無法滿足規(guī)范要求?，F(xiàn)采取在原隅撐處，增設(shè)L75×5的角鋼隅撐，并與檁條、鋼梁下翼緣增大截面部分連接，為檁條提供新的簡(jiǎn)支支座，使得檁條跨度從9m降低至5.8m。經(jīng)過驗(yàn)算，新增隅撐以及檁條，均能滿足單構(gòu)件承載能力項(xiàng)目安全性等級(jí)評(píng)b級(jí)的要求。

4.3" "其余加固措施

該廠房多數(shù)構(gòu)件截面形式和尺寸與設(shè)計(jì)施工圖不相符。對(duì)不滿足承載力要求的Φ20圓鋼柔性支撐，替換為2L90×6雙角鋼剪刀型剛性支撐，以將山墻側(cè)受到的水平力傳遞至鋼柱柱腳及其基礎(chǔ)。對(duì)未設(shè)置剛性系桿處，按原設(shè)計(jì)圓鋼管規(guī)格補(bǔ)充構(gòu)件，以將水平力有效傳遞至柱間支撐，并增強(qiáng)上部承重結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的整體性。

對(duì)屋面水平支撐系統(tǒng)，于每跨處各增設(shè)4道屋面水平剛性系桿，共計(jì)12道，使原剛性系桿9m間距降低為2.5～7.0m。另外，將Φ20的水平支撐，按原設(shè)計(jì)Φ25的規(guī)格替換，增強(qiáng)剛架間剛性以主體結(jié)構(gòu)完整性。

鑒于上部結(jié)構(gòu)所檢部分柱頂?shù)乃轿灰苹騼A斜超限，業(yè)主委托第三方進(jìn)行廠房上部主體結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)報(bào)告顯示軸24交D、軸27交A兩監(jiān)測(cè)點(diǎn)在100天內(nèi)，累計(jì)沉降大于4mm，即日均沉降大于0.04mm/d。根據(jù)《建筑變形測(cè)量規(guī)范》JGJ8—2016[4]規(guī)定，此兩監(jiān)測(cè)點(diǎn)尚處于沉降不穩(wěn)定狀態(tài)，但沉降速率已明顯趨于收斂，故對(duì)沉降速率超限的兩處柱基礎(chǔ)采用增大截面的方式進(jìn)行加固。建議業(yè)主持續(xù)對(duì)該廠房保持監(jiān)測(cè)，設(shè)置預(yù)警值，以便及時(shí)采取處理措施。

4.4" "安全性評(píng)級(jí)

現(xiàn)場(chǎng)檢查建筑物基礎(chǔ)周邊地面仍未見明顯沉陷，根據(jù)廠房上部主體結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)報(bào)告表明的各監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降速率趨于收斂、基礎(chǔ)沉降逐漸穩(wěn)定，將地基基礎(chǔ)安全性等級(jí)間接評(píng)定為B級(jí)。對(duì)上部承重結(jié)構(gòu)中承載功能部分，根據(jù)加固后的標(biāo)準(zhǔn)榀主要構(gòu)件評(píng)定等級(jí)，評(píng)定為B級(jí)。整體性根據(jù)增強(qiáng)柱間支撐、補(bǔ)充剛性系桿、增強(qiáng)屋面水平支撐和水平剛性系桿等加固措施，評(píng)定為B級(jí)。將該廠房加固后上部承重結(jié)構(gòu)評(píng)定為B級(jí)。根據(jù)圍護(hù)系統(tǒng)調(diào)查內(nèi)容，將圍護(hù)結(jié)構(gòu)安全性等級(jí)評(píng)定為B級(jí)。根據(jù)上述地基基礎(chǔ)、主體結(jié)構(gòu)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)的等級(jí)評(píng)定結(jié)果，將該廠房結(jié)構(gòu)系統(tǒng)安全性等級(jí)評(píng)定為B級(jí)，略低于國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的安全性要求，尚不明顯影響整體安全。

5" "結(jié)束語

鑒于某建筑廠房未按設(shè)計(jì)施工圖進(jìn)行施工，可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀承載力與基于規(guī)范要求設(shè)計(jì)的構(gòu)件承載力相差甚遠(yuǎn)，存在一定的安全隱患，應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行系統(tǒng)檢測(cè)鑒定，為屋面增設(shè)光伏乃至主體結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)提供可靠依據(jù)。鑒定結(jié)果顯示，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)廠房鋼柱、鋼梁采用增大截面，對(duì)屋面檁條采用增設(shè)支座等方式進(jìn)行加固，可有效提高構(gòu)件承載力，提升鋼結(jié)構(gòu)建筑的安全性能。

參考文獻(xiàn)

[1] 國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB/T"1591—2018 低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2018.

[2] 中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局."GB 50205—2020鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2020.

[3] 中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局.GB 50144—2019工業(yè)建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2019.

[4] 中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.JGJ 8—2016 建筑變形測(cè)量規(guī)范[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2016.