某工业园区钢结构厂房结构鉴定探讨

邓 露

（湖南省第四工程有限公司，湖南 长沙 430103）

0 引言

门式刚架轻型钢结构建筑系统从 90 年代引入中国后，随着我国改革开放的深入、经济迅速增长，得到了飞速的发展，尤其在东南沿海地区，一些小规模企业逐步发展到现代化大企业，其制作安装质量也逐步提高，打造了许多精品工程［1］。近 10 年来，随着国家城镇化的不断发展，门式刚架轻型钢结构在内陆地区也逐渐发展起来，但是其制作安装质量良莠不齐，设计不准确，存在许多安全质量问题。

1 工程概况

2019 年 11 月～2020 年 3 月，笔者单位受内陆地区某县某产业园开发有限公司委托，对其工业园区厂房及办公楼进行了结构可靠性鉴定。该工程于 2019 年竣工，共有 21 栋混凝土结构综合楼，18栋钢结构厂房，总建筑面积约 77 639 m2，其中钢结构厂房建筑面积约为 59 569 m2。此工程设计单位为广东某设计院，钢结构制作安装单位均由各厂家自行安排，且不详。钢结构厂房均为轻型门式刚架体系，屋面均设置了气楼天窗和女儿墙，各厂房编号随机，实际概况如表 1 所示。

表1 各厂房工程实际概况

2 鉴定过程及鉴定结果

2.1 资料调查及现场检测

1）现场技术资料。广东某设计院提供的施工图一份；湖南某勘察单位提供的《岩土工程详细勘察报告》一份。该工程基础采用钻（冲）孔灌注桩，桩端持力层为中风化白云质灰岩层，桩端承载力特征值为 7 000 kPa。

2）现场检测项目。地基基础检查、结构体系核查、外观质量检查、轴间距测量、钢结构构件材质检测、构件截面尺寸测量、结构顶点位移侧量、连接节点检查、漆膜厚度检测。

2.2 结构计算复核

当厂房结构布置与原设计图纸不一致，或根据现场检测数据分析对结构承载能力有怀疑时，对钢结构厂房进行结构计算复核。例如实际有加建夹层、结构局部布置有调整等。

2.2.1 带夹层厂房计算复核

厂房七、厂房十、厂房十一、厂房十二均为厂家私自加建夹层，因此需对此范围内的结构进行计算复核。计算考虑的荷载：屋面恒载 0.20 kN/m2，屋面活载 0.50 kN/m2，基本雪压为 0.3 kN/m2（考虑不均匀雪荷载以及高低屋面堆积雪荷载），基本风压为 0.30 kN/m2，夹层楼板恒载为 4.0 kN/m2，夹层楼板活载为 2.0 kN/m2，荷载组合按现行规范要求。根据现场检测的构件材质和截面尺寸建模，计算模型如图1 所示，计算应力比如图 2 所示。

图1 计算模型（有夹层）（单位：mm）

图2 计算应力比（有夹层）

从计算结果分析：带有局部夹层榀刚架结构在风荷载作用下侧向整体位移、构件应力比、钢柱平面内外长细比、钢梁绝对挠度符合 GB 51022－2015《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》［2］以及 GB 50017－2017《钢结构设计标准》［3］要求。

2.2.2 高低跨双坡屋面计算复核

厂家因设备调整需要，厂房十四未按原设计图纸进行建设，检测时收到厂家提供的一份厂房结构白图，因此需对此刚架结构进行计算复核。计算考虑的荷载：屋面恒载 0.20 kN/m2，屋面活载 0.50 kN/m2，基本雪压为 0.3 kN/m2（考虑不均匀雪荷载以及高低屋面堆积雪荷载），基本风压为 0.30 kN/m2，夹层楼板恒载为 4.0 kN/m2，夹层楼板活载为 4.0 kN/m2，1 台 5 t 吊车，1 台 10 t 吊车，荷载组合按现行规范要求。根据现场检测的构件材质和截面尺寸建模，计算模型如图 3 所示，计算应力比如图 4 所示。

图3 计算模型（高低跨双坡屋面）（单位：mm）

图4 计算应力比（高低跨双坡屋面）

从计算结果分析：此刚架结构在风荷载作用下侧向整体位移、钢梁绝对挠度符合 GB 51022－2015《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》以及 GB 50017－2017《钢结构设计标准》要求，高跨屋面梁应力比为 1.08/1.42，其承载力不满足规范要求，高跨柱平面内外长细比不满足规范要求。

2.3 鉴定结果

根据现场检测数据结果、现场勘查情况以及结构计算复核，依据 GB 50144－2019《工业建筑可靠性鉴定标准》［4］对 18 栋钢结构厂房进行鉴定评级：除厂房二可靠性等级评为一级，其余厂房可靠性等级均为二级（略低于国家现行标准的可靠性要求，尚不明显影响整体安全，不影响正常使用）；地基基础评级均为 A 级，上部承重结构和围护结构评级除厂房二以外均为 B 级。

3 检测质量

根据 18 栋钢结构厂房的结构检测鉴定情况，对钢结构厂房存在的质量问题进行归纳，并对其原因进行分析。

3.1 质量问题

3.1.1 加建夹层

4 个厂家未按相关程序要求，私自在厂房内加建夹层，如图 5 所示。其中厂房十一夹层部分经计算，夹层梁构件计算应力比超过规范要求的 34 %，且绝对挠度值大于L/400。

图5 厂房十一内部夹层图

3.1.2 结构布置与原设计相差较大

1）厂房十六实际高度为 12.0 m，高出原设计约 2.0 m；实际跨度约为 23.5 m，比原设计宽 2.7 m；实际柱距约为 7.1 m，比原设计大 0.6 m；实际为两跨双坡双屋脊屋面，原设计为两跨双坡单屋脊屋面，如图 6 所示。经结构计算，在考虑屋面雪荷载不均匀布置的情况下，部分屋面梁构件计算应力比超过规范要求的 28 %，且屋面梁绝对挠度值大于L/180。

图6 厂房十六内部结构图

2）厂房三在 D～W 轴交 9～11 轴范围内增盖了钢屋盖，如图 7 所示；10 轴钢柱往 9 轴方向移动了 4 180 mm；V～U 轴交 11 轴钢柱取消；W～T 轴交 10～13 轴刚架方向改变，如图 8 所示；纵向吊车吨位均为 10 t，原设计图为 5 t。

图7 厂房三加盖钢屋面图

图8 厂房三局部刚架方向调整

3.1.3 局部构件缺失或锈蚀

1）厂房十四局部柱间支撑未安装；个别连接节点处，高强螺栓未安装，少数构件有锈蚀，如图 9 所示。

图9 厂房十四未安装螺栓、连接板锈蚀

2）构件长度尺寸制作不精确，梁柱节点现场连接质量较差，梁翼缘与柱翼缘缝隙较大，并没有焊透，达不到设计图纸刚接要求，如图 10 所示。

图10 厂房十四梁柱连接节点

3）所有厂房山墙面檩条与钢柱均未安装隅撑，尤其是抗风柱，将影响其平面外稳定性。

4）墙面窗户下方檩条未加强或未做斜拉杆，导致窗户下方檩条变形，如图 11 所示。

图11 墙面檩条变形图

5）屋面檐口处以及气楼天窗处檩条并未加密，如图 12 所示。

图12 厂房屋面檩条图

6）所有厂房的漆膜厚度均不满足规范要求。

3.2 原因分析

3.2.1 设计方面

1）门式刚架轻型房屋结构对于风雪荷载比较敏感，一些设计人员对其结构体系的特点不清楚，横向刚架计算时未考虑屋面雪荷载的不均匀布置以及高低处雪荷载堆积。在极端恶劣天气下，屋面梁承载能力可能存在不足。

2）对围护结构的设计不重视，没有考虑其对主体结构的支撑作用，如墙面檩条隅撑对抗风柱平面外的约束作用，屋面檩条并没有考虑女儿墙和气楼天窗的堆积雪荷载，墙面条形窗户下方檩条未设置斜拉条，导致变形。

3.2.2 施工方面

1）钢结构制作安装单位水平参差不齐，甚至有些仅是施工队伍，缺乏技术力量，对结构体系一知半解，不够重视。

2）对支撑系统不够重视，存在漏安装或随意改变其位置，导致支撑系统不完整，从而影响房屋的整体性能。

3）制作不精确，构件尺寸及长度不符合安装要求，尤其是连接节点，本是螺栓连接，到现场发现孔位对不上，然后随意焊接。

4）对构件的防腐及防火不重视，漆膜厚度全部偏薄。

3.2.3 业主方面

1）业主为了方便，随意在房屋内部增加夹层，或者是改变结构布置，对结构安全不重视。

2）对钢结构行业不了解，只出于经济考虑，找不合格或没有资质的施工单位进行制作安装。

4 检测鉴定重难点

4.1 检测鉴定重点

4.1.1 现场检测重点

1）需向业主方了解钢结构制作安装单位的基本信息，是否能提供钢结构加工详图。

2）结构体系检查需仔细，尤其是支撑系统，如屋面支撑及柱间支撑。

3）构件材质必须检测，实际会存在 Q235 和 Q345混用的情况，且检测时应刨开漆膜层。

4）构件截面尺寸，尤其是钢板厚度检测需重视，存在以薄代厚的情况。

5）梁柱连接节点以及柱间支撑连接节点需重点检查，高强螺栓个数是否与设计图纸一致，摩擦型螺栓不能焊接，翼缘连接焊缝是否熔透。

6）围护结构体系需按照设计图纸进行对比检查，如屋面檩条、墙面檩条、直拉条及斜拉条，屋面隅撑及墙面隅撑等构件查漏。

7）金属屋面板或墙面板产品是否合格，应能满足抗风揭性能、防腐性能和防水性能等要求。

8）对钢构件的防腐及防火涂料厚度进行检测，通常漆膜厚度不满足规范要求，防火涂料未刷。

4.1.2 报告编制重点

1）对于现场结构布置与设计图纸相差较大时，应根据现场实际情况初步绘制结构平面布置图。

2）当厂房结构布置与原设计图纸不一致，或根据现场检测数据分析对结构承载能力有怀疑时，应对钢结构厂房进行结构计算复核。

3）结构计算复核时，除依据设计图纸的信息，还应根据现行规范的要求对结构进行计算，如基本雪压按100年取值，屋面不均匀雪荷载和堆积雪荷载应考虑，夹层结构计算结果应满足 GB 50017－2017《钢结构设计标准》要求。

4）结构计算复核应包括檩条承载力的计算，尤其是屋面檩条也应考虑风荷载及雪荷载的影响。

4.2 检测鉴定难点

4.2.1 现场检测难点

1）当设计资料不详或钢结构制作安装单位不详时，对检测工作的开展带来一定的难度。

2）厂房高度一般较高，对于屋面构件的检测难度大，通常只能检查其结构体系是否完整，如没有钢结构制作安装单位的发货单时，对屋面构件的鉴定存在一定的风险。

3）钢结构焊缝质量的检测难度也比较大，尤其是一级焊缝，要求用超声波探伤仪全部检测，构件在工厂焊接时质量有一定的保障，但现场焊接质量一般较差。

4.2.2 报告编制难点

1）当需要进行结构计算复核时，对鉴定人员的技术水平要求比较高，需对整个结构体系有深入的了解。

2）鉴定人员因对结构体系一知半解，尤其是檩条等薄壁型钢的特点不了解，在计算复核时抓不住重点，容易忽略其安全性，在鉴定评级时不够全面。

3）对于屋面及墙面金属板性能不了解，而业主也未能提供相关性能资料，只能根据现有状况的检查评级，对其使用年限内状况不能准确地预估。

5 结论与建议

5.1 结论

1）县市级钢结构制作安装单位水平参差不齐，其制作安装水平普遍偏低，存在较大的安全隐患。

2）外地设计单位对本地区冰雪荷载了解不到位，在 2008 年冰雪灾害后，对于轻型钢结构房屋屋面活荷载要求按 0.7 kN/m2考虑。

3）随着城镇经济不断发展，各县市级地区为了统一产业管理，新建工业园区，采用门式刚架轻型房屋结构体系，却对其结构体系特点不清楚，对钢结构制作安装不重视。

4）所有厂房均设置了女儿墙和气楼天窗，设计时并未考虑在极端恶劣天气下，屋面雪荷载会形成堆积，从而导致房屋在正常使用年限内存在一定的安全风险。

5）山墙面檩条与抗风柱均未设置隅撑，部分抗风柱平面外长细比及稳定性是不满足规范要求的。

6）各方对钢结构的防腐及防火不重视，钢构件防腐涂料厚度基本不满足规范要求，防火涂料未刷。

5.2 建议

1）县市级地区相关行政主管部门对本地区的钢结构房屋建设需引起重视，对钢结构制作安装行业加强监督管理。

2）工业园区建设方可引进相关的钢结构技术人员或咨询单位，对整个项目的钢结构关键技术严格把控。

3）对于工业园区较大规模的钢结构厂房建设，钢结构分项工程可统一施工招标，邀请有资质及有相关业绩的单位参与投标，以保证制作安装水平。

4）对于门式刚架轻型房屋设计，可邀请经验丰富的相关设计院或有设计资质的钢结构施工单位，实际上后者更专业。

5）随着国家经济的飞速发展，检测单位需对结构鉴定人员分专业培养或引进，以保证其报告的准确性及专业性。

6 结语

通过对某县级市工业园区钢结构厂房结构检测鉴定，就存在的质量问题进行了总结，并做了较为详细的原因分析，并对检测过程中遇到的重点、难点问题进行了阐述和分析，最后得出常见并涉及到结构安全的质量问题与原因，并为提高工程质量提出了建议。