某重载钢结构仓库安全性鉴定及隐患分析

摘 要：【目的】为了保证既有重载钢结构仓库的安全使用，准确鉴定结构的安全性至关重要。【方法】结合具体工程实例，介绍了钢结构仓库结构安全性鉴定的方法及程序。【结果】通过现场检测结果并结合结构建模计算，综合判定该仓库的安全等级为四级，存在重大安全隐患。【结论】本研究对重载钢结构仓库在使用过程中可能存在的隐患进行分析，并提出消除隐患的建议，为同类结构的安全性鉴定和治理提供技术依据。

关键词：重载仓库；钢结构；结构安全性；鉴定；隐患分析

中图分类号：TU391 " "文献标志码：A " " 文章编号：1003-5168（2024）12-0061-05

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2024.12.012

Safety Appraisal and Hidden Danger Analysis of a Heavy-Duty

Steel Structure Warehouse

LI Bo1，2 "FU Wen1，2 HE Chaofeng1，2 LI Zhi1，2

（1.Wuhan Institute of Earthquake Engineering Co.， Ltd.， Wuhan 430071，China;

2.Hubei Zhentai Construction Engineering Quality Testing Co.， Ltd.， Wuhan "430071，China）

Abstract： [Purposes] In order to ensure the safe use of existing heavy-duty steel structure warehouses， it is crucial to accurately identify the safety of the structure. [Methods] Through on-site inspection results and structural modeling calculations， the safety appraisal rating of the warehouse is carried out. [Findings] Through the field test results and combined with the structural modeling calculation， it is comprehensively determined that the safety level of the warehouse is four levels， and there are major safety hazards. [Conclusions] This study summarizes possible hidden dangers during the use of heavy-duty steel structure warehouses and suggestions for eliminating hidden dangers， providing technical basis for the identification and management of similar structures.

Keywords： heavy-duty warehouse; steel structure; structural safety; identification; hidden danger analysis

0 引言

既有钢结构仓库是我国现阶段仓库的主要形式之一，在我国各地区各行业分布广泛，体量极大。众多结构试验和实际案例表明，钢结构的变形、破坏往往具有突然性，一旦结构出现屈曲变形，整体结构将在很短的时间内失稳坍塌。因此，钢结构建筑通常不允许超载使用，并且在使用过程中要定期进行安全检查和鉴定，尤其是非单层钢结构。本研究针对某受损二层钢结构重载仓库结构安全性鉴定实例，结合现场检测数据，使用PKPM软件进行承载力计算，分析安全性和存在的隐患，为同类结构的安全性鉴定提供借鉴。

1 工程概况

本钢结构重载仓库建于2006年，为地上2层钢框架结构，柱下独立基础，压型钢板混凝土组合楼板，现场量测长42.3 m、宽23.5 m，单层建筑面积约994 m2。柱下独立基础以处理后的土层为持力层，地基承载力特征值大于等于200 kPa，仓库一层主要为厂房通道，物料荷载置于二层楼面。原设计楼面活载5.0 kN/m2。因使用需要，厂方自行在二层布置多层货架，货架每层承重3 t，二层货物总重约180 t，采用叉车转运货物，目前仓库二层楼面已出现大量裂缝。

2 检测和鉴定内容

本研究主要对钢结构仓库的环境条件和现状、钢结构构件的外观质量及损伤情况进行调查，并对钢结构构件的材料强度和变形进行检测，结合检测数据进行承载力计算后，依据《工业建筑可靠性鉴定标准》（GB 50144—2019）［1］对该仓库结构安全性进行鉴定。

3 现场检测结果

3.1 现状及环境调查

该厂房周边环境稳定，无不良地质及施工影响。钢框架梁、柱均采用H型钢，因大部分设计资料缺失，现场实测梁、柱截面尺寸见表1。

表1 梁、柱截面尺寸

[名称 构件位置 截面尺寸（高度×翼缘板宽度×腹板厚度×翼缘厚度）/mm GZ1 框架柱 H400×220×8×10 GZ2 框架柱 H350×220×8×10 GL1 主钢梁 H500×220×8×12 GL2 次钢梁 H350×175×6×9 ]

3.2 外观质量和损伤情况调查

钢柱和钢梁平直牢固，未见明显缺陷和不适宜承载的变形。压型钢板未见明显变形。主梁与钢柱、主梁与次梁均采用高强螺栓连接，且连接紧密，梁柱节点未见明显变形，节点板未见明显变形，螺栓未见松动，螺栓丝扣外露，满足钢结构施工质量验收标准［2］的要求。

楼板面有大量裂缝，裂缝大多数分布在货架间的通道上，且存在发展的迹象。目前裂缝长度集中在2.5～10 m之间，宽度为0.3～1.3 mm，现场选取部分典型裂缝采用混凝土裂缝缺陷综合测试仪进行裂缝深度检测，结果显示裂缝深度为76.2～123 mm，大部分已超过一半楼板厚度。货架及主要裂缝分布情况如图1所示，现场货架如图2所示，楼面裂缝如图3、图4所示。

3.3 材料强度检测

在现场检测过程中，钢结构构件经打磨后采用里氏硬度计［3］进行检测。实际检测结果为Q345B，与现存设计资料相符。因现场条件限制，楼板混凝土强度采用回弹法检测，该方法操作便捷且不会对结构造成损伤，检测完成后能够快速恢复功能。现场抽取5块楼板进行检测，所检测楼板混凝土强度推定值范围为27.7～30.9 MPa，具体数据见表2。

3.4 承重构件变形检测

承重结构构件的变形情况可以直观地反映结构的工作状态，本研究采用全站仪对钢柱垂直度和钢梁挠度进行检测，分别抽取10个构件，柱顶位移和钢梁挠度均未超过可靠性鉴定标准构件评级中不适于承载的侧向位移和挠度变形评定限值，具体结果见表3、表4。

4 结构承载力计算

厂房一层无货物堆放，该仓库主要考虑二层荷载的作用，按最不利情况计算承载力。根据现场检测结果，采用中国建筑科学研究院结构计算软件PKPM-V1.5对该钢结构仓库进行承载力计算。

4.1 荷载及计算参数

结构构件布置及其截面尺寸按实际量测结果取值，楼面恒载取1.5 kN/m2（不包含楼板自重）。二层楼面货架分为二层和三层两种类型，货架每层均限重3 t，单个货架投影尺寸为1 m×2.5 m。鉴定过程按最不利荷载考虑，即货架每层均布置最大荷载，根据货架布置的位置经等效计算，楼面1-4×A-F区域均布活载取5.2 kN/m2，1-4×F-G区域均布活载取4.7 kN/m2，两层货架4个立柱集中荷载约7.5 kN，三层货架4个立柱集中荷载约15 kN。钢材强度为Q345B，与设计强度一致。荷载组合按《建筑结构可靠性设计统一标准》（GB 50068—2018）［4］执行。货架立柱集中荷载如图5所示，计算模型如图6所示。

4.2 计算结果

计算结果显示，该钢结构仓库的基础承载力满足要求，梁、柱的承载能力不满足要求，大部分构件的作用效应与抗力之比均超过规范要求，被鉴定为d级的构件数量超过60%，远大于10%。以框架柱为例，b级及以上的构件见表5。

5 鉴定评级

根据现场检测结果和承载力计算结果，对该钢结构仓库的结构安全性进行鉴定评级，按照《工业建筑可靠性鉴定标准》（GB 50144—2019）应划分为构件、结构系统、鉴定单元三个层次。因本项目仅对安全性进行鉴定，故不考虑使用性和耐久性。安全性分别从地基基础、上部承重结构和围护承重结构三个子单元的安全性等级进行评定。

5.1 构件安全性评级

钢梁、柱的挠度和变形未超过规范允许的范围，构件组成形式符合标准规定，表面无缺陷，工作无异常；节点连接方式正确，焊缝表面质量无缺陷，连接板位置无明显偏差，工作无异常，但是经承载力计算，按照厂房规定的使用荷载则明显超出结构构件的承载能力，大部分梁、柱应力比均不满足要求，被评为d级。

楼板构件组成形式符合标准规定，但楼板的混凝土面已产生大量裂缝，且从裂缝长度、宽度、深度等方面分析，多条裂缝均已对结构造成较为严重的损伤，被评为c级。

5.2 结构系统安全性评级

经现场勘查，该厂房区域场地地基稳定，无滑动迹象和滑动史，且未发现因地基不均匀沉降和基础损坏引起的上部结构变形和地面沉降裂缝。综合推断地基基础无明显异常，地基基础安全性等级为A级。

上部承重结构布置合理，传力路径明确，符合现行有关规范的规定。支撑系统和抗侧力系统布置合理，传力体系完整，符合现行有关规范的规定；楼板构件有损伤，但经承载力计算，上部承重结构中d级构件大于10%，故上部承重结构的安全性等级为D级。

围护结构系统布置合理，传力路径明确，符合现行有关规范的规定，屋面板及外墙未见有明显损坏情况，故围护结构系统安全性等级为A级。

5.3 鉴定单元安全性评级

工业建筑中鉴定单元的安全性等级至少按照各结构系统中最低的等级作为鉴定单元的安全性等级。综上所述，由于该钢结构仓库的上部承重结构系统安全性等级为D级，承载能力不满足要求，故该钢结构仓库安全性鉴定评级为四级，严重影响整体安全，须立即采取措施保证安全。

6 隐患分析

通过现场的检测、鉴定和数据分析，结合该钢结构仓库目前的使用状态，该仓库可能存在以下潜在的隐患和安全风险，需要积极处理，加强监测，根据结构构件的状态立即进行荷载调整或者加固处理。

6.1 结构承载力不足

该重载钢结构仓库原设计荷载为均布荷载，且未考虑重型货架的集中荷载作用。当前状态下，二楼布置了集中荷载和均布荷载，拟施加荷载远大于设计荷载，当前结构虽暂时处于安全状态，但结构无法承受拟施加的预期荷载。另外，集中荷载会增加楼板的荷载集中度，可能导致楼板发生挠度过大的问题，在长期使用过程中可能会引起楼板的龟裂和开裂现象，任其发展可能导致结构在预期荷载的作用下发生失稳垮塌，对人员和财产造成严重伤害和损失。

6.2 荷载布置不规范

该重载钢结构仓库二层货架的布置不合理，布置货架前未咨询原设计单位或有资质的设计单位，未考虑合理受力的要求，仅根据厂方的使用需求随意布置。大部分货架的支撑点未布置在梁柱上方，而是直接支撑于楼板上，且未设置荷载分散的措施，现已造成楼板局部因结构强度不足而出现裂缝、变形的现象，长期使用可能会造成变形加剧，进而影响整个结构的稳定性。

6.3 地基问题

该重载钢结构仓库设计地基承载力特征值不小于200 kPa，考虑均布荷载5 kN/m2。根据计算结果显示，目前最大使用荷载如果布置到位，地基承载力无法满足需求，可能导致地基沉降、倾斜或失稳，进而对结构造成潜在威胁。

6.4 振动和冲击

该重载仓库在运转过程中，货物的码放和转运均由叉车实施，叉车自重超过1 t，且单次转运货物重量约为1.5 t。叉车对楼面的荷载作用包括四个车轮的集中荷载和运行振动荷载，在重载钢结构仓库内进行装载和卸载作业时，还可能会产生振动和冲击。如果结构不能有效吸收和分散这些力量，可能导致结构疲劳和损坏。

综上所述，为保证重载钢结构仓库在使用过程中的安全，必须重视结构强度、地基承载能力、振动和冲击等方面的安全风险评估，并采取相应的措施进行预防和管理。

7 结语

本研究通过对某重载钢结构仓库的检测和鉴定，找出该仓库结构体系的薄弱之处和隐患处理的重点。因此，在钢结构的日常使用中，尤其是多层重载仓库，要保证安全性应做到以下几点。

①对于未经设计复核的超设计荷载使用或不合理布置使用荷载现象，在结构未出现严重损伤之前进行卸荷，是保证结构安全最有效便捷的方式。

②严禁随意增加货架、楼面使用荷载，若确实需改变结构或增加荷载，应委托具备相应资质的设计单位和加固施工单位进行设计和加固。

③对使用过程中出现的结构损伤应及时关注，分析原因并采取针对性措施，避免损伤进一步扩大。

④定期对厂房状况进行检查和检测，监测结构承重体系是否异常，是保证厂房、仓库正常运行的前提。

参考文献：

［1］中华人民共和国住房和城乡建设部.工业建筑可靠性鉴定标准：GB 50144—2019［S］.北京：中国建筑工业出版社，2019.

［2］中华人民共和国住房和城乡建设部.钢结构工程施工及验收规范：GB 50205—2020［S］.北京：中国计划出版社，2020.

［3］张树勋，崔萌，王宁，等. 里氏硬度换算建筑结构钢材强度的影响因素及相对偏差［J］.理化检验-物理分册，2021，57（7）：6-11.

［4］中华人民共和国住房和城乡建设部.建筑结构可靠性设计统一标准：GB 50068—2018［S］.北京：中国建筑工业出版社，2018.