徐 燦

(武漢工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 湖北 武漢：430080)

0 引言

工業(yè)廠房在運行了一定年限后，難免出現(xiàn)一些損傷。尤其是鋼結(jié)構(gòu)作為主體支撐部分的廠房，鋼結(jié)構(gòu)容易出現(xiàn)腐蝕、變形、裂紋等缺陷。許多工業(yè)廠房載荷比較大，尤其是動載荷作用頻繁的廠房，應(yīng)當(dāng)定期對該建筑的可靠性做出整體評價，以便對其開展合理的維護保養(yǎng)工作。工業(yè)廠房的可靠性鑒定是工業(yè)生產(chǎn)單位日常管理工作中必不可少的環(huán)節(jié)，應(yīng)當(dāng)引起管理者的高度重視。通過有計劃地檢測與鑒定，可為廠房的安全管理提供科學(xué)依據(jù)，尤其是在現(xiàn)場一線工人反映問題后，更要及時處理，避免因結(jié)構(gòu)性安全導(dǎo)致人員傷亡、設(shè)備損毀、廠房坍塌等嚴(yán)重后果。本文以某爐渣間廠房的可靠性鑒定為例進行了探討。

1 工程概況

2019年筆者受委托對某廠用于煉鋼爐排放渣翻罐作業(yè)的爐渣間進行鋼結(jié)構(gòu)可靠性鑒定。該爐渣間廠房建成于1995年，為單層全鋼框架結(jié)構(gòu)，主跨(Z1～Z2跨)跨度27.0m，附跨(Z0～Z1跨)跨度6.0m；基本柱距24.0m，延伸段(01～1.14軸線)柱距21.0m，共11個柱距，全長261.0m；主跨屋檐標(biāo)高27.000m，附跨屋檐標(biāo)高10.300m；廠房建筑面積(軸線面積)8980.0m2。廠房為全鋼結(jié)構(gòu)，其主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件屋架及天窗架、托架、吊車梁均采用鋼結(jié)構(gòu)，屋面及墻皮等圍護設(shè)施采用壓型鋼板；Z0軸線柱采用型鋼柱，Z1、Z2軸線柱采用鋼結(jié)構(gòu)階型柱。廠房各列柱基采用鋼筋混凝土挖孔灌注樁，Z0軸線柱下設(shè)一根樁，樁長10～15m不等；Z1軸線柱下設(shè)兩根樁，樁長10～18m不等；Z2軸線柱下設(shè)兩根樁，樁長12～20.5m不等。廠房內(nèi)設(shè)有三臺100/32t重級工作制電動橋式吊車，吊車軌道頂面標(biāo)高18m。在4.05～5.02軸線、5.02～5.26軸線及5.26～6.23軸線間設(shè)有三條渣車軌道，通過吊車作業(yè)將渣車送出的煉鋼廢鋼渣倒入靠近Z1軸線柱列一側(cè)的9個倒渣池進行處理。爐渣間廠房平面、立面圖及渣池布置圖見圖1～圖3。

圖1 爐渣間平面圖

圖2 渣池布置圖

圖3 渣池布置圖

該爐渣間處理煉鋼鋼渣任務(wù)繁重，因熱潑渣水處理工藝原因，廠房長期處于潮濕、粉塵環(huán)境之中，環(huán)境惡劣，結(jié)構(gòu)腐蝕損傷等問題突出；另外，因工藝需要，近期擬增加一臺吊車。為此，對廠房結(jié)構(gòu)進行可靠性檢測鑒定，對存在的缺陷和損傷、可能的安全隱患等進行檢查鑒定。根據(jù)檢測鑒定結(jié)果，提出相應(yīng)處理意見，為廠房的安全生產(chǎn)及加固、維護、管理等提供技術(shù)依據(jù)。

2 現(xiàn)場檢測

2.1 檢測儀器設(shè)備

表1 檢測儀器設(shè)備一覽表

2.2 框架柱系統(tǒng)檢測

主跨(Z1～Z2)均采用鋼結(jié)構(gòu)階形柱，下柱為格構(gòu)式，上柱為實腹式。附跨柱(Z0軸列)采用型鋼柱?，F(xiàn)場檢查中對柱子進行了普查和詳查，對鋼柱布置和連接節(jié)點進行校核和檢查。

2.2.1 柱外觀檢查

Z1軸列靠近渣池的2.08～9.7軸線柱的下柱段，為避免熱渣侵蝕，柱根包覆了300～400mm厚混凝土，并在柱四周外包了鋼板進行防護。檢查發(fā)現(xiàn)，Z1軸線5.02線、5.26線、6.23線、7.20線的柱，外包鋼板沒有到底，存在間隙，或者鋼板出現(xiàn)腐蝕破損，這樣積渣渣水仍可直接接觸腐蝕柱根。

Z2列柱以及附跨Z0列工字鋼柱，柱根均采取外包混凝土進行保護，避免了柱根積水、水渣直接腐蝕，現(xiàn)場檢查未見嚴(yán)重積水柱根腐蝕的情況。

Z2列柱下段，以及附跨工字鋼柱，外觀涂料基本完整，間或點狀銹跡或局部銹跡；而Z1列與Z2列柱上段，涂料局部或成片剝落，輕微銹蝕；在吊車走道平臺處，上柱根部多有積灰或堆積廢棄物，受主導(dǎo)風(fēng)向影響，Z2列積灰較嚴(yán)重，積灰致使上柱根部局部銹蝕損傷。上段柱柱頭與屋架、托架連接區(qū)域，肩梁及與吊車梁連接區(qū)域，均有積灰，也出現(xiàn)銹跡或輕微銹蝕現(xiàn)象。

2.2.2 柱傾斜變形

依據(jù)現(xiàn)場觀測條件，對具備觀測條件的柱在框架平面內(nèi)的傾斜進行了測量，抽測結(jié)果見下表2所示。

表2 部分廠房柱傾斜值

從表2測量結(jié)果可知，柱框架平面內(nèi)傾斜，上柱(高度12.22m)主要是向內(nèi)傾斜，傾斜值在4mm～22mm間不等(個別有外傾)；而下柱(高度14.78m)主要是向外傾斜，傾斜值在3mm～36mm間不等。

據(jù)了解，2012年2.08～8.20軸線屋架進行更新施工時，未采取任何防止鋼柱橫向位移的施工措施，只是簡單的直接在節(jié)點處拆解，鋼柱因內(nèi)力釋放而必然產(chǎn)生橫向位移，從而加大鋼柱外傾。測量結(jié)果是柱的絕對傾斜值，它包含初始的安裝偏差，使用中的累積變形，以及荷載作用下的彈性變形等等。柱子的傾斜往往會對廠房結(jié)構(gòu)的正常使用造成不利影響，按照《工業(yè)建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》(GB50144—2008)，柱變形限值為Hc/1250(見表3)，即下柱限值為12mm，上柱限值為10mm。按此標(biāo)準(zhǔn)，抽測的柱中少數(shù)柱存在超限值。

表3 結(jié)構(gòu)側(cè)向(水平)位移評定等級

2.3 吊車梁系統(tǒng)

廠房吊車梁均為簡支實腹式焊接工字形鋼吊車梁，跨度為24m及21m。吊車梁水平制動結(jié)構(gòu)采用制動梁，由吊車梁上翼緣、制動板和輔助桁架上弦桿組成。

吊車梁系統(tǒng)直接承受動力荷載，與生產(chǎn)過程關(guān)系也最為緊密，是檢查、維護的重點對象，廠方也多次對其進行檢查檢測及維護。本次現(xiàn)場檢查，對吊車梁系統(tǒng)布置及構(gòu)件截面幾何尺寸進行了復(fù)核，對吊車梁本體及連接進行了詳細(xì)檢查。

吊車梁系統(tǒng)整體使用狀況尚可，檢測未見明顯缺陷、損傷。與前幾次檢測情況對比，未發(fā)現(xiàn)吊車梁系統(tǒng)的狀況發(fā)生明顯變化，其工作狀況較為穩(wěn)定。但吊車梁上翼緣與柱的連接，經(jīng)現(xiàn)場檢查，其制作安裝極不規(guī)范，施工隨意，與柱相連接一端，連接板的連接按設(shè)計要求應(yīng)采用高強螺栓，而實際是普通螺栓連接及焊接連接，且螺栓多有漏裝或已銹脫，螺栓個數(shù)各不相同；焊縫外觀多存在成形不良、咬邊、焊瘤、未焊滿等質(zhì)量缺陷。吊車梁上翼緣與柱的連接，設(shè)計所采用的高強螺栓連接，具有較好的受力及耐疲勞性能，是合理的連接方式，而實際因銹損、漏裝或不規(guī)范安裝，多以焊接連接替代，但焊縫耐疲勞性能較差，通常僅用于起重量不大，或中、輕級吊車梁。從實際使用狀況上觀察，雖然連接不規(guī)范，但并未見連接件因受力因素而出現(xiàn)損壞、斷裂，螺栓剪斷、松動，焊縫開裂等現(xiàn)象。

3 結(jié)論與建議

3.1 鑒定結(jié)論

依據(jù)現(xiàn)場檢查、檢測、驗算分析及結(jié)構(gòu)構(gòu)件的評定認(rèn)為：該爐渣間廠房結(jié)構(gòu)，不符合國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的可靠性要求，影響整體安全和正常使用，應(yīng)采取措施。

廠房結(jié)構(gòu)存在的主要問題是：

(1)部分廠房柱的連接腐蝕損傷，連接的承載能力不滿足要求，影響結(jié)構(gòu)安全。

(2)吊車梁與廠房柱的連接不規(guī)范或存在缺陷，應(yīng)修復(fù)予以改善。

(3)Z2列1.14～4.05軸線范圍縱墻墻架結(jié)構(gòu)，腐蝕損傷或損壞，結(jié)構(gòu)承載能力被削弱，應(yīng)采取加固或更換處理措施。

(4)廠房結(jié)構(gòu)處于潑渣噴淋作業(yè)水氣粉塵環(huán)境之中，鋼結(jié)構(gòu)腐蝕損傷問題突出。依所處環(huán)境位置，不同部位的鋼構(gòu)件均有不同程度的腐蝕，生產(chǎn)繁重的廠房中部較兩端腐蝕嚴(yán)重。鋼結(jié)構(gòu)腐蝕不僅使其耐久性不能滿足下一目標(biāo)使用期的要求，而且使材質(zhì)劣化、削弱結(jié)構(gòu)承載能力。

3.2 處理建議

針對存在的問題，提出如下處理建議：

(1)Z1軸線5.02線、5.26線、6.23線、7.20線廠房柱，建議柱腳打開外包防護鋼板，若柱腳銹損嚴(yán)重應(yīng)補強加固修復(fù)、徹底除銹；同時升高柱腳外包混凝土，最后再用鋼板防護。

(2)吊車梁上翼緣與柱的連接，連接板進行更換，并應(yīng)按規(guī)范要求進行安裝。

(3)Z2列1.14～4.05軸線范圍縱墻墻架，進行加固或更換。

(4)潑渣噴淋作業(yè)所產(chǎn)生的水氣、粉塵，對鋼結(jié)構(gòu)有較強的腐蝕作用，致使結(jié)構(gòu)普遍銹蝕損傷。因此，必須強化對廠房結(jié)構(gòu)的維護管理，定期、及時的進行結(jié)構(gòu)構(gòu)件的除銹防腐處理。建議做到以下幾點：

1)完善、細(xì)化維護管理制度。

2)定期清掃屋面、走道積灰，走道上的廢棄物也應(yīng)及時清理，對“滴、跑、冒、漏”應(yīng)及時發(fā)現(xiàn)及時處理。

3)定期對鋼結(jié)構(gòu)的局部損壞、主要連接節(jié)點和銹蝕情況進行檢查。特別是屋蓋系統(tǒng)構(gòu)件，受水氣、粉塵影響最為嚴(yán)重，且處于高空檢查不易，應(yīng)特別注意。

4)按照結(jié)構(gòu)使用與維護要求，定期對廠房鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件進行除銹防腐處理。