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      2. 淺談老舊工業廠房主體結構承載力驗算

          0 引言
          
          隨著我國建筑行業的快速發展,作為工業生產基礎設施的工業廠房也得到了大規模快速的建設和發展,其中一些建設年代較早的廠房,從工業建筑壽命上講已經進入了老年期。伴隨著各種結構構件的自然老化、破損,以及受到外界高溫、高濕、酸堿性氣體和各種人為因素影響,這類工業廠房結構可靠性及安全性已嚴重降低。因此有必要對已有工業廠房的主體結構承載力進行客觀的驗算,以對廠房的后續使用提供可靠的建議。

          1 工程概況
          
          介休市向明碳素實業有限公司原料車間建于 2004 年。該建筑平面呈矩形,長 31. 8 m,寬 12. 3 m,建筑總高度為 7. 85 m,總建筑面積為 403. 44 m2.該車間為單層空曠磚混結構,磚墻與磚柱承重,屋面采用輕型拱桁架承重,上覆輕型彩鋼板。該結構為單層,墻體厚度 240 mm,結構四角及墻體中間每隔一定距離設置磚壁柱,距離墻體頂端 1. 5 m 處設置有鋼筋混凝土圈梁。圈梁以上墻體在磚壁柱的位置設置有鋼筋混凝土構造短柱。該車間外觀及內部情況現狀見圖 1 和圖 2.
          
          2 整體結構校核計算分析
          
          以實際檢測結果為依據,結合原設計圖紙等相關資料,按照實際的荷載條件及材料性能,對該設備庫主要結構構件的承載力進行建模驗算。

          2. 1 拱桁架結構承載力計算
          
          根據現場檢測結果,結合現場測繪圖紙,采用 MIDAS Gen 結構設計軟件對該拱桁架結構建模并進行承載能力分析。MIDASGen 軟件是一款主要面向建筑結構分析與設計的通用有限元分析軟件,目前在世界各地的大中型工程項目中已經應用多年。拱桁架上下弦桿為 40 圓鋼管,腹桿為 14 圓鋼管。設計算模型分別見圖 3.模型中結構自重由軟件自動計算,荷載及計算參數的選取依據原設計圖紙、結合現有結構做法和 GB 50009-2012 建筑結構荷載規范、GB 50017-2003 鋼結構設計規范,詳細參數見表 1.

          經計算,該桁架強度驗算應力比,整體穩定驗算應力比及桿件長細比均滿足規范要求。網架桿件承載力計算結果見圖 4.【1】

          
          根據上述驗算結果,依據 GB 50144-2008 工業建筑可靠性鑒定標準第 6. 3. 3 條的有關規定,對網架構件的承載能力等級進行鑒定評級,詳細結果見表 2.【2】

          
          2. 2 整體承載力計算
          
          根據現場檢測結果,結合原結構設計圖紙,采用 PKPM 結構設計軟件對該排架結構的承載能力進行建模驗算。結構整體計算模型見圖 5.為了簡化計算,本次驗算假設屋面拱桁架只充當水平系桿的作用,不提供抗彎剛度。模型中結構自重由軟件自動計算,荷載及計算參數依據原設計圖紙及《建筑結構荷載規范》《鋼結構設計規范》《空間網格結構技術規程》選取,其中屋面荷載按照網架支座反力施加于排架柱頂,其他荷載參數及模型參數分別見表 3.

          經計算,該結構所有承重墻體的靜力受壓抗力與荷載效應比值均大于 1,這說明該結構所有墻體構件的靜力受壓承載力滿足GB 50003-2011 砌體結構設計規范的有關要求,該結構墻體高厚比均未超過 GB 50003-2011 砌體結構設計規范表6.1.1 中允許限值。【3】

          
          3 結構可靠性鑒定
          
          根據 GB 50144-2008 工業建筑可靠性鑒定標準第 7 節結構系統的鑒定評級要求,分別對地基基礎、上部承重結構和圍護結構三個結構系統的安全性等級和使用性等級進行評定。

          3. 1 地基基礎
          
          根據前述現場采用 RTS-852R 全站儀分別對原料車間砌體結構整體垂直度、地基基礎相對沉降變形進行觀測的結果,并結合該結構上部墻體未發現有明顯的裂縫的現狀,表明該結構地基基礎目前處于穩定狀態,不會對結構安全造成影響。因此依據 GB50144-2008 工業建筑可靠性鑒定標準第 7. 2. 2 條,根據目前地基變形的現狀,該廠房地基基礎安全性評為 B 級。又依據 7. 2. 6條、7. 2. 7 條規定,將該廠房地基基礎的正常使用性評為 B 級。

          3. 2 上部承重結構
          
          1) 上部承重結構安全性等級評定。上部承重結構的安全性等級,應按結構整體性和承載功能兩個項目評定,并取其中較低的評定等級作為上部結構的安全性等級,必要時可考慮過大水平位移或明顯振動對該結構系統或其中部分結構安全性的影響。

          a. 結構的整體性。結構整體性的評定應根據結構布置和構造,按 GB 50144-2008 工業建筑可靠性鑒定標準表 7. 3. 2 的要求進行評定,并取結構布置和構造等級作為結構整體性的評定等級。

          根據前述檢測結果,原料車間現有結構布置總體合理,結構選型正確,形成完整的系統,傳力路徑基本明確。目前該結構各類構件之間的連接未出現明顯的松動、損傷。

          該原料車間建于 2004 年,受建設當時的設計、施工技術能力的限值,該結構在整體性構造及節點構造等方面與現行國家標準規范的要求存在一定的差距。但是該車間磚柱基本不存在明顯外觀質量缺陷及損傷( 除了?/④軸磚柱存在明顯的損傷) .按照結構布置和構造、支撐系統兩個項目,結構的整體性均評定為B 級。因此,該結構的整體性綜合評定為 B 級。

          b. 結構的承載功能。經計算,該結構所有承重墻體的靜力受壓抗力與荷載效應比值均大于 1,這說明該結構所有墻體構件的靜力受壓承載力滿足 GB 50003-2011 砌體結構設計規范的有關要求。

          根據拱桁架承載力驗算結果可知,在正常受力的前提下,該屋面系統拱桁架結構的承載力基本滿足正常使用要求,因此該部分構件的安全性等級按照構造和承載功能應評為 a 級。

          綜上所述,依據 GB 50144-2008 工業建筑可靠性鑒定標準第7. 3. 4 條的規定,該廠房的上部承重結構的承載功能應該評定為B 級。

          2) 上部承重結構使用性等級評定。上部承重結構的使用性等級應按上部承重結構使用狀況和結構水平位移兩個項目評定,并取其中較低的評定等級作為上部承重結構的使用性等級。

          按照損傷及構造,該車間墻及壁柱的使用性等級評為 b 級;按照變形現狀,該車間墻及壁柱的使用性等級評為 b 級。則根據上述構件按照損傷和構造的使用性評級結果,該廠房上部承重結構的使用狀況等級應評為 B 級。根據上述墻體構件按照變形現狀的使用性評級結果,該廠房上部承重結構的水平位移項目等級應評為 B 級。該車間拱桁架按照構件的裂縫、變形、缺陷與損傷、腐蝕等項目進行評定,根據現場檢測結果,該車間拱桁架使用性等級可評為 B 級。

          綜上所述,該車間上部承重結構的使用性等級綜合評為 B 級。

          3) 上部承重結構可靠性等級評定。綜上所述,該廠房上部承重結構的安全性等級評為 B 級,使用性評為 B 級,因此上部承重結構的可靠性等級應評為 B 級。

          3. 3 圍護系統
          
          根據上述檢測結果并依據 GB 50144-2008 工業建筑可靠性鑒定標準第 7. 4 節的相關規定,對圍護系統的使用性等級進行評級,統計結果如表 4 所示。根據評級結果,該原料車間圍護結構使用性等級為 B,綜合可靠性評級為 B 級。【4】

          
          4 綜合鑒定評級
          
          工業建筑物的可靠性綜合鑒定評級,可按所劃分的鑒定單元進行可靠性等級評定,綜合鑒定評級結果列入表 5.【5】

          
          5 結論及建議
          
          1) 鑒定結論。依據 GB 50144-2008 工業建筑可靠性鑒定標準的有關規定,介休市向明碳素實業有限公司原料車間現有結構的可靠性等級為二級,該車間現有結構的安全性和使用性能能夠滿足正常使用的要求。

          2) 建議。a. 對有缺陷損傷的結構構件盡快采取補修措施,如存在開裂及碰損的墻體和壁柱,破損較為嚴重的窗戶及室外散水。b. 對采用輕型鋼拱桁架承重,上覆輕型彩鋼板的臨時性屋面圍護結構,建議定期進行檢查,及時維修更換。

          參考文獻:

          [1] GB 50009-2012,建筑結構荷載規范[S].
          [2] GB 50017-2003,鋼結構設計規范[S].
          [3] JGJ 7-2010,空間網格結構技術規程[S].
          [4] GB 50023-2009,建筑抗震鑒定標準[S].
          [5] GB 50011-2010,建筑抗震設計規范[S].

        關鍵詞:

        驗算相關信息

        国产港台经典三级