工业厂房加固后可靠性鉴定.doc

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1、工业厂房加固后可靠性鉴定摘 要厂房内大面积地面堆载下，厂房地面各区域发现有不同程度的沉降，钢梁和屋面板局部下挠，钢柱倾斜。为了确保结构安全，对地面进行加固处理；处理后发现柱倾斜加剧。为了确保结构的安全，结合工程实例分析厂房加固前和加固后损伤原因，并评价厂房现有状态的可靠性。关键词大面积堆载 不均匀沉降 倾斜 加固 可靠性鉴定引言浙江省绍兴市一厂房为单层门式钢架结构建筑，主体地基采用500mm预应力管桩，桩长约4550米，桩尖持力层选在强风化岩层。地面地基采用550mm水泥搅拌桩处理，桩长12米。投产后，厂房地面各区域均发现有不同程度的沉降，最严重区域最大沉降45cm左右；并发现部分钢构件产生变

2、形，其中屋面钢梁和屋面板局部下挠。后期采用静压锚杆方桩加固和预应力管桩加固。本文针对上述存在的问题，对产生现状的原因进行分析并按工业建筑可靠性鉴定标准GB50144-2008评估其是否还能安全使用。1 工程背景1.1 建筑结构概况厂房采用单层五跨轻钢结构，平面呈现矩形，跨度均为25mm，柱距8m，轴网尺寸为176m82m，建筑面积为约23600 m2，参见图1。钢柱柱脚标高为0.00，A、F轴柱顶标高9.50m，B、E轴柱顶标高9.70m，C、D轴柱顶标高10.90m。钢柱采用H480220510、H326260512和H330250510焊接H型钢。钢柱、梁采用Q345钢，其余构件采用Q23

3、5钢。根据现场堆载物品、单位重量以及占地面积等对地坪堆载情况对地坪堆载情况进行统计，地面堆载为0.9KPa23.4KPa，参见图1。1.2 工程地质概况厂房场地土类型属软弱场地土，所在场地属于类场地，地基土自地表往下各土层的厚度及主要物理力学性能详见表1。2 现场勘验检测情况2.1 地面、柱顶及屋脊标高测量现场采用水准仪对厂房地面进行标高测量，共设置沉降点85个。测量结果表明厂房加固后地面跨中标高与边柱标高高差平均值约46mm。现场采用全站仪对厂房各轴线柱顶及局部屋脊相对标高进行测量，相对高差、测点布置和测量结果见图2、3。测量结果表明：轴相邻柱沉降差基本满足规范要求。12轴、13轴屋脊出现永

4、久变形，变形量分别为157mm、184mm。2.2 钢构件变形检测采用全站仪对钢立柱进行倾斜检测，共计测点78个，5个测点满足规范C级侧向位移限值H/700要求。各观测点水平位移情况计算结果详见图1。采用全站仪对部分屋架梁跨中挠度进行检测， 8处屋架梁构件跨中挠度超出规范限值（L/400）要求；其中3/A-B跨中挠度79.2mm， 4/A-B跨中挠度82.4mm， /E-F跨中挠度69.5mm， 8/C-（1/C）跨中挠度59.4mm， 13/A-B跨中挠度77.2mm， 14/A-B跨中挠度74.9mm， 18/A-B跨中挠度71.6mm， 20/C-（1/C）跨中挠度39.6mm。3 结构

5、验算3.1 刚架结构承载力验算对厂房21榀刚架进行计算（以2022轴为例），当结构水平位移过大达到C级标准的严重情况时，考虑水平位移引起附加内力对结构承载力的影响。采用中国建筑科学研究院结构研究所PKPM系列的STS计算软件建模，按图1将各柱柱顶增加结构水平位移计算。柱脚采用地脚螺栓连接，建模时假定为铰接，其它部位为刚接。计算时，梁柱轴线尺寸、截面尺寸、材料强度均取设计值。？屋面恒载标准值：？0.20？kN/m2？，屋面活载标准值：0.50？kN/m2？。计算结果表明：21/A-B、21/E-F屋架梁最大应力比为1.01，22/A-B、22/E-F屋架梁最大应力比为1.02，不满足现行设计规范

6、要求；其余钢构件最大应力比1，满足现行设计规范要求。3.2 水泥搅拌桩复合地基承载力及变形计算根据厂房的堆载和地基处理情况对水泥搅拌桩复合地基下卧层承载力及变形进行计算。选取地面堆载20.6KPa，尺寸8m24m，水泥搅拌桩桩长12m，矩形布桩，5502000。采用分层叠加法和角点法计算，计算结果表明，复合地基下卧层承载力满足规范要求；搅拌桩复合土层矩形基础中心点的平均压缩变形S1= 155mm，S2=229mm，S= 384mm。4 原因分析4.1 地面沉降分析该厂房地基采用12m550m水泥搅拌桩处理，位于淤泥层中部，搅拌桩处理范围以下仍有约20m软弱下卧层。在大面积地面荷载的作用下，下卧

7、软弱层将会发生长期而缓慢的次固结沉降和压缩变形。厂房水泥搅拌桩复合地基变形理论计算表明该复合地基最终沉降量约为38cm，考虑施工误差与实际最大沉降量45cm基本吻合。加固改造前的地面沉降主要原因是设计对竖向承载搅拌桩复合地基的变形未提出有效的处理措施。4.2 柱和梁变形分析对于桩基础，大面积地面荷载一方面会在桩身产生负摩擦阻力，增加桩的竖向荷载并产生不均匀沉降，另一方面土体发生水平侧移，使桩挠曲、水平变形，产生弯矩，从而使上部结构柱倾斜等损伤。加固施工采用大量的挤土类型桩，由于大量桩体积的压入，破坏了土体的相对平衡状态，在不排水条件下桩必须向外挤开与自身体积相等的土体体积。这就造成桩周土体中产

8、生很大的应力增量。挤土类桩在沉桩过程中，由于桩自身的体积“占用”了土体原有的空间，使桩周的土体向四周排开，加剧柱上部结构柱倾斜等损伤。柱倾斜导致梁柱节点产生一定的附加弯矩，导致相关梁荷载增加，构件变形增加。根据刚架结构承载力验算可知，边跨钢构件应力比增加明显。5 综合鉴定评级结合工业建筑可靠性鉴定标准GB50144-2008及其他相关标准规范对该厂房主体结构进行如下分析及评定：5.1 构件的鉴定评级（1）构件安全性等级：25单元a级构件16个，b级构件1个，占比分别为0.94和0.06；6、7、10、11、16、17、2022单元a级构件13个，b级构件1个，占比分别为0.93和0.07；8、

9、9单元a级构件18个，占比分别为1.00；1215单元a级构件15个，占比分别为1.00；18、19单元a级构件14个，占比分别为1.00。（2）构件使用性等级：屋架梁共8处跨中挠度变形超过相关设计规范要求，尚不明显影响正常使用；按变形项目评定其为b级，其余钢屋架梁为a级。12、13轴屋脊由于地面下沉造成屋架永久性变形，尚不明显影响正常使用；按偏差项目评定其为b级，其余钢构件为a级。钢构件表面防腐层完好，未发现钢构件严重腐蚀致使截面削弱材料性能降低的现象；按腐蚀和防腐项目评定其为a级。5.2 结构系统的鉴定评级（1）地基基础：相邻柱沉降差基本满足规范要求；加固后地面跨中与边柱高差平均值约46m

10、m，沉降速率约为0.024mm/d小于0.04mm/d的限值要求。综合评定地基基础安全性及使用性等级均为B级。（2）上部承重结构结构布置合理，形成完整的体系；考虑到部分钢柱平面内、外水平位移超限，虽然承载力验算满足规范要求，但对结构整体性存在影响；评定该结构整体性为B级。b级构件16个，未出现c、d级构件，各计算单元b级构件含量不多于30%，承载功能符合规范A级要求。根据其所含构件使用性等级的百分比确定，b级构件15个，未出现c级构件，使用状况符合A级要求。上部结构水平位移使用性等级参照结构的承载功能等级评定其使用性等级为B级。综合评定上部承重结构安全性等级及使用性等级为B级。（3）围护结构系统：屋面构造及排水设施完好，外墙及面层外观局部脱落变形，尚不影响使用功能，门窗外观完好，地下防水基本完好。综合评定围护结构系统安全性及使用性等级均为B级。6 结论综上所述，目前厂房工程可靠性等级评定为二级；地面沉降是由于设计对竖向承载搅拌桩复合地基的变形未提出有效的处理措施；柱和梁变形主要是地面加固改造前大面积地面堆载和加固改造过程挤土桩施工所致。参考文献（1）张伟平，顾祥林，陈涛 大面积地面堆载下厂房结构安全性的评估 上海：同济大学，2007.4