钢结构厂房在工业生产中广泛应用,其安全与否直接关系到生产活动的正常进行和人员的生命安全。由于钢结构厂房通常跨度大、高度高,且承受各种动、静荷载,如设备重量、吊车荷载、风荷载、雪荷载等,定期进行安全检验可以及时发现结构的损伤、变形、连接松动等问题,预防事故的发生,确保厂房的安全性和可靠性。
二、检验依据设计文件
建筑设计图纸:包括平面图、剖面图、立面图等,能够提供厂房的建筑布局、空间尺寸、门窗位置等信息,用于检查厂房的使用功能和空间是否符合设计要求。
结构设计图纸:如基础图、柱网布置图、梁配筋图(对于有组合结构部分)、屋架结构图、吊车梁布置图(如果有吊车)等,明确厂房的钢结构体系(如门式刚架、框架结构等)、构件尺寸(钢柱、钢梁、檩条等的截面尺寸)、钢材型号(如 Q235、Q345 等)、连接方式(焊接、螺栓连接等)和基础设计,是评估厂房结构安全的关键依据。
设计变更文件(如有):记录厂房建设过程中的设计变更,如结构调整、荷载变化、材料替换等,这些变更会对厂房的安全性能产生重要影响。
国家和行业标准规范
《建筑结构检测技术标准》(GB/T 50344 - 2019):规定了建筑结构检测的通用程序、方法和技术要求,为钢结构厂房安全检验提供基本的技术指导。
《钢结构设计标准》(GB 50017 - 2017):用于评估钢结构厂房构件的承载能力、稳定性和连接设计等是否符合安全要求,是钢结构设计和验算的主要依据。
《钢结构工程施工质量验收标准》(GB 50205 - 2020):规范钢结构工程从原材料及成品进场、焊接工程、紧固件连接工程到钢结构安装工程等各环节的质量验收内容,用于检查厂房钢结构施工质量是否符合要求。
《建筑地基基础设计规范》(GB 50007 - 2011):确保厂房地基基础的承载能力和稳定性,检验基础的设计和施工质量是否满足厂房整体安全要求。
《建筑抗震设计规范》(GB 50011 - 2010)(2016 年版):如果厂房位于地震设防区,用于评估厂房的抗震性能,检查其是否满足抗震设计要求。
《工业建筑可靠性鉴定标准》(GB 50144 - 2019):提供工业建筑(包括钢结构厂房)可靠性鉴定的原则、方法和评级标准,用于综合评估厂房的安全性、适用性和耐久性。
三、检验内容(一)基本信息调查厂房概况调查
建筑信息调查:记录厂房的建筑年代、建筑面积、层数、高度(檐口高度、屋脊高度)等基本信息。了解厂房的使用功能,如生产车间、仓库、办公区域等不同功能区域的分布情况,因为不同功能区域对厂房结构要求不同。
结构信息调查:确定厂房的结构类型(如门式刚架结构、钢框架结构等),重点关注钢结构的体系组成(如钢柱、钢梁、支撑系统、屋面及墙面围护结构等)。收集钢结构构件的尺寸信息,包括钢柱的高度、截面尺寸(如 H 型钢的高度、翼缘宽度和厚度、腹板厚度),钢梁的跨度、截面尺寸,檩条的间距、截面尺寸等,这些尺寸对厂房的受力性能有重要影响。
使用历史调查:询问厂房在使用过程中是否经历过改造、加固、维修等情况,特别是涉及钢结构和承载能力的操作。了解厂房内设备的更新和布局变化情况,例如是否新增了重型设备、设备的位置是否改变等,这些变化可能会影响厂房的受力状态。
荷载情况调查
设备荷载:详细调查厂房内可移动设备(如叉车、吊车等)的类型、重量、运行路线和停放位置。对于有振动设备的情况,还需要考虑设备振动产生的动力荷载,动力荷载的大小与设备的振动特性有关。
人员活动荷载:根据厂房的使用功能,按照《建筑结构荷载规范》的规定取值。例如,对于人员密集的生产车间,人员活动荷载一般取 2.0kN/m²;对于仅偶尔有人员通行的仓库,人员活动荷载可适当降低。
物料存储荷载:如果厂房用于存储货物,需要确定货物的类型、堆放方式(如均匀堆放、集中堆放)、堆高和密度等,以此计算物料存储荷载。不同类型的货物密度差异较大,例如钢材的密度较大,而塑料制品的密度较小。
风荷载:根据厂房所在地区的气象资料获取基本风压,考虑厂房的高度、形状、体型系数、风振系数等因素,按照规范规定计算风荷载。风荷载是钢结构厂房的主要活载之一,对厂房的稳定性影响较大。
雪荷载(如果适用):对于位于可能积雪地区的厂房,根据当地的基本雪压,考虑屋面坡度、积雪分布系数等因素计算雪荷载。
恒载调查:计算钢结构厂房自身结构的重量,包括钢柱、钢梁、檩条、支撑结构等的重量。同时,统计厂房围护结构(如屋面彩钢板、墙面彩钢板、保温材料等)的重量。对于有特殊构造(如悬挂有管道、电缆桥架等)的厂房,还需要考虑这些附加重量。另外,还要考虑厂房内固定设备(如大型机床、行车等)的自重。
活载调查:
(二)现场检验1. 外观检查整体外观检查:从不同角度观察厂房钢结构的整体外观,检查是否有明显的倾斜、变形、摇晃等情况。利用全站仪、经纬仪或水准仪等测量设备,在厂房的关键部位(如钢柱顶部、屋脊、檐口等)设置测量点,测量厂房的垂直度、整体变形情况和沉降情况。例如,厂房的不均匀沉降可能是由于地基不均匀沉降或局部超载导致的。
构件外观检查:
钢柱检查:观察钢柱表面是否有锈蚀、撞伤、凹痕等损伤。检查钢柱与基础的连接部位,查看是否有松动、位移现象。柱脚是传递上部结构荷载到基础的关键部位,连接不牢固会严重影响厂房的整体稳定性。查看钢柱的弯曲变形情况,特别是在有大型设备(如吊车)作用的位置附近,检查是否因设备荷载产生局部变形。
钢梁检查:检查钢梁表面的锈蚀情况,注意钢梁的下翼缘和拼接部位,这些地方容易积水和出现应力集中,更易发生锈蚀。查看钢梁的拼接焊缝和螺栓连接,检查焊缝是否有开裂,螺栓是否有松动、滑丝等情况。检查钢梁的变形情况,包括挠度和侧向弯曲。钢梁的变形过大可能影响屋面或墙面围护结构的正常使用,甚至导致结构破坏。可以通过拉线法或水准仪等工具测量钢梁的挠度。
檩条检查:检查檩条表面是否有锈蚀、变形等情况。查看檩条与钢梁或钢柱的连接部位,检查连接是否牢固。檩条主要用于支撑屋面和墙面围护结构,其损坏可能导致围护结构的损坏。
支撑系统检查:检查厂房的支撑系统(如柱间支撑、屋盖支撑等)是否完整,有无变形、断裂现象。查看支撑与钢柱、钢梁的连接节点是否牢固,支撑的设置是否符合设计要求。支撑系统对厂房的整体稳定性和空间刚度起着重要作用。
围护结构检查:检查屋面和墙面围护结构(如彩钢板)是否有损坏、变形、脱落等情况。对于有保温要求的厂房,检查保温材料是否有受潮、压实等情况。检查围护结构与钢结构的连接部位,查看连接是否牢固,如屋面彩钢板与檩条的连接、墙面彩钢板与钢柱或钢梁的连接等。
2. 材料性能检测钢材材质检测:
材质验证:检查钢材的质量证明文件,核实钢材的型号、规格是否与设计要求相符。对于缺少质量证明文件或有疑问的钢材,进行现场抽样检测,包括化学成分分析和力学性能试验,以确定钢材的屈服强度、抗拉强度、伸长率、冲击韧性等指标是否符合标准。
锈蚀检测:采用涂层测厚仪、超声波测厚仪等设备检测钢材表面的锈蚀情况。根据锈蚀程度将其分为轻微、中度、重度锈蚀,并估算锈蚀面积占构件表面积的比例。对于锈蚀严重的部位,需要评估其对构件截面削弱程度和承载能力的影响。
连接材料检测(如果有必要):
焊接材料检测(如果有焊接连接):检查焊接材料(如焊条、焊丝、焊剂等)的质量证明文件,核实其型号、规格是否符合设计要求。对于重要的焊接部位,可采用无损检测方法(如超声波检测、射线检测等)检查焊缝内部质量,查看是否有裂纹、未熔合、夹渣等缺陷。
螺栓及连接件检测(如果有螺栓连接):检查高强螺栓的外观是否有损坏、锈蚀等情况。查看螺栓的拧紧标记,判断螺栓是否有松动现象。对于有要求的高强螺栓连接副,检测其扭矩系数是否符合标准要求,以确保螺栓连接的紧固力满足设计要求。
3. 结构尺寸测量构件尺寸测量:使用钢尺、卡尺、超声波测厚仪等工具,对钢结构厂房的主要结构构件(如钢柱的截面尺寸、钢梁的截面尺寸、檩条的截面尺寸等)的尺寸进行测量,将测量结果与设计图纸进行对比,分析尺寸偏差对厂房受力性能的影响。一般构件尺寸偏差不应超过设计值的 ±5%,若偏差过大,可能改变厂房的受力状态和承载能力。
安装尺寸测量:测量厂房钢结构的安装尺寸,如钢柱的垂直度、钢梁的水平度、檩条的间距等。这些安装尺寸的偏差直接影响厂房的正常使用和结构安全。
(三)结构验算建立计算模型:根据现场检验获取的钢结构厂房实际尺寸、材料性能、荷载情况等数据,利用的结构分析软件(如 PKPM、SAP2000 等)建立厂房的结构计算模型。对于形状规则的厂房(如矩形平面、单跨或多跨的门式刚架结构),可以采用简化的力学模型进行计算;对于复杂形状或不规则的厂房(如带有天窗、高低跨、异形平面等),需要考虑其空间受力特性。
输入参数和加载荷载:在计算模型中输入厂房钢结构的各项参数,包括构件尺寸、材料特性(如钢材强度、弹性模量等)、边界条件(如钢柱与基础的连接方式、钢梁与钢柱的连接方式等)。同时将荷载(恒载、活载等)按照规范要求进行组合加载到模型上。例如,考虑不利的荷载组合情况,如 1.2× 恒载 + 1.4× 活载。
结构验算内容:
构件变形验算:计算厂房主要结构构件(如钢梁的挠度、钢柱的侧移等)在荷载作用下的变形,与规范允许的大变形值进行比较。构件变形过大可能影响厂房的正常使用和外观效果。
整体变形验算:评估厂房的整体变形情况,如厂房的倾斜、沉降等。厂房的整体变形应在允许范围内,以保证厂房结构安全和正常使用。
整体稳定性验算:计算厂房的整体稳定性,考虑厂房在风荷载、雪荷载等侧向力作用下是否会发生整体失稳。通过计算厂房的抗侧刚度和侧向位移,评估其整体稳定性。
构件稳定性验算:对于受压的厂房钢结构构件(如钢柱等),进行稳定性验算。计算构件的长细比,判断是否满足稳定性要求。根据构件的截面形式、材料特性和受力情况,计算稳定系数,评估构件的稳定性。
构件强度验算:对厂房的主要结构构件(如钢柱、钢梁等)进行强度验算,检查其在各种荷载组合作用下的应力是否超过材料的设计强度。根据构件的受力特点(如轴心受力、受弯、拉弯或压弯等),分别验算其抗拉、抗压、抗弯和抗剪强度。
连接节点强度验算:对厂房钢结构的焊接节点和螺栓连接节点进行强度验算。检查连接部位的承载能力是否满足要求,是否存在薄弱环节。在厂房结构受力过程中,节点的破坏可能导致结构的整体失效。
强度验算:
稳定性验算:
变形验算:
四、检验方法现场检验设备
测量工具:全站仪、经纬仪、水准仪用于测量厂房钢结构的变形、垂直度和沉降;钢尺、卡尺、超声波测厚仪用于测量构件尺寸;涂层测厚仪用于检测钢材的锈蚀程度和涂层厚度。
材料检测设备:钢材化学成分分析仪、材料试验机;用于检测焊缝质量的超声波探伤仪、射线探伤仪(如果需要);用于检测螺栓扭矩系数的扭矩扳手。
结构验算软件:如 PKPM、SAP2000 等结构分析软件,用于建立厂房的结构计算模型并进行结构验算。
检验操作流程
按照先整体后局部、先外观后内部的原则进行检验。首先进行厂房钢结构的整体外观检查,包括变形和构件外观检查;然后对重点部位(如节点、裂缝处等)进行详细检查。
在进行材料性能检测和结构尺寸测量时,严格按照设备的操作规程进行操作,确保检验数据的准确。对于需要取样的检测项目,按照相关标准规范选取样品,并做好标记和记录。
在荷载调查过程中,仔细核对厂房的各项参数,准确计算各种荷载。对于不确定的荷载参数,可通过现场实测或咨询相关人士来确定。
准备阶段:收集钢结构厂房的设计文件和相关资料,包括设计图纸、施工记录、材料质量证明文件等。制定详细的检验计划,包括检验内容、方法、人员分工、时间安排等。准备检验设备和工具,确保设备完好、精度满足要求。对检验人员进行安全培训,准备好安全防护用品。
现场检验阶段:
数据分析与验算阶段:将现场检验数据进行整理和分析,剔除异常数据。将有效数据输入结构分析软件,建立厂房的结构计算模型。按照荷载组合和结构验算要求进行计算。对验算结果进行分析,判断钢结构厂房的安全状况是否满足要求。
五、检验结果报告基本信息部分:包括厂房所在位置、所属单位、厂房结构类型、尺寸等基本情况,以及检验目的、依据和日期。
外观检查结果:
钢柱检查结果:详细说明锈蚀情况、柱脚连接情况、弯曲变形情况等。
钢梁检查结果:报告锈蚀情况、焊缝和螺栓连接情况、挠度和侧向弯曲情况等。
檩条检查结果:说明锈蚀情况、与其他构件连接情况、变形情况等。
支撑系统检查结果:描述支撑构件的完整性、变形情况和连接节点情况。
围护结构检查结果:说明屋面和墙面围护结构的损坏情况、与钢结构连接情况等。
整体外观情况:描述厂房钢结构的整体垂直度偏差、大变形量及其位置、沉降情况等信息。
构件外观检查结果:
材料性能检测结果:
钢材材质检测结果:汇报钢材的材质验证结果和锈蚀检测结果,包括钢材型号是否符合要求、锈蚀程度及对截面的影响等。
连接材料检测结果(如果有):报告焊接材料和螺栓连接件的检测结果,如焊缝内部质量、螺栓扭矩系数等。
尺寸测量结果:
构件尺寸:列出主要结构构件的尺寸测量结果,并与设计图纸对比,说明尺寸偏差情况。
安装尺寸:报告厂房钢结构安装尺寸(如钢柱垂直度、钢梁水平度、檩条间距等)的测量结果。
结构验算结果:
强度验算结果:说明构件强度验算和连接节点强度验算的结果,判断是否满足强度要求。
稳定性验算结果:报告整体稳定性验算和构件稳定性验算的结果,评估厂房的稳定性。
变形验算结果:说明构件变形验算和整体变形验算的结果,判断是否满足变形要求。
结论与建议:根据检验结果,给出钢结构厂房是否安全的明确结论。对于存在安全隐患或不符合要求的情况,提出合理的建议,如进行结构加固、维修、更换部件等