王朝波 趙英杰
（中冶建筑研究總院（上海）有限公司 中國京冶工程技術有限公司上海分公司 上海 200940）
摘要：某熱電廠干煤棚使用過程中排架柱發生傾斜，從而導致吊車嚴重卡軌等使用問題。通過現場檢測建筑物損壞現狀及變形數據，對結構柱垂直度、軌道平直度等變形參數進行對比，確定了分區結構縫位置為變形異常部位。根據使用環境及工藝、設備使用的調查，判斷結構現存問題出現的誘因系煤堆擠壓。針對結構柱傾斜及結構縫位置變形，提出了相應的加固方案及安全控制措施。通過合理設計，加固措施能同時滿足縫兩側跨度方向協同變形和結構縫的縱向收縮；制定了結構側移變形監測方案及裝置，通過觀測進行安全控制。
關鍵詞：干煤棚，單層廠房，廠房可靠性鑒定，鑒定，加固
1 工程概況
某熱電廠干煤棚建于1981年，距今已使用三十余年，為單跨鋼筋混凝土排架結構建筑物，總長231.5m，寬34m，檐口高度18.52m。結構跨度33m，標準柱距7m，干煤棚在12、23 軸處設伸縮縫，分為1~12 軸、12a~23軸、23a~34軸三個結構單元。屋蓋采用鋼屋架，上鋪大型鋼筋混凝土屋面板。布置三臺5t橋式吊車。
近年來干煤棚的吊車操作人員發現吊車運行中出現嚴重卡軌現象，目測發現部分排架柱傾斜較大、軌道不平直。為了保證干煤棚今后的正常生產使用、安全運行，對干煤棚進行結構可靠性鑒定，并根據鑒定診斷結論，實施了相應的加固及安全控制措施。
圖1.1 干煤棚平面布置圖
2 損傷原因診斷及鑒定
2.1 檢查檢測
2.1.1檢查檢測概況
對建筑物現狀進行了調查與檢測。主要工作內容包括：查閱建筑物竣工圖及吊車的有關檔案資料；調查干煤棚使用維修改造狀況；對建筑物結構布置、構件截面尺寸等進行復核檢查；對排架柱傾斜、廠房跨距、吊車梁、吊車軌道的直線度、軌距，吊車軌道的頂面水平度（高差）等進行了檢查檢測；對主要承重柱、吊車梁的混凝土強度，采用回彈法進行了抽查檢測，對主要承重柱、吊車梁的混凝土碳化深度進行了抽查檢測；對建筑物變形檢測損壞現狀，采用觀察、量測、錘擊回聲等方法進行了檢查檢測。
由于結構已經服役了數十年，故混凝土、鋼結構表面均有一定的腐蝕碳化等耐久性損傷，和本文闡述對象聯系不大，故不再贅述。重點介紹傾斜相關的檢測結果。
2.1.2 使用環境的調查
現場檢測調查中，發現結構所處使用環境中，除了原始設計考慮的荷載情況外，儲煤對結構環境影響很大。受市場變化影響，儲煤高度變化很大，通過排架柱表面遺留痕跡可看出最高儲煤曾達到過9m以上高度，接近吊車梁底面標高；另一方面，由露天煤場和干煤棚連通，露天煤場的儲煤進入煤棚，基本是推土機作業，故排架柱兩側堆煤經常不等高，排架柱單側有擋煤現象。
通過對現場運煤過程的觀察，發現推土機需在煤堆頂部碾壓，對儲煤進行推動。而儲煤量多的時候，煤基本都圍繞排架柱堆放，操作過程中會間接對結構產生影響。
2.1.3 排架柱垂直度檢查結果
共檢測了28 根柱子的垂直度，其中A 軸14 根，縱向最大傾斜(含施工偏差)35mm，傾斜率0.21%；橫向最大傾斜60mm， 傾斜率0.37%。C 軸14 根，縱向最大傾斜8mm ，傾斜率0.3%；橫向最大傾斜9mm ，傾斜率0.34%。
排架柱現狀縱向傾斜方向無規律，橫向整體由C 軸向A 軸方向傾斜，為C軸邊煤堆載不均勻形成堆煤高差(A軸邊未堆煤）導致排架柱向A 軸方向傾斜。排架柱底部未發現明顯的裂縫等結構損傷。
2.1.4 吊車軌道直線度檢查結果
經檢查A 列吊車軌道全長范圍內直線度最大偏差為31mm，7m 范圍內直線度最大偏差為19mm；C 列吊車軌道全長范圍內直線度最大偏差為54mm，7m 范圍內直線度最大偏差為26mm；吊車軌道在跨度方向軌距最大偏差為50mm。且吊車軌道局部出現斷軌現象，如圖2.1~2.2所示。經現場比對檢查，吊車軌道偏差大小和排架柱的相對傾斜程度呈相關關系，斷裂（或接頭）處均位于結構變形縫兩側1~2個柱距內。
2.2 結構驗算結果與分析
不考慮堆煤壓力作用時，干煤棚主要排架結構抗力與作用效應之比大于0.95，其承載能力基本符合國家現行規范標準要求，按《工業廠房可靠性鑒定標準》屬b 級。
根據歷史上堆煤超載調查結果分析，考慮堆煤壓力作用時（同時考慮堆煤作用可能產生的不利和有利作用），干煤棚主要排架結構抗力與作用效應之比仍不小于0.95，其承載能力基本符合國家現行規范標準要求，但其排架側移變形不滿足正常使用要求，按《工業廠房可靠性鑒定標準》屬c 級或d 級。
不考慮卡軌作用時，吊車梁承載能力基本符合國家現行規范標準要求。
2.3 原因分析及鑒定結論
根據檢測檢查結果及相關性對比，可確定造成排架柱傾斜的主要原因是超載堆煤，特別是長期的不均勻、不對稱超載堆煤；吊車軌道直線度偏差主要為柱子傾斜對吊車梁、吊車軌道造成影響及吊車運行多年后軌道變形所致；每個結構單體的柱子之間，屋蓋提供了跨度方向的協同變形剛度，但在變形縫位置，兩側結構無協同變形能力，故兩側排架柱的傾斜變形有不可調整性，在此處的柱傾斜最終導致軌道在變形縫區域斷軌或聯結損壞。在柱子傾斜繼續發展的情況下吊車軌道直線度偏差可能會繼續加大，出現吊車運行卡軌等現象。
目前，排架柱的傾斜變形對結構系統承載能力尚無明顯影響，其結構承載能力基本滿足國家現行標準規范的有關規定；另一方面，曾經發生的傾斜變形對排架結構的剛度（抗變形能力）產生了不利影響，今后堆煤作業不當更容易引起煤棚結構傾斜檢測；吊車梁、軌道在廠房變形縫處存在的錯位、連接損壞現象，以及柱間支撐破斷損壞現象，對吊車正常行駛及廠房結構的安全產生了不利影響。
對此干煤棚可靠性最終評定為三級，其可靠性不符合國家現行規范標準要求，影響正常生產使用，廠房變形縫處應及時采取措施，消除錯位現象。
3 安全控制措施
針對已經出現的結構損傷，需要采取措施，對干煤棚的安全性進行控制。
結合鑒定建議，本著盡可能恢復原狀、控制后續變形、避免不利荷載、加強管理及時處理的原則，從兩方面采取了措施。
首先通過糾偏、加固處理，使結構回復到正常的原始狀態下，同時加固處理提高了結構的抗不可預見荷載的能力；其次，從加強運行管理著手，制定觀測制度及預警方案，可達到避免不利荷載、及時發現問題及時處理的目的。
3.1 加固處理
3.1.1 加固改造主要工程內容
1） 對廠房變形縫兩側的排架柱進行側移變形同步改造，保證吊車梁及軌道不發生明顯影響吊車運行的錯位變形；
2） 對廠房變形縫兩側的屋蓋結構進行側移變形同步改造，保證廠房結構單元不發生明顯的錯位變形；
3） 對存在的損傷缺陷進行修復處理。
3.1.2 變形縫加固構造
提高變形縫兩側結構在跨度方向的協同變形能力，是結構改造后首先要達到的目的。對變形縫的加固做法，是本工程的關鍵技術問題。
如采用常規的加固措施，直接將變形縫兩側的結構完全連接起來，會在增大跨度方向整體性的同時，破壞了變形縫在釋放縱向收縮的作用。故應該加大變形縫在跨度方向的剛度，同時不增加變形縫沿廠房縱向的剛度或增加很少。根據變形縫自身的尺度特征，設計了采用在變形縫中設置平面交叉撐來解決這一矛盾。由于變形縫長度（沿廠房跨向）是其寬度（沿廠房縱向）的數十倍，故合理設置的平面交叉撐能沿廠房跨向提供加大的剛度，同時沿廠房縱向剛度很小。
加固位于結構變形縫兩側的混凝土排架柱，采用柱牛腿位置外包鋼套箍，雙柱外包鋼套箍之間焊接彈簧板支撐進行加固。加固節點如下圖所示。
對屋蓋結構變形縫，拆除屋蓋變形縫兩側原砌體女兒墻，在結構變形縫兩側加設現澆鋼筋混凝土梁，混凝土梁中預埋鋼支撐拉桿并張緊。
3.2 加強運行管理的措施
1）修（制）訂干煤棚（煤場）堆貯作業規程，使排架柱周邊承受的堆煤壓力基本相等，或者，增設防護設施，避免堆煤壓力作用于排架柱。柱側承受壓力控制可采取的措施包括：限制排架柱周邊堆煤高差；限制煤棚內外堆煤高差；控制推煤作業機械在排架柱側的碾壓距離、頻次；對干煤棚排架柱的傾斜進行監測，發現明顯傾斜及時采取補償堆煤措施。
2）在排架柱上增設廠房側移變形觀測裝置，對堆煤側壓力引起的廠房側移變形進行監測。保證廠房柱在吊車軌道部位的側向變形不大于規范允許值（1/1250），暫初步確定靜態側移控制界限值為±5.0mm，最終依據試運行測試結果評估確定觀測限值。
4 結束語
本工程的鑒定分析，揭示了儲煤方式及其操作中出現的非常規荷載，為干煤棚吊車卡軌、結構柱傾斜的主要原因；針對結構柱傾斜及結構縫位置變形，提出了相應的加固方案及安全控制措施。通過合理設計，加固措施能同時滿足縫兩側跨度方向協同變形和結構縫的縱向收縮；制定了結構側移變形監測方案及裝置，通過觀測進行安全控制。
值得更加注意的是：工業建筑在服役期內面臨著各種情況，可能發生更多設計階段未曾考慮的荷載和作用；故在使用期內維持保證與實際相符的正常使用環境，是確保廠房正常運轉的關鍵問題，這在某種程度上已不是單獨依靠工程師解決的純結構術問題，更多的需要通過合理的運行管理，才能有效解決控制。
參考文獻
[1] 中華人民共和國建設部. GBJ144-2008.工業廠房可靠性鑒定標準[S]. 中國計劃出版社,2009.
[2] 中華人民共和國建設部.GB50009-2012.建筑結構荷載規范[S].北京:建筑工業出版社,2012.
[3] 中華人民共和國建設部.GB50017-2003 鋼結構設計規范[S]. 中國計劃出版社,2003.
[4] 中華人民共和國建設部.GB50367-2006 混凝土結構加固設計規范》[S].
[5] 《東風汽車公司熱電廠干煤棚結構可靠性鑒定報告》
滬公網安備 31011002002576號