王朝波 赵英杰
（中冶建筑研究总院（上海）有限公司 中国京冶工程技术有限公司上海分公司 上海 200940）
 

摘要：某热电厂干煤棚使用过程中排架柱发生倾斜，从而导致吊车严重卡轨等使用问题。通过现场检测建筑物损坏现状及变形数据，对结构柱垂直度、轨道平直度等变形参数进行对比，确定了分区结构缝位置为变形异常部位。根据使用环境及工艺、设备使用的调查，判断结构现存问题出现的诱因系煤堆挤压。针对结构柱倾斜及结构缝位置变形，提出了相应的加固方案及安全控制措施。通过合理设计，加固措施能同时满足缝两侧跨度方向协同变形和结构缝的纵向收缩；制定了结构侧移变形监测方案及装置，通过观测进行安全控制。
关键词：干煤棚，单层厂房，厂房可靠性鉴定，鉴定，加固

1 工程概况
     某热电厂干煤棚建于1981年，距今已使用三十余年，为单跨钢筋混凝土排架结构建筑物，总长231.5m，宽34m，檐口高度18.52m。结构跨度33m，标准柱距7m，干煤棚在12、23 轴处设伸缩缝，分为1~12 轴、12a~23轴、23a~34轴三个结构单元。屋盖采用钢屋架，上铺大型钢筋混凝土屋面板。布置三台5t桥式吊车。
     近年来干煤棚的吊车操作人员发现吊车运行中出现严重卡轨现象，目测发现部分排架柱倾斜较大、轨道不平直。为了保证干煤棚今后的正常生产使用、安全运行，对干煤棚进行结构可靠性鉴定，并根据鉴定诊断结论，实施了相应的加固及安全控制措施。

图1.1 干煤棚平面布置图

2 损伤原因诊断及鉴定

2.1 检查检测
     2.1.1检查检测概况
     对建筑物现状进行了调查与检测。主要工作内容包括：查阅建筑物竣工图及吊车的有关档案资料；调查干煤棚使用维修改造状况；对建筑物结构布置、构件截面尺寸等进行复核检查；对排架柱倾斜、厂房跨距、吊车梁、吊车轨道的直线度、轨距，吊车轨道的顶面水平度（高差）等进行了检查检测；对主要承重柱、吊车梁的混凝土强度，采用回弹法进行了抽查检测，对主要承重柱、吊车梁的混凝土碳化深度进行了抽查检测；对建筑物变形检测损坏现状，采用观察、量测、锤击回声等方法进行了检查检测。
     由于结构已经服役了数十年，故混凝土、钢结构表面均有一定的腐蚀碳化等耐久性损伤，和本文阐述对象联系不大，故不再赘述。重点介绍倾斜相关的检测结果。
     2.1.2 使用环境的调查
     现场检测调查中，发现结构所处使用环境中，除了原始设计考虑的荷载情况外，储煤对结构环境影响很大。受市场变化影响，储煤高度变化很大，通过排架柱表面遗留痕迹可看出最高储煤曾达到过9m以上高度，接近吊车梁底面标高；另一方面，由露天煤场和干煤棚连通，露天煤场的储煤进入煤棚，基本是推土机作业，故排架柱两侧堆煤经常不等高，排架柱单侧有挡煤现象。
     通过对现场运煤过程的观察，发现推土机需在煤堆顶部碾压，对储煤进行推动。而储煤量多的时候，煤基本都围绕排架柱堆放，操作过程中会间接对结构产生影响。
     2.1.3 排架柱垂直度检查结果
     共检测了28 根柱子的垂直度，其中A 轴14 根，纵向最大倾斜(含施工偏差)35mm，倾斜率0.21%；横向最大倾斜60mm， 倾斜率0.37%。C 轴14 根，纵向最大倾斜8mm ，倾斜率0.3%；横向最大倾斜9mm ，倾斜率0.34%。
排架柱现状纵向倾斜方向无规律，横向整体由C 轴向A 轴方向倾斜，为C轴边煤堆载不均匀形成堆煤高差(A轴边未堆煤）导致排架柱向A 轴方向倾斜。排架柱底部未发现明显的裂缝等结构损伤。
     2.1.4 吊车轨道直线度检查结果
     经检查A 列吊车轨道全长范围内直线度最大偏差为31mm，7m 范围内直线度最大偏差为19mm；C 列吊车轨道全长范围内直线度最大偏差为54mm，7m 范围内直线度最大偏差为26mm；吊车轨道在跨度方向轨距最大偏差为50mm。且吊车轨道局部出现断轨现象，如图2.1~2.2所示。经现场比对检查，吊车轨道偏差大小和排架柱的相对倾斜程度呈相关关系，断裂（或接头）处均位于结构变形缝两侧1~2个柱距内。

2.2 结构验算结果与分析

     不考虑堆煤压力作用时，干煤棚主要排架结构抗力与作用效应之比大于0.95，其承载能力基本符合国家现行规范标准要求，按《工业厂房可靠性鉴定标准》属b 级。
     根据历史上堆煤超载调查结果分析，考虑堆煤压力作用时（同时考虑堆煤作用可能产生的不利和有利作用），干煤棚主要排架结构抗力与作用效应之比仍不小于0.95，其承载能力基本符合国家现行规范标准要求，但其排架侧移变形不满足正常使用要求，按《工业厂房可靠性鉴定标准》属c 级或d 级。
     不考虑卡轨作用时，吊车梁承载能力基本符合国家现行规范标准要求。

2.3 原因分析及鉴定结论 

     根据检测检查结果及相关性对比，可确定造成排架柱倾斜的主要原因是超载堆煤，特别是长期的不均匀、不对称超载堆煤；吊车轨道直线度偏差主要为柱子倾斜对吊车梁、吊车轨道造成影响及吊车运行多年后轨道变形所致；每个结构单体的柱子之间，屋盖提供了跨度方向的协同变形刚度，但在变形缝位置，两侧结构无协同变形能力，故两侧排架柱的倾斜变形有不可调整性，在此处的柱倾斜最终导致轨道在变形缝区域断轨或联结损坏。在柱子倾斜继续发展的情况下吊车轨道直线度偏差可能会继续加大，出现吊车运行卡轨等现象。
     目前，排架柱的倾斜变形对结构系统承载能力尚无明显影响，其结构承载能力基本满足国家现行标准规范的有关规定；另一方面，曾经发生的倾斜变形对排架结构的刚度（抗变形能力）产生了不利影响，今后堆煤作业不当更容易引起煤棚结构倾斜检测；吊车梁、轨道在厂房变形缝处存在的错位、连接损坏现象，以及柱间支撑破断损坏现象，对吊车正常行驶及厂房结构的安全产生了不利影响。
     对此干煤棚可靠性最终评定为三级，其可靠性不符合国家现行规范标准要求，影响正常生产使用，厂房变形缝处应及时采取措施，消除错位现象。

3 安全控制措施

     针对已经出现的结构损伤，需要采取措施，对干煤棚的安全性进行控制。
结合鉴定建议，本着尽可能恢复原状、控制后续变形、避免不利荷载、加强管理及时处理的原则，从两方面采取了措施。
     首先通过纠偏、加固处理，使结构回复到正常的原始状态下，同时加固处理提高了结构的抗不可预见荷载的能力；其次，从加强运行管理着手，制定观测制度及预警方案，可达到避免不利荷载、及时发现问题及时处理的目的。

3.1 加固处理

     3.1.1 加固改造主要工程内容
     1） 对厂房变形缝两侧的排架柱进行侧移变形同步改造，保证吊车梁及轨道不发生明显影响吊车运行的错位变形；
     2） 对厂房变形缝两侧的屋盖结构进行侧移变形同步改造，保证厂房结构单元不发生明显的错位变形；
     3） 对存在的损伤缺陷进行修复处理。
     3.1.2 变形缝加固构造
     提高变形缝两侧结构在跨度方向的协同变形能力，是结构改造后首先要达到的目的。对变形缝的加固做法，是本工程的关键技术问题。
     如采用常规的加固措施，直接将变形缝两侧的结构完全连接起来，会在增大跨度方向整体性的同时，破坏了变形缝在释放纵向收缩的作用。故应该加大变形缝在跨度方向的刚度，同时不增加变形缝沿厂房纵向的刚度或增加很少。根据变形缝自身的尺度特征，设计了采用在变形缝中设置平面交叉撑来解决这一矛盾。由于变形缝长度（沿厂房跨向）是其宽度（沿厂房纵向）的数十倍，故合理设置的平面交叉撑能沿厂房跨向提供加大的刚度，同时沿厂房纵向刚度很小。
     加固位于结构变形缝两侧的混凝土排架柱，采用柱牛腿位置外包钢套箍，双柱外包钢套箍之间焊接弹簧板支撑进行加固。加固节点如下图所示。

     对屋盖结构变形缝，拆除屋盖变形缝两侧原砌体女儿墙，在结构变形缝两侧加设现浇钢筋混凝土梁，混凝土梁中预埋钢支撑拉杆并张紧。

3.2 加强运行管理的措施

     1）修（制）订干煤棚（煤场）堆贮作业规程，使排架柱周边承受的堆煤压力基本相等，或者，增设防护设施，避免堆煤压力作用于排架柱。柱侧承受压力控制可采取的措施包括：限制排架柱周边堆煤高差；限制煤棚内外堆煤高差；控制推煤作业机械在排架柱侧的碾压距离、频次；对干煤棚排架柱的倾斜进行监测，发现明显倾斜及时采取补偿堆煤措施。
     2）在排架柱上增设厂房侧移变形观测装置，对堆煤侧压力引起的厂房侧移变形进行监测。保证厂房柱在吊车轨道部位的侧向变形不大于规范允许值（1/1250），暂初步确定静态侧移控制界限值为±5.0mm，最终依据试运行测试结果评估确定观测限值。

4 结束语

     本工程的鉴定分析，揭示了储煤方式及其操作中出现的非常规荷载，为干煤棚吊车卡轨、结构柱倾斜的主要原因；针对结构柱倾斜及结构缝位置变形，提出了相应的加固方案及安全控制措施。通过合理设计，加固措施能同时满足缝两侧跨度方向协同变形和结构缝的纵向收缩；制定了结构侧移变形监测方案及装置，通过观测进行安全控制。
     值得更加注意的是：工业建筑在服役期内面临着各种情况，可能发生更多设计阶段未曾考虑的荷载和作用；故在使用期内维持保证与实际相符的正常使用环境，是确保厂房正常运转的关键问题，这在某种程度上已不是单独依靠工程师解决的纯结构术问题，更多的需要通过合理的运行管理，才能有效解决控制。

参考文献
[1] 中华人民共和国建设部. GBJ144-2008.工业厂房可靠性鉴定标准[S]. 中国计划出版社,2009.
[2] 中华人民共和国建设部.GB50009-2012.建筑结构荷载规范[S].北京:建筑工业出版社,2012.
[3] 中华人民共和国建设部.GB50017-2003 钢结构设计规范[S]. 中国计划出版社,2003.
[4] 中华人民共和国建设部.GB50367-2006 混凝土结构加固设计规范》[S].
[5] 《东风汽车公司热电厂干煤棚结构可靠性鉴定报告》