钢结构工程以其多方面的优点在工业与民用建筑上应用越来越广泛,然而,近年来多起重大钢结构工程的破坏或倒塌事故的发生,给我们敲响了警钟,使我们意识到钢结构工程比钢筋混凝土结构工程更需要进行定期的可靠性鉴定和维护。
一、概述
钢结构因自身有着重量轻、强度高、变形能力强等诸多优势,目前在建设施工中普及性越来越高。尤其近十几年来,随着材料科学、计算与设计方法、连接技术、制作与安装技术的发展,钢结构在我国应用越来越广,从最初的大型公共建筑、体育场馆、桥梁到钢结构厂房以至民用建筑,钢结构以其多方面的优点受到越来越多的建设单位和设计单位的青睐。而随着钢结构的普遍采用,特别是近年来多次钢结构工程的破坏或倒塌事故,以及最初的一批钢结构工程逐渐达到设计年限,对现有钢结构进行定期的安全性检测及鉴定是非常必要且紧迫的。本文就参与的钢结构工程鉴定检测工作并结合工程实例,归纳了一些经验和看法。
二、建筑结构检测鉴定程序分析
结合当前建筑结构的施工要求来说,建筑团队为了提高建筑结构的质量,建筑结构检验鉴定人员需要按照相关的程序开展规范化的检验鉴定活动。首先,检验鉴定团队会接受委托人的委托,随后针对建筑结构施工现场进行初次调研。在调研结束后,检验鉴定团队会重点明确建筑结构检验鉴定的项目,并对其开展更加详细的调查。在调查结束后,鉴定人员会根据调查结果和建筑要求进行综合考虑,最后依据考察结果和分析结果制定检验鉴定报告。
三、钢结构检测和鉴定步骤及要点分析
1、检测鉴定的目的
钢结构鉴定目的主要有以下几点:检测结构的质量,说明结构的可靠性;判断旧结构的实际承载能力,为后期继续使用或者改扩建工程提供依据。
2、鉴定前的准备工作
鉴定前的准备工作包括设计、施工等资料的调查和检测方案的编制,至少应包含下列内容:查看原建筑结构设计图纸或竣工蓝图、工程地质勘察报告、历次加固和改造设计图纸、竣工验收文件和检查观测记录等;调查原始施工情况;向委托方询问建筑物使用情况,有无发生过改造加固、荷载增加及火灾等事故情况;根据已有资料与实物进行初步核对、检查和分析;填写初步调查表;制定检测方案,确定必要的实测、试验和分析等的工作大纲。实际工作中对于一些早期的钢结构工程,由于当时设计规范的不配套,所以基本上没有任何的设计资料,此时图纸的绘制就是鉴定前最重要的工作,直接关系到承载力的运算和危险点的定位。
3、鉴定检查
鉴定检查是鉴定过程的开始,是对结构的普查。此过程主要采用目视的方法,辅助一些简单的仪器操作,目的是将结构或构件划分为:明显有问题,不需要进一步检测;怀疑,需要进一步检测;不存在问题或问题轻微,不需要进一步检测等三种类型并对一些明显的不符合规范的构造连接和危险点进行记录。
4、鉴定检测
鉴定检测的重点是现场发现需要进一步检测的结构或构件,当然,对检测构件应有一定的抽测数量以保证结果的准确性,特别是当要考虑危险构件对结构整体承载力的影响时,对明显有问题的构件必须做到全数检测。鉴定检测的数量可参照《建筑结构检测技术标准》(GB/T50344-2019)或《钢结构现场检测技术标准》(GB/T50621-2010)中的要求,构件数量少或结构简单时应尽量做到全数检测。鉴定检测的内容应包括外观质量检测、钢结构材料检测、钢结构构件的检测、钢结构连接与节点的检测、钢结构变形检测等。
4.1钢结构外观质量检测
外观质量检测现场主要采用直接目视法进行观测,包括钢材表面有无裂纹、折叠、夹层及锈蚀等缺陷。对于细小缺陷在现场可使用放大镜观测,对于焊缝的外形尺寸可借助焊缝检验尺进行辅助测量。
4.2钢结构材料检测
钢结构材料检测直接关系到结构承载力的验算,包括钢结构钢材、紧固件等的检测。对于钢结构钢材的检测,最准确的方法是直接从结构上取样进行力学性能测试,而实际工作中,委托方出于安全的考虑,基本上都不能接受这种破坏性的检测方式,此时只能考虑无损或局部破损的检测方法,目前应用最普遍的是里氏硬度法,其对钢材基本无损伤而且操作简单。
4.3钢结构构件的检测
钢结构构件的检测包括构件的几何尺寸、构造、连接、偏差与变形、缺陷与损伤、材料性能等,构件的检测通常采用目测、现场测量或常规无损方法,必要时可取样检测。构件的检测在相关标准中都有明确的方法,需要强调的是构件腐蚀的检测,构件的腐蚀是钢结构鉴定中比较常见的问题,检测时,标准规定采用钢丝刷、砂轮等方法去除表面的锈蚀层,用测厚仪检测构件厚度和构件原始厚度比较进而判断锈蚀的程度。这种方法的缺陷在于,一方面,仅考虑了外表面的锈蚀,对于处于高湿度环境的薄壁杆件来说,如果由于焊接质量或其它原因造成杆件内部暴露在外部环境中时,杆件内部的锈蚀通常比外壁更严重,因为外壁有防锈处理而内壁没有,所以,杆件锈蚀的测定要根据其它项目的检测结果综合来考虑,必要时,应采用在杆件表面钻孔的方法进行检测。另一方面,没有考虑锈蚀的发展情况。钢结构的锈蚀是一个动态的过程,锈蚀既然存在就必然会继续发展,仅靠一个当前值并不能说明问题,正确的做法应该是从锈蚀最严重的区域向边沿测量,结合环境变动时间,锈蚀可能出现的时间,锈蚀程度,锈蚀的发展等因素给出构件破坏或变化为危险点的时间,为客户提供参考,而不能仅凭当前的结果就认为构件是安全的。
4.4钢结构连接与节点检测
钢结构连接与节点检测包括焊接的检测、紧固件连接的检测等,焊接的检测通常采用目测加无损探伤的方法,包括表面焊接的缺陷和内部的超声射线探伤等。紧固件连接采用目测锤击等方法检测,仅在对材料强度有怀疑时才采用取样检测的方法。
4.5鉴定结果
钢结构的鉴定可根据使用功能按《工业建筑可靠性鉴定标准》(GB 50144-2019)或《民用建筑可靠性鉴定标准》(GB 50292-2015)规定,采用安全性(承载能力、构造、位移或变形、锈蚀)等级、正常使用性(位移、锈蚀、长细比)等级并按构件、子单元、鉴定单元三个层次进行评定。