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上海某公司聚全氟乙丙烯工程厂房检测鉴定报告

2018-11-16 14:27:24 结构检测中心 阅读

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  上海某公司聚全氟乙丙烯工程厂房检测鉴定报告

 

  【摘要】上海某公司聚全氟乙丙烯工程厂房,使用环境较为恶劣,存在大量酸、碱、盐等侵蚀性介质,造成多处混凝土框架梁出现严重的开裂现象,部分梁底部混凝土保护层成片脱落,钢筋外露且严重锈蚀。本报告对结构存在的损伤进行了详细描述和分析,对结构的倾斜、不均匀沉降、混凝土构件强度、构件尺寸与配筋等进行了复核测试,对结构建立计算分析模型,为后续加固设计提供了技术依据。

 

  1.检测概述

  上海某公司地处上海西南郊吴泾化工区,是国内规模较大、品种最全的有机氟化工企业。该企业厂区内一栋八层框架结构(下部六层为混凝土,上部两层为钢结构)100t/年聚全氟乙丙烯工程厂房,建成于1993年,占地面积385.3 m2,总建筑面积1814m2。公司操作工人在巡检时发现,该厂房有多处框架梁出现严重的开裂现象,更有几处梁底部保护层成片脱落,钢筋外露且严重锈蚀。为了解该厂房结构的现有承载能力状况,确保该厂房的使用安全,保证化工生产过程能够顺利、安全的进行,拟对该八层框架结构100t/年聚全氟乙丙烯工程厂房进行可靠性鉴定并出具可靠性鉴定报告。

  本次检测鉴定范围为100t/年聚全氟乙丙烯工程厂房整体,包括下部混凝土结构与上部钢结构平台两部分。

 

  2.房屋建筑结构概况

  上海某公司100t/年聚全氟乙丙烯工程厂房外立面见图2-2所示。该八层框架结构厂房平面形状近似矩形,由下部向上逐渐缩进。其中东西向总长为33.0m,南北向总宽为10.0m,总建筑面积为1814m2,结构设计图纸齐全。厂房平面示意图参见图2-1:4.980米标高结构平面图。

  该厂房下部六层为混凝土结构,混凝土结构顶标高为31.48m,其中底层层高为5.03m,二~六层层高均为5.0m。主框架梁截面尺寸为250mm×500mm、250mm×600mm两种,主框架柱截面尺寸为400mm×500mm、400mm×600mm、400mm×700mm三种,均采用200#混凝土(C18)。

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  上部两层钢结构平台层高均为4.15m。平台柱采用型号为I40(由图纸标示)的工字钢,平台梁采用的型号为I25a工字钢以及16a型槽钢。柱间布置有X型交叉斜撑,斜撑系由两根16a型槽钢格构而成。平台铺板下加劲肋均为L45×5角钢,焊缝高度为4mm。圆钢、钢板以及型钢所用钢材均为A3钢(出厂时只保证机械性能而不保证化学成份),采用T420系列焊条焊接,焊缝均为满焊。

  在第八层钢结构平台顶部有两座冷凝塔(见图2-3所示),于2001年加建而成。冷凝塔搁置于四根16a型槽钢上,通过四根钢管柱将冷凝塔荷载传递至平台钢梁上,钢管柱规格为A133×6。所用钢材均为A3钢(出厂时只保证机械性能而不保证化学成份),采用E43系列焊条焊接,焊缝均为满焊。

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  该厂房基础形式为柱下独立承台桩基,桩的型号为短桩JZ4(上海市标准图集沪G住201,由原图纸标示),共429根,桩顶标高为-1.70m,桩头100mm处露出钢筋与承台浇筑成整体。基础采用150#(C13)混凝土,垫层采用了100#混凝土(强度低于C10)。

  厂房整体结构布置三维轴测示意图见图2-4所示。

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  3.现场检测情况

  目前,该厂房仍处于使用之中。在委托方有关方面配合下,检测人员对该框架结构厂房的建造、改建情况,以及房屋现阶段的使用情况进行了详细调查,根据原设计图纸复核了该房屋现有结构布置情况,并对房屋各角点倾斜及不均匀沉降、各楼层主要结构构件(梁、板、柱)的裂损情况、钢结构构件变形及节点连接情况、主要结构构件的材料强度以及配筋情况等进行了现场检查测试。

  3.1 房屋使用现状调查

  经现场调查发现,该房屋使用功能与原设计使用功能基本一致,但房屋现状(现有墙体、隔断的布置情况以及结构构件的布置情况)有多处与原设计图纸不符,其中以下几处最为明显:

  1、原建筑设计图纸中,该厂房由多处内墙、外墙分割为若干功能分区,现场检测时并未发现该厂房存在墙体,厂房内部使用空间全部暴露在外。

  2、四层楼面(14.98m标高处)轴线1~2/B~C间梁和5~6/B~C间梁的布置情况与原设计图纸不符。

  3、四层楼面现场在轴线4~5/B~C以及轴线5~6/A~B间楼板上开有三处洞口,原设计图纸相应楼板处并无开洞。

  3.2 房屋完损检测

  现场分别对该厂房结构主要承重构件(梁、板、柱)的裂损情况、围护系统(隔断、栏杆)、装修情况、楼地面的损坏情况以及顶部两层钢结构构件的完损情况进行了调查。

  3.2.1 框架梁、柱

  现场检测发现该框架结构多处混凝土梁、柱均出现了严重的开裂现象(典型裂缝现状见表3-1所示)。其中绝大部分裂损的框架梁均表现为沿梁底或梁侧的纵向裂缝,更有几处框架梁底部混凝土保护层成片脱落,钢筋外露且严重锈蚀。

  由于国家标准《工业建筑可靠性鉴定标准》(GB50144-2008)中未对混凝土构件因内部钢筋锈蚀而出现的沿筋纵向裂缝宽度等级作出明确的规定,为了方便描述,本次鉴定过程中对该厂房混凝土结构构件的裂缝宽度等级做出约定,即将裂缝宽度(,mm)划分为以下5个等级:

  等级a,裂纹,裂缝宽度:肉眼可见,即0.05mm<<0.1mm;

  等级b,轻微开裂,裂缝宽度: 0.1mm左右;

  等级c,中度开裂,裂缝宽度: 0.1mm<<0.5mm;

  等级d,严重开裂,裂缝宽度: 0.5mm<<5mm;

  等级e,特严重开裂,裂缝宽度:>5mm;

  根据现场记录,各层框架柱以及楼面梁的开裂情况见图3-1~3-5及表3-1所示。由表可知,该厂房结构中已有几十处梁达到了严重开裂程度(等级d,0.5mm<<5mm),更有十几处梁达到了特严重开裂程度(等级e,>5mm)。

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  为了解钢筋的锈蚀程度,现场抽取了二层楼面楼梯间一处外观质量较好的未开裂梁(4/A~B轴线),敲开表层混凝土保护层,对其纵筋与箍筋的锈蚀深度进行了测量,发现纵筋的锈蚀深度约1.0mm(原直径22mm减小为20mm),箍筋锈蚀深度约0.75mm(原直径8mm减小为6.5mm),腐蚀面积分别占到了原钢筋面积的18%、34%左右,已达到了腐蚀危险期。

  表3-1中所列出的众多已开裂的梁中,一些梁的纵筋锈蚀深度甚至达到了2.0mm(钢筋直径减小了约4mm),腐蚀面积约占到了原纵筋面积的30%左右,箍筋锈蚀也相当严重(锈蚀深度甚至达到1.5mm),已处于腐蚀危险期,大幅度削弱了这些构件的承载能力。由于剪切破坏本身就是脆性破坏,箍筋锈蚀严重的梁若继续服役很可能因为抗剪承载力不足而发生脆性破坏,并导致结构局部突然坍塌,成为影响该厂房结构安全使用的一个重大隐患。

  该厂房结构原由专业设计单位设计,混凝土强度等级不高,仅为200#(C18),因此混凝土的收缩不是裂缝形成的主要原因。经过现场调查,分析其裂缝的成因,主要可以归咎为以下方面:

  该厂房服役时间较长,混凝土强度又较低,密实性较差,故混凝土的碳化现象严重,而混凝土碳化与生产中存在的大量潮湿性酸、碱等腐蚀性气体耦合作用,钢筋表面起保护作用的钝化膜迅速破坏,引起钢筋锈蚀,从而导致混凝土保护层胀裂,脱落。

  3.2.2 楼、地面

  该厂房楼、屋面板均为现浇,楼板下部无吊顶。

  现场检测发现有几处楼板(第3.1节所述)在建成后使用过程中,为方便管道或者设备的穿过,板上开凿有洞口(如图3-4所示),致使楼板出现损伤。另有几处楼板存在轻微渗水现象,导致其下部粉刷层吸水鼓胀、脱落。

  此外,各层楼面板混凝土表面均存在不同程度的开裂现象,见下图3-9、3-10所示。这些楼板裂缝的成因比较复杂,综合分析系由混凝土的腐蚀、碳化、收缩、楼板表面失水干缩以及温度作用共同引起。

  总体而言,楼、地面板完损情况一般,虽未见明显受力裂缝,但混凝土碳化、腐蚀严重。

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  3.2.3 楼梯

  厂房楼梯为钢结构梁式楼梯,中部休息平台为混凝土结构。楼梯梁搁置于中部休息平台及上(下)层楼面梁上(见图3-11所示)。现场检测发现多处楼梯钢梁已存在严重的锈蚀现象,其中以钢梁与楼面(地面)相接的端部锈蚀最为严重,见图3-12所示。

  此外,楼梯平台混凝土板也存在不同程度裂损和碳化现象,如图3-13所示,三层楼梯中部休息平台角部混凝土出现严重开裂现象。楼梯扶手与混凝土板相连接处板边也出现了开裂现象,见图3-14所示。

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  3.2.4 非结构构件

  现场检测未发现非结构构件(栏杆、女儿墙、楼梯扶手等)出现明显裂损现象,栏杆、扶手等与主体结构连接较好,但多处栏杆与扶手表层防锈漆脱落或磨损,出现轻微锈蚀现象。

  3.3 结构材性测试

  3.3.1 混凝土强度测试

  根据厂房下部混凝土结构特点和现场测试条件,采用回弹法对该厂房的混凝土构件强度进行随机抽查测试。根据《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》(JGJ/T23-2011)推定混凝土强度等级。根据现场回弹测试结果,并综合考虑碳

  化深度对混凝土强度的影响,经修正后推定房屋混凝土构件强度等级如下:

  该厂房混凝土构件强度最小值为20.0MPa,平均值为25.9MPa,标准差为4.0MPa。原设计混凝土强度等级为200#(C18),实测混凝土强度等级与原设计基本相符。复核验算时,可按原设计混凝土强度等级取值。

  3.3.2 钢材强度测试

  根据厂房上部钢结构平台特点和现场测试条件,采用里氏硬度仪测试钢材表面硬度,表面硬度采用回弹法测定,再换算成钢材抗拉强度,测试结果见附录二表二所示。测试结果显示抽查构件的极限强度最低值为502.9MPa,满足规范规定16锰钢材极限强度为470~630MPa的要求。原设计钢材为A3钢(过去的叫法,其含碳量在0.2%左右,大致相当于新标准中的Q235),现场实测钢材强度与原设计钢材强度等级一致。

  3.4 建筑物倾斜和差异沉降检测

  现场采用经纬仪棱线投射法对该厂房外立面棱线进行了倾斜测量(倾斜测量结果见图3-15所示),并对二、四、五层楼面的高差情况进行了测量(测量结果见图3-16所示),其中倾斜测量结果包含施工误差在内。

  在厂房结构整体倾斜测量中,共设有4个测点,其平面位置见图3-15中所示,其中测点1~测点3设于四层楼面板底(测设高度为14.7m),测点4设于7层楼面板底(测设高度为27.7m)。

  由房屋外墙棱线倾斜测量结果与楼、屋面高差测量结果可知:该建筑各角点倾斜矢量具有一定规律性,房屋整体有朝东南方向倾斜的趋势。如图3-13所示:由西朝东方向最大倾斜率为3.1‰,由北朝南方向最大倾斜率为3.1‰。楼面各测点高差较大,绝大部分测点高差已超过±10mm,楼面最大测点高差已达到+137mm(图3-16(b)所示)。

  参考国家标准《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2011)对多高层建筑的整体倾斜要求,最大倾斜不应超过4‰。根据倾斜与楼面测量结果分析可知:该展馆的最大倾斜率均在规范允许值4‰的范围内,且现场对上部结构进行检查时,未发现结构构件由于不均匀沉降而产生的开裂现象,房屋主体与四周散水连接处也未见明显沉降裂缝。考虑施工误差的影响,认为该建筑地基基础的不均匀沉降率基本满足要求,无严重静载缺陷,地基基础尚能满足结构现状的安全使用要求。

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  4.房屋承载能力验算与分析

  根据委托方提供的设计图纸以及现场检测资料,根据《工业建筑可靠性鉴定标准》(GB50144-2008)的相关规定对该厂房结构承载能力进行计算分析,然后对其承载能力以及构造连接两个项目进行等级评定。计算软件采用由中国建筑科学研究院开发的结构计算分析软件PKPM系列软件之PMCAD、SATWE。

  4.1 构造与连接

  参照《建筑抗震鉴定标准》GB50023-2009,该建筑抗震设防类别为乙类,抗震设防烈度为7度,该厂房设计于1991年,按照后续使用年限40年(B类建筑)进行抗震构造检查。该厂房构造措施核查项目见下表4-1所示。

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  表4-1 混凝土框架房屋抗震结构体系、措施对照表由以上构造措施核查可知,该厂房原抗震设防等级不详、最小梁截面尺寸不满足要求,其余各项构造措施基本满足要求。

  4.2 结构承载力验算分析

  4.2.1 材料强度取值

  根据现场检测结果及原设计资料,该厂房下部混凝土结构框架梁、柱强度等级取为C18,钢筋抗拉强度HPB235(A)为210N/mm2,HRB335(B)为300N/mm2。上部钢结构材料强度等级按Q235(抗拉强度210MPa)进行验算。

  4.2.2 荷载调查

  检测过程中对房屋的使用荷载进行了调查,主要包括活荷载、楼、屋面板结构层厚度与建筑面层做法等。活荷载的取值主要按照国家标准《建筑结构荷载规范》(GB50009-2012)确定,楼、屋面恒荷载的取值则依照楼板现有厚度、建筑构造做法确定。

  (1)活荷载:

  一般楼面取2.0kN/m2;

  走廊、楼梯间取2.5 kN/m2;

  上人屋面取2.0kN/m2,非上人屋面取0.5kN/m2。

  此外,在楼面多处及屋面都存在冷凝塔(见图4-1)、碱洗塔之类的大型化工设备,这些设备上均有挂有设备牌(图4-2所示),上面标明了设备的净重量、容积以及内部所存放的介质等设备参数,据此计算出设备的实际工作荷载。

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  (2)恒荷载:

  考虑楼板底部粉刷层荷载及楼板自重,楼面恒荷载取为4.5kN/m2;考虑到屋面防水做法,现有屋面恒荷载取为5.5kN/m2。

  (3)风荷载:

  上海地区基本风压为0.55kN/m2,地面粗糙度B类。

  (4)地震作用

  按上海市《建筑抗震设计规程》的规定,地震设防烈度为7度,Ⅳ类场地土(上海地区),设计基本地震加速度值为0.10g,特征周期0.90s,结构抗震等级为二级。

  4.2.3 不考虑地震作用下的结构承载力验算

  为了解该厂房结构在正常生产使用时的结构安全性情况,对该厂房进行了正常使用荷载作用下(即不考虑地震作用时)的结构承载力验算。验算结果表明:

  在正常生产使用时的现有荷载分布情况下,该厂房结构已有多处梁的承载力不足(计算配筋大于原设计配筋)。由于主框架混凝土强度等级较低,在重型化工设备放置处主框架梁的抗剪承载力不足,计算所需的抗剪箍筋超限。此外,多处框架柱计算所需的配筋超过了原有设计配筋。

  在顶部两层钢结构平台中,由于梁跨度较大,平台面又无密实铺板以加强梁的侧向稳定性,多处槽钢的稳定应力比超过了规范限值。

  4.2.4 结构抗震验算

  根据现有结构布置情况以及房屋使用现状,进行抗震承载力验算,计算得到结构基本自振周期为1.480s,地震作用最大方向与水平方向的夹角为1.662°(小于±15°),具体计算结果如下:

  (1)结构基本动力特性

  厂房结构前6阶自振周期如表4-2所示,第一、二周期以平动为主,第三周期以扭转为主;第一扭转周期与第一平动周期之比为0.662,小于0.9,满足抗震规范要求。

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  (2)地震作用下的结构位移

  厂房结构在X向(纵向)地震作用下与Y向(横向)地震作用下的位移比与层间位移角见表4-3所示。由表4-3可知,在X方向地震作用下,厂房第三层、第四层最大层间位移角大于1/550,第七层、第八层最大层间位移与平均层间位移的比值大于1.5,不满足规范要求。在Y方向地震作用下,厂房第四层、第五层、第七层、第八层最大层间位移角大于1/550,第七层、第八层最大层间位移与平均层间位移的比值大于1.5,不满足规范要求。

  因为从第四层开始,厂房平、立面布置突然收缩,结构刚度突变,地震力陡然增大,所以第四、第五两层的层间位移角较大。在厂房顶部,由于第七、第八层钢结构平台的抗侧刚度较第六层混凝土结构的抗侧刚度显著减小,且结构顶部在地震作用时鞭稍效应严重,因此顶部两层钢结构的层间位移角也较大,超过了规范的限值。

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  此外,由于顶部两层钢结构柱间斜撑布置不对称,且第七层B/5~6轴线间斜撑被截断,导致顶部钢结构平台抗侧刚度分布严重不均匀,因此出现较大的扭转效应,其最大层间位移与平均层间位移的比值超过规范限值。

  (3)结构构件抗震承载力情况

  根据现有结构布置情况以及房屋使用现状计算得到厂房结构在地震作用下各层构件的配筋情况及柱的轴压比见附录三图2所示。图中云线标记处即为超筋处或计算配筋大于实配钢筋处,或者柱轴压比超限处。选取各楼层有代表性的梁、柱构件,其计算配筋与实配钢筋对照表如下表4-4所示。

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  由上表可以看出,由于第四层开始结构体型突变,导致与其相邻的第三层、第五层多处构件抗震承载力不满足要求,计算所需的配筋面积远大于实际配筋面积。此外,底层6/A、6/B、7/A三处柱的轴压比超过规范限值。

 

  5.结构可靠性鉴定评级

  5.1 结构可靠性鉴定评级概述

  根据《工业建筑可靠性鉴定标准》(GB50144-2008),工业建筑的可靠性鉴定评级应划分为构件、结构系统、鉴定单元三个层次。其中结构系统和构件两个层次的鉴定评级,应包括安全性等级和使用性等级评定。安全性分四个等级,

  使用性分三个等级,各层次的可靠性分四个等级。本次鉴定评级,将整个厂房结构作为一个鉴定单元。

  5.2 厂房结构可靠性鉴定评级

  5.2.1 构件评级

  根据《工业建筑可靠性鉴定标准》(GB50144-2008)第6.2.5条和6.2.8条可知,由于该厂房结构多处梁、柱等构件钢筋存在严重锈蚀,外表有沿筋纵向裂缝和明显锈迹,且多处混凝土表面存在腐蚀损伤,因此可评定构件的正常使用性等级为c级,又由第六节厂房结构构造与连接检查以及承载力验算分析可知,多处构件在不考虑地震作用时的正常生产使用条件下已出现承载力不足现象,因此可评定构件的安全性等级为d级。

  5.2.2 结构系统评级

  由现场倾斜及楼面差异沉降检测结果可知,该厂房结构最大倾斜率不超过4‰,满足《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)对多高层建筑的整体倾斜要求,且现场未发现上部结构构件由于不均匀沉降而产生的开裂现象,房屋主体与四周散水连接处也未见明显沉降裂缝。因此,可评定地基基础系统安全性等级为A,正常使用性等级为A。

  综合考虑上部结构系统的承载能力及梁、柱裂损情况,可评定上部结构系统安全性等级为D,正常使用性等级为C。

  此外,现场检测未发现栏杆、扶手等维护结构出现明显裂损现象,其与主体结构连接较好,仅多处栏杆与扶手表层防锈漆脱落或磨损,出现轻微锈蚀现象。根据《工业建筑可靠性鉴定标准》(GB50144-2008)第7.4.2条可评定围护结构系统安全性等级为A,正常使用性等级为B。

  5.2.3 鉴定单元评级

  将上述构件评级与结构系统评级的评定结构列入工业建筑物综合性鉴定评级表中(表5-1),根据《工业建筑可靠性鉴定标准》(GB50144-2008)第8.0.2条的规定,可评定该厂房结构可靠性等级为四级:极不符合国家现行标准规范的可靠性要求,已严重影响整体安全,必须立即采取措施。

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  6.检测鉴定结论

  上海某公司100t/年聚全氟乙丙烯工程厂房,为八层框架结构(下部六层混凝土,上部两层钢结构),建于1993年,占地面积为385.3 m2,总建筑面积1814m2。根据委托方提供的图纸资料,经过现场房屋损伤调查、倾斜测量、结构材料强度测试和结构构造状况调查,对房屋进行可靠性鉴定分析。主要鉴定结论如下:

  1、厂房结构构件完损情况较差,多处梁、柱构件出现严重的纵向开裂现象,内部钢筋锈蚀严重,已进入腐蚀危险期,更有几处梁底混凝土保护层成片脱落,厂房结构混凝土腐蚀较严重。

  2、现场采用回弹法对梁、柱混凝土强度进行了测试,由回弹结果推定该厂房结构混凝土强度等级为C18,与原设计强度(200#)相符。

  3、现场分别用经纬仪、水准仪对厂房的倾斜情况以及楼、屋面高差情况进行了测量,结果表明该厂房结构整体有向东南方向倾斜的趋势,但总体倾斜不大,实测最大倾斜率为3.1‰,在参考限值4‰范围内。且上部结构构件未发现由于不均匀沉降产生的开裂现象,厂房主体与四周散水连接处也未见明显沉降裂缝,表明地基基础基本沉降稳定,无严重静载缺陷,尚能满足结构现状的安全使用要求。

  4、厂房结构构造措施有两项够不满足抗震规范要求:①厂房结构混凝土强度等级为200#(C18),对于规范对框架结构梁、柱混凝土强度等级C20的要求;②厂房结构楼面梁最小截面尺寸小于200mm。

  5、结构承载力验算结果表明,该厂房结构多处构件在不考虑地震作用时的正常生产使用条件下已出现承载力不足现象,严重影响正常使用安全,应采取相应措施予以加固处理。

  6、根据《工业建筑可靠性鉴定标准》(GB50144-2008)第8.0.2条的规定,结合现场检测及结构承载力验算结果,可评定该厂房结构可靠性等级为四级:极不符合国家现行标准规范的可靠性要求,已严重影响整体安全,必须立即采取措施。

 

  7.处理意见及建议

  根据现场检测情况及验算分析结果,对上海某公司100t/年聚全氟乙丙烯工程厂房提出以下处理意见及建议:

  1、由于该厂房结构几乎全部构件内部钢筋都出现了不同程度的锈蚀,因此建议对全楼进行一次全面的加固处理。具体到每根构件的处理方法,可先敲开混凝土保护层,视其钢筋的锈蚀程度而定。若钢筋轻度锈蚀,则可直接除锈后补做混凝土保护层即可;若钢筋锈蚀严重,则应采用增大截面法或粘贴钢板法等形式予以加固处理。所有混凝土构件表面,应涂刷混凝土保护剂。此外,建议对局部楼板渗水处进行相应的防水处理。

  2、考虑到该厂房结构的服役环境具有侵蚀性,混凝土除了可能被碳化外,其内部硅酸钙与侵蚀环境中的酸/碱发生化学反应,均能破坏混凝土的组分,使其丧失强度,胀裂并逐渐脱落。因此,在加固设计中应适当提高混凝土强度等级,不宜采用C25及以下的混凝土,混凝土结构可按四类环境要求进行设计,并增加钢筋保护层厚度至少5~10mm。

  经过上述加固处理后,房屋结构能基本满足正常使用承载能力要求。加固处理应委托有资质的设计单位及施工单位进行设计和施工,以确保结构加固质量。该厂房在今后使用过程中,应注意观察,发现问题及时处理。

  此外,对于这类处于侵蚀环境中的工业厂房建筑,建议每隔5~8年左右进行一次全面的房屋安全性鉴定检测,以确保房屋质量安全,保证生产顺利进行。

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