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【摘要】某中學圓形會議廳屋頂鋼網(wǎng)殼，因裝修需增設吊頂，引起荷載變化，故需對該鋼網(wǎng)殼進行安全性鑒定。本報告對屋頂鋼網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的構(gòu)件尺寸、支座標高偏差、整體變形、網(wǎng)殼支承柱混凝土強度、鋼網(wǎng)殼構(gòu)件撓曲、網(wǎng)殼節(jié)點損傷與焊縫損傷和構(gòu)件涂層完損等進行了復核檢測，并結(jié)合原設計資料、根據(jù)實測數(shù)據(jù)建立結(jié)構(gòu)計算模型，計算網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)現(xiàn)階段及裝修后的受力變形及安全狀況，為后續(xù)裝修改造工作提供有效數(shù)據(jù)與依據(jù)。
1. 檢測概述
某中學圓形會議廳屋頂鋼網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，總面積518.5m2。會議廳建于1997年，至今未進行過相關(guān)維護及檢測。目前擬對該會議廳進行整體裝修。由于裝修需增設吊頂，將引起網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)荷載變化，為了了解網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的安全性態(tài)，業(yè)主委托對會議廳屋頂鋼網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)進行安全性檢測鑒定，以便為后續(xù)裝修改造工作提供技術(shù)依據(jù)和數(shù)據(jù)資料。
1.1檢測鑒定范圍
本次檢測鑒定范圍為某中學主教學樓頂層圓形會議廳屋頂?shù)匿摼W(wǎng)殼結(jié)構(gòu)及其構(gòu)件、節(jié)點、支座以及影響鋼網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)安全使用的附屬構(gòu)件。網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)具體位置參見總平面示意圖1-1。
1.2主要工作內(nèi)容
本次檢測鑒定主要工作內(nèi)容包括：
1、復核屋頂鋼網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)布置，復核構(gòu)件尺寸、構(gòu)造;
2、對網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)支座節(jié)點標高偏差進行檢測;
3、對網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)整體變形進行檢測;
4、對網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)支座下混凝土支柱的強度進行檢測;
5、對網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)構(gòu)件撓曲變形進行檢測;
6、對鑒定范圍內(nèi)網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)構(gòu)件、節(jié)點、焊縫、涂層的完損進行檢查和檢測;
7、對鋼網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)進行內(nèi)力分析和驗算;
8、根據(jù)檢測和驗算結(jié)果，提出檢測鑒定結(jié)論;
9、提出建議加固處理措施。
2.房屋概況
鋼網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)基本概況見表2-1，鋼網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)平面布置見圖2-2。
3、現(xiàn)場檢測情況
3.1網(wǎng)殼建筑與結(jié)構(gòu)尺寸復核
現(xiàn)場復核結(jié)果表明，網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)布置、支座混凝土柱平面布置與原設計圖紙吻合。網(wǎng)殼桿件截面尺寸實測結(jié)果與原設計資料相符。
3.2網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)支座節(jié)點標高偏差檢測
采用拓普康GTS-102R型全站儀，檢測網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)4個柱支座的標高偏差(含施工誤差)。測量結(jié)果表明，網(wǎng)殼相鄰支座間最大標高偏差為37.1mm，所測4組支座標高偏差中有2組大于國家現(xiàn)行標準《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》(GB50205-2001)中關(guān)于多點支承網(wǎng)殼相鄰支座高差的限值L1/800=15000/800=18.75mm(L1為相鄰支座間距)。
3.3網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)整體變形檢測
采用拓普康GTS-102R型全站儀，通過測量網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)下弦節(jié)點標高來推算網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)整體變形。由測量結(jié)果可知，網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)下弦節(jié)點豎向最大相對撓度達到1/217(含施工誤差)，基本滿足《空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(JGJ7-2010)及《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》(GB50205-2001)的規(guī)定，即最大撓度不應大于短向跨度的1/217。
3.4支座柱混凝土強度檢測
采用回彈法，按照《回彈法檢測混凝土抗壓強度技術(shù)規(guī)程》(JGJ/T23-2011)，對網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)全部4個支座下混凝土柱進行混凝土強度檢測?，F(xiàn)場檢測發(fā)現(xiàn)，混凝土現(xiàn)狀良好，根據(jù)《既有建筑物結(jié)構(gòu)檢測與評定標準》(DG/TJ-08-804-2005)，綜合評定支座柱混凝土強度為38.4MPa。
3.5構(gòu)件撓曲變形檢測
采用拓普康GTS-102R型全站儀，根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)檢測與鑒定技術(shù)規(guī)程》(DG/TJ08-2011-2007)的規(guī)定，對網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)桿件的撓曲變形進行測量。檢測結(jié)果表明，桿件最大撓度達到了2.5‰;共檢測桿件86根，其中30根桿件撓度超過《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》(GB 50205-2001)中桿件相對撓曲的限值1.0‰。撓曲變形超限的桿件位置見圖3-1、圖3-2。
3.6網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)完損狀況檢測
根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)檢測與鑒定技術(shù)規(guī)程》(DG/TJ08-2011-2007)的規(guī)定，對結(jié)構(gòu)構(gòu)件、螺栓球節(jié)點連接、涂層、焊縫等進行損傷檢測。
3.6.1構(gòu)件完損狀況檢測
現(xiàn)場檢測發(fā)現(xiàn)，大部分結(jié)構(gòu)構(gòu)件無明顯變形或局部損傷現(xiàn)象。但存在部分附屬構(gòu)件懸掛于網(wǎng)殼桿件節(jié)間，使得網(wǎng)殼桿件除節(jié)點力外還承受了節(jié)間力，不符合網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)設計要求，應及時予以拆除。
3.6.2節(jié)點檢測
現(xiàn)場檢測結(jié)果表明，鋼網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的螺栓球節(jié)點連接基本完好，構(gòu)件未發(fā)現(xiàn)有松動、脫離、損傷等現(xiàn)象。但支座節(jié)點與支座預埋板連接采用傳統(tǒng)螺栓球與桿件的連接方式連接(如圖3-3)，無法承受支座節(jié)點處的彎矩及水平剪力，不符合設計構(gòu)造要求，建議采取加固措施。
3.6.4構(gòu)件防腐與防火涂層質(zhì)量檢測
現(xiàn)場檢測發(fā)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)構(gòu)件防腐涂層基本完好;多數(shù)構(gòu)件防火涂層已嚴重老化(圖3-4)，且存在剝離現(xiàn)象，使得結(jié)構(gòu)防火存在安全隱患。
3.6.5焊縫檢測
采用焊縫尺規(guī)及CTS-2020型超聲波檢測儀分別對結(jié)構(gòu)中各類焊縫的尺寸及其損傷情況進行抽樣檢測，其中焊縫內(nèi)部損傷情況按《鋼結(jié)構(gòu)超聲波探傷及質(zhì)量分級法》(JG/T203-2007)中B Ⅲ級檢測標準進行檢測?，F(xiàn)場檢測結(jié)果表明，該鋼網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)桿件各類焊縫連接完好，無超標缺陷，且焊縫尺寸符合設計要求。
4. 網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)安全性鑒定
4.1結(jié)構(gòu)驗算模型
參考委托方提供的原設計資料并結(jié)合結(jié)構(gòu)現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)建立考慮當前結(jié)構(gòu)實際狀況的計算模型，并進行結(jié)構(gòu)驗算。
4.1.1結(jié)構(gòu)模型
該網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)計算根據(jù)結(jié)構(gòu)實測節(jié)點坐標、實測桿件截面及考慮桿件變形、實測支座標高偏差結(jié)果建立。鋼材均為Q235鋼，按規(guī)范取得其設計強度為215MPa，彈性模量2.06×1011N/m2，泊松比0.3，密度7850 kg/m3。結(jié)構(gòu)中混凝土支承柱簡化為彈性支座，經(jīng)計算得支承柱側(cè)移剛度為59.51kN/mm。具體荷載取值見表4-1。
4.1.2荷載組合
由《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB50009-2012)確定的主要荷載組合見表4-2。
4.2驗算結(jié)果
4.2.1結(jié)構(gòu)動力特性
結(jié)構(gòu)基本周期為0.22s，對應的振型為結(jié)構(gòu)整體豎向振動。
4.2.2靜力荷載下結(jié)構(gòu)變形
考慮實測支座標高偏差的結(jié)構(gòu)變形計算結(jié)果見表4-3.
由計算結(jié)果可知，結(jié)構(gòu)變形滿足規(guī)范要求。
4.2.3 靜力荷載下結(jié)構(gòu)承載力
1)網(wǎng)殼桿件驗算結(jié)果
考慮實測數(shù)據(jù)，結(jié)構(gòu)各類構(gòu)件的承載能力驗算結(jié)果如表4-4所示。
5. 安全性鑒定結(jié)論及建議
5.1結(jié)論
5.1.1現(xiàn)場檢測結(jié)果
根據(jù)對某中學教學樓圓形會議廳屋頂鋼網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場檢測結(jié)果，得出如下結(jié)論：
1)網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)支座平面布置與構(gòu)件尺寸與原設計圖基本相符，滿足設計要求;
2)網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)相鄰支座間最大標高偏差為37.1mm，出現(xiàn)在9軸和1軸支座之間，大于國家現(xiàn)行標準《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》(GB50205-2001)關(guān)于多點支承網(wǎng)殼相鄰支座高差限值為L1/800=15000/800=18.75mm的規(guī)定(L1為相鄰支座間距)，超過《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》要求;
3)由測量結(jié)果可知，抽測節(jié)點豎向相對撓度最大值達到1/217，基本滿足《空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(JGJ7-2010)規(guī)定;
4)網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)支座柱混凝土強度推定值為38.4MPa，由于混凝土齡期已超出測強曲線的時間限定，故檢測結(jié)果僅供參考;
5)部分上、下弦桿件相對撓曲超過《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》(GB 50205-2001)中第12.3.1條中關(guān)于桿件相對撓曲的限值1.0‰，不滿足規(guī)范要求;6)部分附屬構(gòu)件通過抱箍方式連接于網(wǎng)殼構(gòu)件跨中，應及時予以拆除;
7)鋼網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的螺栓球節(jié)點連接基本完好;
8)網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)支座節(jié)點采用傳統(tǒng)螺栓球與桿件連接方式連接，不能傳遞支座水平剪力及彎矩，構(gòu)造設計不合理。
9)構(gòu)件防腐涂層基本完好;防火涂層已嚴重老化，且存在剝離現(xiàn)象，使得結(jié)構(gòu)防火性能存在安全隱患。
10)鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)各類焊縫連接基本完好，無超標缺陷;焊縫尺寸符合設計要求。
5.1.2結(jié)構(gòu)鑒定驗算結(jié)果
根據(jù)現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)，對某中學教學樓圓形會議廳屋頂鋼網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)驗算結(jié)果表明：
1)整體結(jié)構(gòu)在恒荷載和活荷載標準組合作用的撓度滿足規(guī)范要求;
2)靜力荷載作用下，構(gòu)件承載力校核驗算結(jié)果表明，網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)承載力滿足規(guī)范要求;
3)吊頂天花安裝前，結(jié)構(gòu)在原荷載作用下，支座處存在較大水平反力，而支座節(jié)點螺栓球與錐頭間螺栓連接不能傳遞水平力;錐頭與底板間角焊縫連接承載力不足，過渡板與預埋板間角焊縫連接安全;吊頂天花安裝后，結(jié)構(gòu)在新增荷載后，支座處仍存在較大水平反力，而支座節(jié)點螺栓球與錐頭間螺栓連接不能傳遞水平力;且錐頭與底板間角焊縫承載力不足，過渡板與預埋板間角焊縫承載力不足，支座節(jié)點承載力不足。
4)地震作用下，構(gòu)件承載力校核驗算結(jié)果表明，網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)承載力滿足規(guī)范要求。
5.2建議
根據(jù)結(jié)構(gòu)現(xiàn)場檢測及驗算結(jié)果，宜采取以下結(jié)構(gòu)修復和加固措施：
1)加固或改造網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)支座節(jié)點，保證支座節(jié)點水平剪力和彎矩的有效傳遞;
2)及時拆除通過抱箍方式與網(wǎng)殼構(gòu)件連接的附屬構(gòu)件;
3)對網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)所有構(gòu)件及節(jié)點重新涂刷防火層。
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