某網架結構安全性檢測與評價*

謝 東 張樹勛

結構安全性檢測是對建筑物質量評定的重要依據,也是對在役建筑物進行評價的基本依據,它在提高建設工程質量、節省國家與企業的資金、保證安全生產和生命財產安全方面都起到了重要的作用。本文結合一網架結構實例對其進行安全性檢測和評價,可為此類結構的安全性檢測和評定提供一定的參考。

1 工程概況

被檢測的網架采用螺栓球節點正放四角錐網架,下弦柱點支撐。工程抗震等級為三級,結構安全等級為二級,乙類建筑,結構設計使用年限為50年。該工程于2008年竣工使用,其結構體系和平面布置如圖1所示。

2 檢測項目及分析

2.1 材料規格和性能

1)桿件規格。經查對圖紙,共812根桿件。采用超聲波測厚儀對桿件規格進行檢測,結合現場條件及抽樣標準隨機抽取9根φ 48×3.5,10根φ 60×3.5計,10根φ 75.5×3.75,7根φ 88.5×4,4根φ 114×4計。經檢驗φ 75.5×3.75桿件有兩根不滿足要求外,其余偏差均在允許偏差范圍之內。

2)桿件材質。根據《鋼結構工程施工質量驗收規范》,采用鉆取鋼屑的辦法,現場抽取1根規格為φ 114×4的桿件取樣進行化學分析,測定鋼柱的碳(C)、硅(Si)、錳(Mn)、磷(P)、硫(S)五種元素的含量,經檢驗桿件管材化學成分滿足鋼材Q235的要求。

2.2 節點連接

1)外觀檢查。對節點連接的檢查采用全數檢查發現:a.個別桿件由若干段鋼管經對接焊縫連接而成(如圖2所示)。在現場焊接,桿件同軸度和焊接質量難以保證,且經探傷大部分焊縫達不到對接焊縫的二級質量要求;b.上弦徑向桿件承受檁條傳遞的屋面荷載,造成桿件受彎,違反結構設計中桿件為二力桿的設計原理;c.部分栓沒有擰到位,導致螺栓外露或松動(見圖3),易引起導致桿件失效或者承載力降低;d.由于安裝或制作偏差,部分桿件和套筒連接處出現較大縫隙,引起桿件偏心受力及螺栓受彎;e.主檁沒有直接坐落在支托上,通過一小段槽鋼連接,連接較復雜,且該槽鋼容易失穩;f.主檁條施工與設計圖紙不符;g.屋面和檁條連接不牢,屋面板翹起,次檁條的連接方式不妥,見圖4。

2)焊縫質量。現場抽取了錐頭(封板)與鋼管對接焊縫計32件、鋼管對接焊縫計21件進行超聲波探檢測,檢測結果表明,工廠加工的錐頭(封板)與鋼管對接焊縫符合二級焊縫質量要求,現場施焊的鋼管對接焊縫均不符合二級焊縫質量要求。

2.3 結構與構件變形

1)桿件變形。現場全數桿件進行外觀檢測,沒有發現明顯變形桿件。隨機抽取10余根桿件進行彎曲變形測量,沒有發現彎曲。

2)結構變形。取各個支座(Z1～Z6)及屋蓋上3點(6點、7點、8點),采用激光測距儀測取各測點的標高,測點分布見圖5,測量結果見表1。

2.4 支座連接情況

利用卷尺對全數支座底板、過渡板及筋板的尺寸進行測量,基本符合設計圖紙要求。但是焊腳尺寸為12 mm,小于14 mm(設計圖紙要求),不滿足設計圖紙要求,同時支座處底板和螺栓銹蝕較嚴重。

2.5 構件涂裝與銹蝕

1)涂層厚度。利用覆層測厚儀對桿件和檁條的涂層厚度進行測量,現場隨機抽取12根桿件和5根檁條,桿件的涂層厚度符合標準要求,檁條的涂層厚度不滿足其質量要求。2)構件銹蝕。現場檢測結果表明,部分檁條和桿件有銹蝕。造成銹蝕的原因主要有:a.屋面防水不密實,造成屋面下檁條受潮銹蝕;b.檁條涂層厚度不夠和涂刷質量不好,造成表面起皮和檁條內部點蝕;c.部分桿件端部打磨后沒有及時涂刷防銹漆造成桿件端部銹蝕。

3 設計復核

使用SFCAD計算軟件,并結合現場檢測結果綜合分析,更有利于對結構的安全性作出科學評價。經驗算,該網架結構中共有16根超應力桿件(如圖6所示)。超應力桿件主要集中在φ 60×3.5(4根)和φ 75.5×3.75(12根)兩種規格上。另外還有部分桿件的壓應力接近設計強度,規格主要集中在φ 48×3.5,φ 60×3.5和φ 75.5×3.75上,桿件長細比均滿足要求。根據計算結果,桿件最大應力比為 0.97(拉桿)和-1.07(壓桿),即最大應力值為184 MPa(拉桿)和203 MPa(壓桿),均小于《鋼結構設計規范》中Q235鋼材的設計強度要求,可不進行處理。

通過對網架結構本身及圍護結構的檁條等構件校核,網架結構正常使用極限狀態均滿足要求。

4 網架安全性評價

根據GB 50292-1999民用建筑可靠性鑒定標準的要求對該工程進行安全性評價,評定結果如下。

4.1 上部承重結構

1)根據構件的承載力要求對鋼網架構件安全性進行評定,構件的安全性評定為Cu級;2)根據構造要求進行鋼網架構件的安全性評定,構件的安全性評定為Cu級;3)根據不適于繼續承載的位移和變形進行鋼網架構件的安全性評定,構件的安全性評定為Bu級;4)根據上述評定結果,構件的安全性評定為Cu級;5)根據結構布置、支承系統布置、支承系統構造及結構間聯系,結構的整體性評定為Bu級;6)根據構件安全性和結構整體性的評定結果,上部承重結構的安全性評定為Cu級。

4.2 圍護系統

1)根據圍護系統構件的承載力、構造及變形,圍護系統的安全性評定為Cu級;2)根據結構布置、支承系統布置、支承系統構造及結構間聯系,圍護系統的整體性評定為Cu級;3)根據圍護系統構件安全性和結構整體性的評定結果,圍護系統的安全性評定為Cu級。綜合承重結構和圍護系統的評定結果,該網架屋蓋的安全性評定為Cu級。

5 建議

1)對現場施焊的桿件對接焊縫應采取相應整改措施;2)對檢查中發現未安裝到位的螺栓球節點和出現馬蹄縫的桿件必須進行整改,并應逐個檢查,消除安全隱患;3)屋脊主檁應采取加固措施,部分主次檁條間的連接應采取處理措施;4)屋面板和檁條局部連接不牢靠,應采取處理措施;5)對銹蝕的構件應進行防腐處理;6)對屋蓋系統定期維護。

[1] GB 50205-2001,鋼結構工程施工質量驗收規范[S].

[2] GB/T 50344-2004,建筑結構檢測技術標準[S].

[3] 宋明志,徐覺慧,楊 浩.某鋼結構商業辦公樓安全性檢測與評定分析[J].淮海工學院學報(自然科學版),2008,18(2):61-64.