膜結(jié)構(gòu)正常使用性鑒定初探

劉曉群

(福建建工集團(tuán)總公司 福建福州 350025)

膜結(jié)構(gòu)正常使用性鑒定初探

劉曉群

(福建建工集團(tuán)總公司 福建福州 350025)

目前工程領(lǐng)域缺乏關(guān)于既有膜結(jié)構(gòu)的正常使用性鑒定經(jīng)驗(yàn)，文章以實(shí)際膜結(jié)構(gòu)工程鑒定為背景，探討了膜結(jié)構(gòu)正常使用性鑒定的要點(diǎn)，包括可能存在的基礎(chǔ)拉拔、索膜體系的缺陷以及該類結(jié)構(gòu)鋼骨架系統(tǒng)的特殊性并介紹了相應(yīng)的鑒定流程，給出了實(shí)施該類鑒定的建議。

膜結(jié)構(gòu);正常使用性;檢測(cè)鑒定

0 引言

膜結(jié)構(gòu)因其造型豐富，施工快捷等特點(diǎn)，在我國(guó)應(yīng)用日益廣泛，特別是其自重極輕的特點(diǎn)使其特別適合于大跨空間結(jié)構(gòu)的建造［1－2］。但由于膜材柔軟易變形，且存在較明顯的松弛和徐變現(xiàn)象，這些因素對(duì)膜結(jié)構(gòu)的預(yù)張力會(huì)產(chǎn)生影響，而預(yù)張力的大小直接影響膜結(jié)構(gòu)體系剛度，因此，相對(duì)于其余類型的結(jié)構(gòu)，膜結(jié)構(gòu)的定期檢查維護(hù)顯然更為必要［3］。

然而，由于現(xiàn)代膜結(jié)構(gòu)在我國(guó)的起步較晚，與其相關(guān)的設(shè)計(jì)、工程管理、技術(shù)管理等方面的相應(yīng)質(zhì)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)都較為欠缺［4］，而屬于該類結(jié)構(gòu)的各種相關(guān)鑒定檢查工作更是缺乏經(jīng)驗(yàn)，本文以實(shí)際工程為背景，探討膜結(jié)構(gòu)進(jìn)行正常使用性鑒定的要點(diǎn)。

1 工程概況

該工程為某高速公路收費(fèi)站收費(fèi)棚。該收費(fèi)棚上部結(jié)構(gòu)為鋼管拱桁架索膜結(jié)構(gòu)。主體結(jié)構(gòu)由鋼格構(gòu)柱、拱形鋼桁架通過(guò)鋼絲繩拉索形成空間整體結(jié)構(gòu)。鋼格構(gòu)柱柱頂標(biāo)高為28.00m，跨度約66.60m，基礎(chǔ)為沖孔灌注樁，除主體鋼骨架膜結(jié)構(gòu)外，在該膜結(jié)構(gòu)下方尚有 14個(gè)附屬膜傘結(jié)構(gòu)。膜材采用FT1202T2，拱膜及14個(gè)膜傘面積為1 610m2，建筑全貌如圖1所示，主體結(jié)構(gòu)平立面布置、軸線編號(hào)及拉索編號(hào)如圖2～圖3所示。該工程至實(shí)施鑒定時(shí)間為止已使用8年，為了對(duì)該結(jié)構(gòu)的工作狀況進(jìn)行全面檢查并針對(duì)檢查過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題及時(shí)進(jìn)行維護(hù)處理，對(duì)該結(jié)構(gòu)組織實(shí)施了正常使用性鑒定。

圖1 膜結(jié)構(gòu)外觀實(shí)圖

圖2 結(jié)構(gòu)平面布置圖(尺寸單位:mm)

2 鑒定要點(diǎn)

該結(jié)構(gòu)的正常使用性鑒定在框架上保持與當(dāng)時(shí)的《民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》［5］一致，以便依據(jù)鑒定標(biāo)準(zhǔn)的評(píng)級(jí)規(guī)定實(shí)施評(píng)價(jià)。但是，同一般結(jié)構(gòu)相比，在具體鑒定過(guò)程中必須根據(jù)索膜結(jié)構(gòu)的材質(zhì)、受力及工作特性，以及該結(jié)構(gòu)體系的特點(diǎn)，進(jìn)行一些特殊的檢查。主要體現(xiàn)在以下3個(gè)方面:

(1)地基基礎(chǔ)的檢查

由于上部質(zhì)量極輕，膜結(jié)構(gòu)工作中所受的較大的荷載可能來(lái)自風(fēng)吸力引起的向上拉伸作用，此外，鋼骨架部分為拱形結(jié)構(gòu)，支座處在豎向荷載作用下產(chǎn)生的水平推力也較大，因此，針對(duì)其地基基礎(chǔ)的檢查，需要更加注意基礎(chǔ)周邊可能由于側(cè)推或拉拔引起的結(jié)構(gòu)或場(chǎng)地響應(yīng)。

(2)膜材、拉索等柔性構(gòu)件的工作狀態(tài)檢查

與普通結(jié)構(gòu)件不同的是，膜材、拉索均屬于預(yù)應(yīng)力構(gòu)件，且只能單向受力，同時(shí)，施加在這些構(gòu)件上的預(yù)應(yīng)力顯著影響整個(gè)結(jié)構(gòu)體系的剛度，因此，該類構(gòu)件應(yīng)作為檢查中的重點(diǎn)。

其中，拉索可能產(chǎn)生的主要問(wèn)題有松弛、銹蝕、斷絲以及連接件病害等，而膜可能產(chǎn)生的主要問(wèn)題有松弛、褶皺、破裂、透光、積水、霉變、拼接貼片剝離等。由于松弛、大面積褶皺，或大范圍破裂，均顯著降低膜面整體剛度，在強(qiáng)風(fēng)作用下易出現(xiàn)顫振進(jìn)而嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)安全，是膜構(gòu)件檢查的重點(diǎn)。

此外，與一般材料不同的是，膜材積水與膜材變形，屬于相互耦合因素，因此，應(yīng)避免存在該類隱患。

(3)鋼構(gòu)件的工作狀態(tài)檢查

該結(jié)構(gòu)除索膜以外，其余結(jié)構(gòu)件均為鋼結(jié)構(gòu)，而與多數(shù)的鋼結(jié)構(gòu)不同的是，該結(jié)構(gòu)的鋼構(gòu)件全部裸露在外，無(wú)任何圍護(hù)系統(tǒng)包裹保護(hù)，因而，其構(gòu)件及各種連接件，更易于遭受意外荷載、雨水侵蝕等外部作用帶來(lái)的損傷。

因此，根據(jù)以上分析，針對(duì)該結(jié)構(gòu)所實(shí)施的鑒定過(guò)程如下:

(1)結(jié)構(gòu)布置核查:建筑及結(jié)構(gòu)的平、立面布置核查，結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸抽查。

(2)地基基礎(chǔ)檢查:觀察支承柱及拱腳支座處周邊地面有無(wú)沉陷、起拱、開(kāi)裂等因基礎(chǔ)移位等引起的地面破壞跡象。

(3)結(jié)構(gòu)及構(gòu)件的工作狀態(tài)檢查:①鋼格構(gòu)柱構(gòu)件工作狀態(tài)檢查;②拱形鋼桁架構(gòu)件工作狀態(tài)檢查;③纜繩及其節(jié)點(diǎn)工作狀態(tài)檢查;④撐桿及彎管等膜上方鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件工作狀態(tài)檢查;⑤鋼格構(gòu)柱柱頂傾斜及拱形鋼桁架線形量測(cè)。

(4)焊縫質(zhì)量檢查。

(5)膜及附屬結(jié)構(gòu)工作狀況檢查。

(6)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，結(jié)合現(xiàn)狀調(diào)查、勘測(cè)結(jié)果，對(duì)建筑物的正常使用性進(jìn)行鑒定評(píng)級(jí)。

3 鑒定結(jié)果

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢查結(jié)果，該結(jié)構(gòu)當(dāng)前所存在的主要問(wèn)題，如表1所示。

表1 主要存在問(wèn)題匯總

表中除了存在與普通鋼結(jié)構(gòu)類似的正常使用性問(wèn)題之外，該結(jié)構(gòu)大量問(wèn)題均集中于拉索及膜構(gòu)件或與之相關(guān)的地基基礎(chǔ)使用狀況上。文中給出該工程部分與索、膜構(gòu)件相關(guān)使用問(wèn)題的典型圖片，如圖4～圖9所示。

為了確定拉索的受力狀態(tài)，該工程對(duì)拉索采用振動(dòng)法進(jìn)行了全面的索力測(cè)試，采用的設(shè)備為泰斯特TST5927無(wú)線索力測(cè)試分析系統(tǒng)。索力測(cè)試的結(jié)果驗(yàn)證了對(duì)拉索狀態(tài)的檢查判斷結(jié)果。圖10～圖11分別給出了該工程較為典型的LS－02－(5－7)－(FJ)、LS－07－(4)－(F－J)兩根拉索的振動(dòng)測(cè)試平均譜圖，其中的LS－02－(5－7)－(F－J)表示位于5軸與7軸、F軸與J軸間的LS－02，LS－07－(4)－(F－J)表示位于4軸、F軸與J軸間的LS－07。從圖10～圖11的對(duì)拉索測(cè)試平均譜圖可以看出，LS－02－(5－7)－(F－J)的平均譜圖上明顯在等間隔處出現(xiàn)了峰值，表明該索處于張緊狀態(tài);而LS－07－ (4)－(F－J)的平均譜圖則十分雜亂，沒(méi)有明顯的峰值響應(yīng)，表明該索處于松弛狀態(tài)。

圖4 拉索砼基座角部路面開(kāi)裂

圖5 拉索節(jié)點(diǎn)處銷栓鎖住方式

圖6 索力調(diào)節(jié)套筒處銹蝕

圖7 軸膜面破孔

圖8 膜布褶皺

圖9 背貼片出現(xiàn)局部剝裂

綜合考慮了地基基礎(chǔ)、上部鋼骨索膜結(jié)構(gòu)系統(tǒng)及附屬結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的檢查及鑒定結(jié)果，最終給出的該膜結(jié)構(gòu)收費(fèi)站收費(fèi)棚正常使用性等級(jí)評(píng)定為Css級(jí)，即該結(jié)構(gòu)當(dāng)時(shí)狀態(tài)顯著影響整體使用功能，應(yīng)采取措施進(jìn)行處理。

圖10 LS－02－(5－7)－(F－J)振動(dòng)測(cè)試平均譜圖

4 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于膜結(jié)構(gòu)的正常使用性鑒定，首先還是應(yīng)從結(jié)構(gòu)體系的受力及傳力概念出發(fā)，根據(jù)膜結(jié)構(gòu)的特殊性分析其可能產(chǎn)生的異常狀態(tài);其次，對(duì)于索膜這類特殊但又是極為重要的構(gòu)件，應(yīng)作為結(jié)構(gòu)檢查中的重點(diǎn)，主要的檢查項(xiàng)目包含松弛、銹蝕、斷絲以及連接件病害等，而膜可能產(chǎn)生的主要問(wèn)題有松弛、褶皺、破裂、透光、積水、霉變、拼接貼片剝離等。

由于多數(shù)的膜結(jié)構(gòu)均采用鋼材作為骨架部分，因此其正常使用性鑒定，對(duì)于鋼骨架部分可參照常規(guī)鋼結(jié)構(gòu)實(shí)施。

［1］ 嚴(yán)慧，夏循.我國(guó)內(nèi)地膜結(jié)構(gòu)的工程應(yīng)用與發(fā)展前景［J］.鋼結(jié)構(gòu)，2004，19(2):1－5．

［2］ 陳務(wù)軍.膜結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)［M］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2005．

［3］ 葉瑾瑜.考慮蠕變與環(huán)境影響的膜結(jié)構(gòu)受力性能研究［D］.哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2014．

［4］ 高新京，吳明超.膜結(jié)構(gòu)工程技術(shù)與應(yīng)用［M］．北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2010．

［5］ GB50292－1999民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)［S］．北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2000．

Primary study on appraisal of serviceability for membrane structure

LIU Xiaoqun
(Fujian Construction Engineering Group General Corporation，F(xiàn)uzhou 350025)

The experiences of appraisal of serviceability for existing membrane structures are really lacked in the realm of present engineering.The key points of appraisal of serviceability for membrane structures including the possibility of foundation drawing，the defects of membrane system，and the specificity of the steel skeleton system were discussed.The corresponding appraisal procedure were also introduced based on a real membrane structure.The advices on the implement of appraisals were suggested.

Membrane structure;Serviceability;Building appraisal

TU3

A

1004－6135(2017)02－0032－05

劉曉群(1965．2－ )，男，高級(jí)工程師，一級(jí)建造師。

E-mail:liuxiaoqun0205@163．com

2016－11－19