某傾斜鋼結構別墅的安全性鑒定

牛 寅，張 強，方力強

（國家建筑工程質量監(jiān)督檢驗中心，北京 100013）

0 引 言

近年來鋼結構裝配式住宅發(fā)展十分迅速，具有施工質量高、施工工期短、抗震性能好等諸多優(yōu)點。但實際安裝生產過程中，由于施工隊伍裝配式建筑施工經驗少、水平參差不齊等原因，鋼結構裝配式住宅常出現(xiàn)各種施工質量問題。其中，鋼柱傾斜是鋼結構施工中較難控制的一類常見問題，經常需要對存在此類問題的房屋進行安全性鑒定。本文通過對存在鋼柱傾斜的鋼結構住宅進行安全性鑒定實例，為技術人員進行同類項目的鑒定提供參考。

1 工程概況

某鋼結構別墅項目位于南京市，該樓主體結構為地上 2 層的鋼筋混凝土剪力墻與鋼框架混合承重結構，建筑面積約 400 m2，該樓東西長 30.1 m，南北寬 9.4 m，1 層層高為 3.6 m，2 層層高為 3.3 m，除電梯井及樓梯間采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土剪力墻外，其余部分均采用鋼框架結構，該別墅的結構平面布置如圖1所示。主體結構施工完畢后，發(fā)現(xiàn)該樓部分鋼柱垂直度超過 GB 50205－2001《鋼結構工程施工質量驗收規(guī)范》［1］中H/1000 的要求，傾斜最嚴重的鋼柱傾斜率為 H/326，為確保結構安全，建設單位委托檢測單位對該樓進行了檢測鑒定。

2 施工質量檢測

圖1 結構平面布置圖（單位：mm）

對該樓主體結構施工質量進行抽樣檢測，主要檢測項目包含：混凝土構件截面尺寸、混凝土強度、鋼筋配置；鋼構件截面尺寸、材料強度、鋼梁撓度。除抽樣檢測項目外，還對該樓鋼柱垂直度進行了全數(shù)檢測。經檢測，該樓除鋼柱垂直度不滿足 GB 50205－2001《鋼結構工程施工質量驗收規(guī)范》的要求（H/1 000 且≤ 10.0 mm）外，其余檢測項目均滿足設計及相關規(guī)范要求。

所測 32 根鋼柱的垂直度為 0～H/326，其中有 21 根鋼柱垂直度滿足 GB 50205－2001《鋼結構工程施工質量驗收規(guī)范》的要求，有 11 根鋼柱垂直度超出 GB 50205－2001《鋼結構工程施工質量驗收規(guī)范》的要求。檢測發(fā)現(xiàn)，該樓鋼柱無明顯向一側傾斜的趨勢，鋼柱傾斜主要由施工質量較差引起，可以排除因基礎不均勻沉降引起鋼柱的傾斜。

依據(jù) GB 50292－2015《民用建筑可靠性鑒定標準》［2］的要求，鋼結構框架不適于繼續(xù)承載的層間位移限值為 H/150，該樓鋼結構柱垂直度不滿足 GB 50205－2001《鋼結構工程施工質量驗收規(guī)范》的要求，但鋼柱傾斜未超出 GB 50292－2015《民用建筑可靠性鑒定標準》中鋼結構框架不適于繼續(xù)承載的層間位移限值要求。為確定鋼柱傾斜對結構承載能力的影響，評價結構安全性，采用有限元軟件對該樓承載能力進行驗算。

3 計算分析

結構計算分析采用中國建筑科學研究院有限公司的 PKPM 系列軟件進行。

3.1 PKPM 模型的建立

依據(jù)委托方提供的施工圖紙進行建模，荷載布置按照設計要求及 GB 50009－2012《建筑結構荷載規(guī)范》的相關要求確定，PKPM 模型如圖2所示。該樓豎向受力構件為鋼筋混凝土剪力墻及鋼框架柱，雖然部分鋼框架柱的垂直度超出了規(guī)范的允許范圍，但樓梯間、電梯井位置鋼筋混凝土剪力墻垂直度符合施工驗收規(guī)范的要求，檢查未發(fā)現(xiàn)鋼構件節(jié)點存在變形、摩擦面脫開失效等現(xiàn)象。因此鋼柱傾斜對混凝土構件承載力的影響可以忽略，僅在模型中的鋼柱上增加附加彎矩來考慮鋼柱傾斜對結構安全的影響。

圖2 PKPM模型

由于柱身發(fā)生傾斜，上層鋼柱傳下的軸力、剪力和彎矩將對下層結構的內力產生影響，如圖3所示。即上層柱身傾斜對下層結構的影響在整體計算時可以通過在下層結構柱頂處增加附加彎矩的方式來考慮，附加彎矩值 ΔM 的大小為軸力 N 與實際的垂偏值 Δ 的乘積Nh Δ。

3.2 驗算結果

通過對比施加附加彎矩的模型（以下簡稱為模型1）和無附加彎矩的模型（以下簡稱為模型 2）計算結果，分析垂直度偏差對構件承載力造成的影響。

圖3 柱身傾斜對下層結構影響示意圖

考慮鋼柱傾斜后，1 層柱的軸壓比為 0.04～0.15、應力比為 0.11～0.39；2 層柱的軸壓比為 0.01～0.06、應力比為 0.07～0.32。該樓鋼柱具有較大的安全儲備，考慮鋼柱傾斜后，鋼柱軸壓比、應力比、穩(wěn)定性仍滿足規(guī)范要求。代表性鋼柱效應與抗力比值如表1所示。

表1 代表性鋼柱的效應與抗力比值

從模型1的構件效應與抗力比值中可以看出，雖然鋼柱發(fā)生了傾斜，但所有鋼柱的強度、穩(wěn)定性仍滿足規(guī)范要求。該別墅在考慮附加彎矩后，其鋼柱應力比增幅為 0～7.1 %。其中，柱身垂直度偏差最大的 2 層 5～D 柱，考慮鋼柱傾斜后，其效應與抗力比值為0.25，應力比增幅為 4.2 %。應力比增幅最大的柱為 1 層6～A 柱，其增幅為 7.1 %。

從計算結果可以看出：部分構件計算應力比與理想狀態(tài)相比有所增加，但因原結構設計富余量較大，考慮傾斜后構件承載力仍滿足規(guī)范要求。應力比增幅最大的鋼柱并非傾斜最嚴重的鋼柱，還應考慮到鋼柱截面特性、垂偏值△和軸力。另外，該樓電梯井、樓梯間、設備管道井采用鋼筋混凝土剪力墻結構，鋼構件與剪力墻筒體相連接，進一步增大了結構的整體穩(wěn)定性。

同時，PKPM 的計算結果表明，混凝土構件只需要按照構造配筋，而且實際配筋遠大于構造配筋，因此鋼柱傾斜不會影響到混凝土構件的安全性。

4 鑒定結論

經驗算，部分構件計算應力比與理想狀態(tài)相比有所增加，但該樓主體結構的承載力仍滿足 GB 50017－2017《鋼結構設計標準》［3］、GB 50010－2010《混凝土結構設計規(guī)范》［4］及 GB 50011－2010《建筑抗震設計規(guī)范》［5］的要求，鋼柱傾斜對結構承載能力影響不大，可不進行鋼柱糾偏加固處理。

5 處理建議

經驗算，該樓主要結構構件承載能力滿足規(guī)范要求，不必進行鋼柱糾偏處理，但后續(xù)施工中，還應采取以下措施，確保結構安全：

1）采取有效措施避免因鋼柱傾斜引起鋼構件節(jié)點連接失效；

2）房屋后續(xù)施工中，應采取有效措施防止鋼柱進一步傾斜。

6 結 語

文中對傾斜鋼結構承載力的計算是通過在柱頂添加附加彎矩的 PKPM 模型實現(xiàn)的，除 PKPM 系列軟件外，計算時還可應用 SAP 2000、ETABS 等有限元軟件建立與實際情況相符的比對模型，進一步對結構安全性進行驗證。鑒定人員在房屋安全性鑒定工作中，應依據(jù)現(xiàn)場檢測與計算結果，對傾斜房屋的安全性做出合理判定，避免不必要的加固施工。