空間桁架屋蓋廠房的抗震鑒定

陳樂

（廣東省建筑材料研究院有限公司）

0 引言

空間桁架屋蓋結構通常為倒三角形截面，與平面桁架結構相比，它能夠具有更大的跨度，且三角形桁架穩定性好，扭轉剛度大且外表美觀，在現實生活中得到了廣泛的應用。

本文結合一個空間桁架屋蓋廠房鑒定的工程實例，探討其是否滿足現行規范的要求。

1 工程概況

本工程為兩層鋼筋混凝土結構和弧頂空間桁架屋面，房屋建造于2000 年初，廠房用途，平面類型是矩形，結構高度9.30m，結構平面尺寸35m×84m，基本風壓0.5kN/m2，地面粗糙度B 類，設防分類標準丙類，設計地震分組第一組，抗震鑒定分類C 類，抗震設防烈度為7度，場地類別II 類，抗震等級為三級，抗震措施設防烈度7 度，特征周期0.35s，設計基本地震加速度0.10g。委托單位未能提供原設計結構施工圖和原設計結構計算書。

2 檢查和檢測情況

2.1 結構體系檢查及使用情況調查

由于委托方未能提供該建筑的原始結構圖紙，現場對該建筑實際結構進行檢測，結果表明該建筑兩層混合結構，首層為混凝土框架，二層為混凝土柱與弧頂倒三角形空桁架混合，平面尺寸為35m×84m，平面布置規整，東西方向中部設置了分隔縫將該建筑劃分成兩個結構單元，該建筑混凝土結構首層層高為5.00m，二層混凝土柱頂高度為4.3m。

從結構體系角度，現場檢查發現問題如下：

⑴屋面縱向支撐由設置于跨中1/3 處的兩榀通長平面鋼桁架組成，但空間桁架端部未設置縱向支撐，空間桁架端部縱向支撐事實上由混凝土柱頭伸出的縱筋圍箍及外墻燒結磚提供。

⑵房屋二層山墻處未設置空間鋼桁架，而將屋面檁條搭于山墻頂，現場對山墻鋼筋進行鋼筋掃描的結果表明，二層9.3m 圈梁以上墻體均未設置圈梁，山墻磚墻懸臂最大高度達3.9m，該部分磚墻無平面外穩定保證措施。

⑶屋面C 型檁條跨度7m，僅在檁條跨中設置一道拉條，不滿足《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規范》（GB 51022-2015）[1]第9.3.1 條規定的：“當檁條跨度大于6m時，宜在檁條跨度三分點處各設一道拉條或撐桿”的要求，同時也未設置構造措施保證檁條下翼緣在風吸力工況下的穩定性。

2.2 主體結構變形測量

現場選取該建筑部分柱位進行側向位移測量。測點一：觀測高度9.2m，測點位移2.2mm，傾斜比值1/4182；測點二：觀測高度8.6m，測點位移6.4mm，傾斜比值1/1343；測點三：觀測高度8.0m，測點位移2.5mm，傾斜比值1/3200。測量結果表明所抽測的混凝土結構柱位側向最大傾斜率為1/1343，均未超過《工業建筑可靠性鑒定標準》（GB50144-2019）[2]第7.3.9 條關于多層廠房上部承重結構的使用性等級按結構水平位移影響評定時的A 級界限（≤H/500）。

2.3 混凝土構件鋼筋配置檢測

現場隨機抽取40 根混凝土構件，采用和混凝土鋼筋探測儀（HC-GY71）進行鋼筋掃描，同時，隨機抽取10個混凝土構件，采用局部鑿開的方法，用游標卡尺實測鋼筋的直徑。根據現場檢測情況，框架柱的b 面和h 面各有3 根鋼筋，鋼筋為直徑20 的二級鋼，箍筋為直徑8的一級鋼；框架梁截面250×600 的梁底鋼筋有4 根，鋼筋為直徑25 的二級鋼，框架梁截面250×600 的梁底鋼筋有4 根，鋼筋為直徑18 的二級鋼。

2.4 混凝土構件強度檢測

本工程采用鉆芯法對結構構件的混凝土抗壓強度進行檢測，所抽檢的14 個芯樣中，框架柱混凝土抗壓強度值介于27.6～42.1MPa，框架梁混凝土抗壓強度值介于17.6～48.9MPa，其中一個芯樣抗壓強度小于《混凝土結構設計規范》（GB 50010-2010）[3]第4.1.2 條鋼筋混凝土結構的最小混凝土強度等級C20 的要求，混凝土強度檢測結果較為離散，不滿足推定條件。

2.5 鋼構件及節點連接構造檢查

根據現場實際檢測條件，對現場鋼構件及節點連接構造檢查情況如下：

⑴該建筑二層屋面為空間倒三角桁架，上下弦桿截面尺寸為Φ88×3，腹桿截面尺寸均為Φ48×3，桁架底部設置拉索，拉索采用直徑20mm 帶肋鋼筋。

⑵桁架節點采用圓支管端部壓扁與主管焊接的形式，現場檢查，焊縫未見明顯的裂紋等缺陷。

2.6 鋼材品種檢測

按照《鋼結構現場檢測技術標準》（GB/T 50621-2010）[4]第11 章推薦方法，在同一個屋蓋的鋼材選取了3 個不同部位進行取樣，每個部位的試樣重量不少于5g。根據檢驗報告的結果，C 的含量為0.062%，Si的含量為0.063%，Mn 的含量為0.206%，P 的含量為0.010%，S 的含量為0.004%，各類元素的含量均滿足Q235B 的要求。

3 結構計算

根據現行國家的設計規范，下部的混凝土部分采用PKPM 系列軟件進行驗算，上部空間桁架屋蓋采用3D3S進行驗算，計算模型如圖1、圖2。

圖1 計算模型（一）

圖2 計算模型（二）

3.1 參數取值

樓面附加恒載1.5kN/m2；屋面附加恒載0.15kN/m2，樓面活荷載：3.0kN/m2、屋面活荷載：0.3kN/m2（不上人）；恒荷載分項系數：1.2；活荷載分項系數：1.4，梁端彎矩調幅系數：0.85。混凝土強度等級：首層柱C25，二層柱及以上C25，二層梁及以上C25。鋼材采用Q235。構件截面尺寸按實測值。

3.2 地基基礎

根據《建筑抗震鑒定標準》（GB 50023-2009）[5]第4.2.2 條規定，7 度時地基基礎現狀無嚴重靜載缺陷的乙類、丙類建筑，可不進行地基基礎的抗震鑒定。經現場檢查，上部結構構件無不均勻沉降裂縫和明顯的傾斜現象，故被檢測房屋基礎現狀可評為無嚴重靜載缺陷的丙類房屋，符合上述條件，故可不進行地基基礎的抗震鑒定。

3.3 抗震措施鑒定

根據《建筑抗震設計規范》（GB 50011-2010）[6]，按多層鋼筋混凝土房屋逐條核查抗震措施，核查結果表明：受檢房屋的結構抗震構造措施滿足該規范的要求。

3.4 抗震承載力驗算

根據《建筑抗震鑒定標準》（GB 50023-2009）[5]第1.0.4～1.0.5 條，現有C 類建筑，應按現行國家標準《建筑抗震設計規范》（GB 50011）[6]的要求進行抗震鑒定，按本標準第3.0.5 條的規定進行構件承載力驗算。

本次根據現場檢測結果對該建筑結構的承載力進行驗算分析，其中屋面倒三角空間桁架采用3D3S 結構計算軟件單獨驗算；其余混凝土結構部分采用中國建筑科學研究院結構研究所PKPM 系列SATWE 模塊驗算。由于委托方未能提供該項目的圖紙資料，無法確定拉索的設計張拉力，為確保屋頂桁架安全，本次驗算屋頂三角桁架承載力時，拉索按零初應力考慮，但該假定會造成二層柱頂水平推力過大，無法通過驗算?；诂F場檢測發現二層混凝土柱并未出現明顯的水平位移，也未出現因水平推力而導致的柱子開裂或其余變形，可認為二層混凝土柱目前處于正常工作狀態，本次不對其進行承載力驗算。

3.5 結構承載力驗算結果

⑴根據屋面弧頂空間三角桁架長細比驗算結果，該建筑空間下弦桿側向穩定僅靠兩榀縱向桁架，導致計算長度過大（約12m)，造成下弦桿側向長細比達399.1，大于《鋼結構設計標準》（GB 50017-2017）第7.4.6 條受壓桿長細比150 限值的要求，同時也大于受拉桿長細比350 的限值要求；側向長細比超限導致下弦桿部分節間桿件側向穩定應力比超限。

⑵根據框架梁柱承載力驗算結果，首層混凝土梁柱所抽檢的配筋均滿足承載力驗算要求。

3.6 房屋結構抗震性能綜合評定

房屋結構抗震性能鑒定結果表明，該建筑混凝土框架部分綜合抗震能力基本滿足抗震鑒定要求；結合2.1節結構體系檢查結果，該建筑二層鋼結構部分縱向抗側力體系不完整，綜合抗震能力不滿足滿足抗震鑒定要求。

4 建筑可靠性評級

結合《工業建筑可靠性鑒定標準》(GB50144-2019)[2]第8.0.1～8.0.3 條的規定，該建筑地基基礎結構系統可靠性等級為A 級，上部承重結構結構系統的可靠性等級為C 級，圍護結構系統結構系統可靠性等級為C 級，該建筑物結構可靠性等級評定為三級。

表1 建筑可靠性鑒定評級

5 有待探討的問題

對于原設計圖紙已無法找回，拉索的原設計拉力按現在的檢測方法還無法確定，現狀的拉索殘余應力也不好檢測，鑒定時只能按初應力為零考慮，這種做法過于保守。如何確定拉索張拉力還有待進一步探討，見圖3。

圖3 拉索示意圖

6 結論

6.1 結構檢測結論

⑴結構體系檢查結果表明，該建筑二層屋面有弧頂倒三角空間桁架縱向支撐體系不完整的問題，以及未有構造措施保證屋面檁條下翼緣在風吸力工況下的穩定。

⑵該建筑上部結構側向位移檢測結果表明，所抽測柱側向位移均滿足國家現行規范標準的要求。

⑶根據鉆芯法檢測結果，該房屋抽檢的14 個芯樣檢測結果較為離散，不滿足推定條件，各層混凝土梁柱所抽測的芯樣抗壓強度平均值均大于C25 的要求，其中一個芯樣抗壓強度小于C20 的要求。

⑷根據鋼結構化學成分分析的結果，鋼框架梁柱的鋼材品種為Q235B。

⑸構件損傷及缺陷檢查結果表明，該建筑二層個別梁底出現鋼筋銹脹；二層A 軸，N 軸山墻頂出現通長裂縫；二層西結構單元可見多處漏水。

6.2 可靠性鑒定結論

綜合現場檢查、檢測和驗算結果，依據《工業建筑可靠性鑒定標準》(GB50144-2019)[2]的規定，對該建筑結構的可靠性鑒定評述如下：

⑴該建筑主要轉角側向位移均未超過規范允許范圍，且室內外地面與主體結構之間沒有出現相對位移，上部結構未出現因地基不均勻沉降引起的裂縫或變形，表明地基基礎目前工作無異常；

⑵承載力驗算結果表明，混凝土結構部分滿足承載力要求；屋面倒三角空間桁架下弦桿長細比超限，進而導致導致下弦桿部分節間桿件平面外穩定應力比超限。

該建筑地基基礎結構系統可靠性等級為A 級，上部承重結構系統的可靠性等級為C 級，圍護結構系統可靠性等級為C 級，該建筑物結構可靠性等級評定為三級。

6.3 抗震鑒定結論

該建筑結構抗震性能鑒定結果表明，該建筑混凝土框架部分綜合抗震能力基本滿足抗震鑒定要求；該建筑二層鋼結構部分縱向抗側力體系不完整，綜合抗震能力不滿足抗震鑒定要求。