上海某劇院大修前結構安全性檢測鑒定*

符素娥

(上海市建筑科學研究院有限公司，上海市工程結構安全重點實驗室，上海 200032)

1 工程概況

上海某劇院建造于2011年，房屋主要功能為以音樂劇為主的多功能劇院及其配套輔助用房，是目前國內最大的下沉式劇院。目前，本工程存在地下室地坪開裂、起砂，墻面開裂、滲水，混凝土構件鋼筋銹脹外露，屋面滲漏，室外地坪下沉等現象，對其運營安全造成威脅。

本工程主要由劇院和停車庫組成，兩區域結構相連，中間未設變形縫，其中劇院地下5層、地上3層，建筑平面呈鉆石狀，地上部分設計呈流線形，房屋主體結構大部分處于地面以下，其上鋼屋蓋設計為不規則曲面穹頂，穹頂內設置漏斗形結構，穹頂周邊通過不同高度柱斜向支撐于下部混凝土結構上，穹頂平面投影為蛋形，蛋形長短軸分別約為120，70m。

穹頂中間的舞臺和觀眾廳中空，該部分穹頂支撐于舞臺和觀眾廳周邊墻體上，舞臺和觀眾廳內部頂蓋結構自成體系。停車庫地下3層，建筑平面呈矩形，房屋外立面如圖1所示。

房屋主體結構為現澆混凝土框架-剪力墻結構，采用鋼結構(鋼網架及鋼桁架組合)屋面及大底板樁-筏基礎。建筑抗震設防類別為乙類，設計使用年限為50年，建筑結構安全等級為二級，按7度進行抗震設計，設計基本加速度為0.10g，設計地震分組為第一組，建筑場地類別為Ⅳ類，特征周期為0.9s。劇院剪力墻抗震等級為一級，框架抗震等級為二級。停車庫剪力墻抗震等級為三級，框架抗震等級為三級。基礎、基礎梁及上部結構混凝土構件設計混凝土強度等級為C35。

觀眾廳及主舞臺區域屋面結構采用矩形方鋼管交叉桁架結構，南北向為主桁架，如圖2，3所示。

尾部懸挑區域、觀眾廳兩側及漏斗形區域采用雙層鋼網殼結構，鋼網殼結構可根據其平面布置分為4個區域，其中中央靠北側的漏斗形區域為A區，其余區域自北向南依次劃分為B，C，D區(東西向結構對稱布置)，如圖4所示。

北側網殼以斜柱和漏斗形區域剛性環為支撐，觀眾廳兩翼處的網殼以斜柱和剪力墻為支撐，舞臺四周的網殼以2道剪力墻為支撐，觀眾廳及舞臺屋面鋼桁架兩端支撐在剪力墻上。

2 現場檢測

2.1 建筑結構復核

現場對房屋建筑平面分隔、填充墻墻體材料、使用功能、結構平面布置等進行調查，對照原設計圖紙發現，除劇院區域外圍護墻內側200mm厚離壁襯套磚墻改為輕鋼龍骨板墻外，房屋建筑、結構平面布置與原設計基本相符。

采用鋼卷尺、游標卡尺及測厚儀對主要承重構件截面尺寸、連接節點形式及混凝土構件鋼筋配置進行檢測，檢測結果表明，房屋主要承重構件截面尺寸、鋼結構主要連接節點形式及連接件截面尺寸、混凝土構件鋼筋配置均與原設計基本相符。

2.2 材料強度檢測

現場采用混凝土回彈儀對構件混凝土強度進行抽樣測試，以混凝土強度推定值作為評定混凝土強度的標準，同時利用取芯機在部分構件上鉆取芯樣，用以修正回彈法測試結果。檢測結果表明，劇院區域混凝土構件實測抗壓強度推定值為36.4MPa，達到設計強度等級C35要求。停車庫區域混凝土構件實測抗壓強度推定值為39.1MPa，達到設計強度等級C35要求。

采用里氏硬度計抽樣檢測房屋觀眾廳屋面鋼桁架、舞臺屋面鋼桁架、屋面鋼網殼構件里氏硬度，對其抗拉強度進行推定。檢測結果表明，觀眾廳屋面鋼桁架構件抗拉強度特征值為475～496MPa，舞臺屋面鋼桁架構件抗拉強度特征值為493～512MPa，屋面鋼網殼及幕墻構件抗拉強度特征值為449～503MPa，基本達到設計強度等級Q345要求。

2.3 鋼構件焊縫質量檢測

現場對桁架柱、桁架梁及平臺梁連接節點焊縫外觀質量進行抽樣調查，結果表明，焊縫表面未見明顯氣孔、夾渣、裂紋、焊瘤等外觀質量缺陷。

現場采用超聲波探傷儀對典型桁架柱、桁架梁及平臺梁連接節點焊縫內部缺陷進行檢測，檢測結果表明，抽檢區域觀眾廳屋面桁架、舞臺屋面鋼桁架下弦與下弦間相貫焊縫及室外劇院下弦球中部相貫焊縫內部質量滿足一級焊縫質量等級要求。

2.4 鋼結構涂裝質量檢測

根據設計圖紙及施工資料，觀眾廳屋面鋼桁架、舞臺屋面鋼桁架采用厚型防火涂料涂裝，其余區域采用超薄型防火涂料涂裝，現場采用涂層厚度儀及游標卡尺抽樣檢測觀眾廳屋面鋼桁架、舞臺屋面鋼桁架、屋面鋼網殼等區域構件漆膜厚度。檢測結果表明，觀眾廳及舞臺屋面鋼桁架涂層厚度為9.5～19.5mm，該厚度相對設計及施工要求偏小，且離散性較大；屋面鋼網殼等區域涂層厚度為361.1～994.4μm，該厚度相對設計及施工要求偏小，且離散性較大。

2.5 房屋損傷狀況調查

房屋損傷狀況調查結果表明，停車庫兩端局部頂板開裂(表現為角部存在45°斜裂縫或沿框架梁邊緣開裂)且伴有水漬(局部修補痕跡)，如圖5所示；少量混凝土構件鋼筋銹脹外露、混凝土剝落；舞臺及觀眾廳屋面鋼桁架多處鋼構件表面防火涂料開裂、破損、局部脫落；屋面鋼網殼結構多處桿件涂層老化、開裂、局部脫落且表面銹蝕，局部區域構件表面有水漬；地下結構外圍護墻多處存在大面積滲水痕跡，涂料起皮剝落，劇院區域外圍護墻內襯板墻龍骨普遍銹蝕嚴重；多處梁底粉料起鼓、局部脫落；局部區域輕鋼龍骨吊頂變形、開裂、局部破損；存在掉落傷人的安全隱患；墻面出現豎向及斜向裂縫，裂縫寬度為0.3～2.0mm，無明顯一致性規律；內部墻面及頂板多處有水漬、返潮或受潮、涂料起皮剝落、霉變現象；室內外地坪面層多處開裂、起砂、破損，其中停車庫區域較嚴重；屋面鋁合金板多處更換，且局部變形錯位；多處密封膠老化、開裂、脫落；房屋四周側面普遍伴有水漬，局部室外地坪相對下沉量較大，綠化區域室外地坪存在較嚴重的水土流失現象。

2.6 房屋變形測量

根據JGJ 8—2016《建筑變形測量規范》采用水準儀對劇院地下4層地坪及停車庫地下3層頂板底的相對高差進行測量，結果表明，劇院地下4層地坪相對高差最大值為65mm，折算傾斜率較小，無明顯一致性規律；停車庫地下3層頂板底的相對高差最大值為40mm，折算傾斜率較小，無明顯一致性規律。總體上，房屋目前無明顯不均勻沉降現象。

采用水準儀，利用特征位置(如下弦底部)抽樣測量舞臺屋面鋼桁架及觀眾廳屋面鋼桁架相對撓度。測量結果表明，舞臺屋面南北向鋼桁架下弦跨中最大撓度約為8mm，觀眾廳屋面南北向鋼桁架下弦最大撓度約為9.5mm，相對撓度較小，滿足GB 50017—2017《鋼結構設計標準》相關要求。

3 結構承載力驗算

3.1 計算參數

結合原設計圖紙、現場檢測結果，分別采用PKPM系列結構設計軟件及SAP2000軟件對房屋下部混凝土結構及屋面鋼結構進行建模驗算，典型驗算模型如圖6，7所示。

混凝土強度等級按實測取C35，鋼筋強度同原設計，考慮地震作用，抗震設防烈度取7度，設計地震分組為第一組，設計基本地震加速度為0.1g，場地類別為Ⅳ類；風荷載作用計算按100年重現期考慮，基本風壓為0.6kN/m2，建筑物地面粗糙度類別為C類；對于屋蓋鋼結構，溫度作用考慮最大升溫差+35℃，最大降溫差-35℃。

驗算下部混凝土結構時，將上部鋼結構荷載以節點荷載附加在主體結構上部；支撐在剪力墻上的支座及漏斗形結構底部全部為鉸接，斜柱底端伸入底板或斜柱連續的部分設為固定支座，底端支撐在轉換梁上的部分設為鉸接；斜柱與網殼之間采用雙向球鉸連接，桿件之間均為固接。

3.2 驗算結果與分析

房屋主體結構第1，2階振型主要為平動，第3階振型主要為扭轉；x，y向振型參與質量之和均滿足規范≥90%的要求；x，y向基底剪重比分別為3.30%，3.46%，均滿足規范≥1.6%的要求；多遇地震作用下，各層最大層間位移角均較小，遠小于規范≤1/800的限值要求；結構在考慮偶然偏心的規定水平力作用下，樓層最大水平位移比為1.36，最大層間位移比為1.83，結構存在扭轉不規則；多遇地震作用下，劇院及停車庫典型框架柱、混凝土墻、框架梁、樓板承載力均滿足驗算要求。

屋面鋼網殼結構前50階自振模態對應的周期為0.476～0.015s，典型自振模態如圖8，9所示，其中第1階模態為漏斗形區域附近結構短軸方向平動，與該區域幕墻斜鋼柱較柔的結構特點相符。此外，x，y，z向前50階振型累計質量參與系數分別為94%，93%，96%，滿足規范≥90%的要求；多遇地震作用下，觀眾廳鋼桁架、舞臺鋼桁架、屋面鋼網殼、室外舞臺鋼網架桿件應力比均滿足驗算要求。

4 損壞原因分析

目前房屋地下結構滲漏水現象較普遍，其中地下室外圍護墻及頂板滲漏相對較嚴重，外圍護墻滲漏水主要出現在地下室外圍護墻根部、柱墻交接處、地下室外墻中部及兩端墻面等位置，頂板區域滲漏水主要出現在房屋角部頂板45°斜裂縫或近框架梁側等位置。可見范圍內地下室外圍護墻滲水處無明顯開裂現象，且滲水痕跡多呈點狀，分析其主要原因有：①房屋地下深度較大，水壓較大，導致其易產生滲水現象；②外圍護墻較厚，施工難度較大，且房屋總長度約170m，易產生溫度收縮裂縫；③劇院區域原設計采用在外圍護墻內設空腔，空腔內部另設200mm厚離壁襯套磚墻，墻體間地面設排水溝，將滲入室內的水采用“排”的方式排至附近排水系統，現場實際將內部200mm厚離壁襯套磚墻改為輕鋼龍骨板墻，導致該防水系統失效；④建筑外圍排水系統局部失效，導致建筑物外表水不能及時排走而滲入地下；⑤局部施工處理不到位等。頂板滲水主要由于房屋較長產生溫度收縮裂縫，且局部施工處理不到位等原因導致。

5 安全性分析

房屋結構布置、截面尺寸、連接構造、材料強度、配筋等抗震構造措施基本滿足DGJ08—9—2013《建筑抗震設計規程》要求，房屋存在一定的不規則，主要表現為扭轉不規則、凹凸不規則、樓板局部不連續、側向剛度不規則。

綜上所述，房屋主體結構安全性總體滿足規范要求，房屋現有損傷對房屋主體結構尚無明顯影響，但對房屋正常使用、耐久性及耐火性造成一定影響，應對房屋現有損傷采取合適措施進行維修處理，后續維修設計與施工應委托專業單位按現行相關管理規定進行，并應考慮后續房屋使用方對房屋功能及性能要求的完善與提升，維修方案確定后，維修單位應根據方案對結構承載力進行驗算和校核，后續施工過程中建議對重要構件及節點應力狀況和屋蓋變形情況進行實時監測，并應采取相應的安全防護措施。

6 結語

為對上海某劇院主體結構安全性進行全面準確的評估，進行現場檢測，檢測內容主要包括建筑結構復核、材料強度檢測、鋼構件焊縫質量檢測、鋼結構涂裝質量檢測、房屋損傷狀況調查、房屋變形測量，并結合現場檢測結果、原設計圖紙，采用大型計算軟件對房屋主體結構進行驗算，對房屋抗震性能、使用性能、損壞原因等進行分析，綜合評估房屋主體結構安全性，為后續大修及改造提供技術依據，并為其他大型場館類復雜結構安全性評估提供參考。