膜結構正常使用性鑒定初探

劉曉群

(福建建工集團總公司 福建福州 350025)

膜結構正常使用性鑒定初探

劉曉群

(福建建工集團總公司 福建福州 350025)

目前工程領域缺乏關于既有膜結構的正常使用性鑒定經驗，文章以實際膜結構工程鑒定為背景，探討了膜結構正常使用性鑒定的要點，包括可能存在的基礎拉拔、索膜體系的缺陷以及該類結構鋼骨架系統的特殊性并介紹了相應的鑒定流程，給出了實施該類鑒定的建議。

膜結構;正常使用性;檢測鑒定

0 引言

膜結構因其造型豐富，施工快捷等特點，在我國應用日益廣泛，特別是其自重極輕的特點使其特別適合于大跨空間結構的建造［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象，這些因素對膜結構的預張力會產生影響，而預張力的大小直接影響膜結構體系剛度，因此，相對于其余類型的結構，膜結構的定期檢查維護顯然更為必要［3］。

然而，由于現代膜結構在我國的起步較晚，與其相關的設計、工程管理、技術管理等方面的相應質量技術標準都較為欠缺［4］，而屬于該類結構的各種相關鑒定檢查工作更是缺乏經驗，本文以實際工程為背景，探討膜結構進行正常使用性鑒定的要點。

1 工程概況

該工程為某高速公路收費站收費棚。該收費棚上部結構為鋼管拱桁架索膜結構。主體結構由鋼格構柱、拱形鋼桁架通過鋼絲繩拉索形成空間整體結構。鋼格構柱柱頂標高為28.00m，跨度約66.60m，基礎為沖孔灌注樁，除主體鋼骨架膜結構外，在該膜結構下方尚有 14個附屬膜傘結構。膜材采用FT1202T2，拱膜及14個膜傘面積為1 610m2，建筑全貌如圖1所示，主體結構平立面布置、軸線編號及拉索編號如圖2～圖3所示。該工程至實施鑒定時間為止已使用8年，為了對該結構的工作狀況進行全面檢查并針對檢查過程中發現的問題及時進行維護處理，對該結構組織實施了正常使用性鑒定。

圖1 膜結構外觀實圖

圖2 結構平面布置圖(尺寸單位:mm)

2 鑒定要點

該結構的正常使用性鑒定在框架上保持與當時的《民用建筑可靠性鑒定標準》［5］一致，以便依據鑒定標準的評級規定實施評價。但是，同一般結構相比，在具體鑒定過程中必須根據索膜結構的材質、受力及工作特性，以及該結構體系的特點，進行一些特殊的檢查。主要體現在以下3個方面:

(1)地基基礎的檢查

由于上部質量極輕，膜結構工作中所受的較大的荷載可能來自風吸力引起的向上拉伸作用，此外，鋼骨架部分為拱形結構，支座處在豎向荷載作用下產生的水平推力也較大，因此，針對其地基基礎的檢查，需要更加注意基礎周邊可能由于側推或拉拔引起的結構或場地響應。

(2)膜材、拉索等柔性構件的工作狀態檢查

與普通結構件不同的是，膜材、拉索均屬于預應力構件，且只能單向受力，同時，施加在這些構件上的預應力顯著影響整個結構體系的剛度，因此，該類構件應作為檢查中的重點。

其中，拉索可能產生的主要問題有松弛、銹蝕、斷絲以及連接件病害等，而膜可能產生的主要問題有松弛、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，在強風作用下易出現顫振進而嚴重影響結構安全，是膜構件檢查的重點。

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，應避免存在該類隱患。

(3)鋼構件的工作狀態檢查

該結構除索膜以外，其余結構件均為鋼結構，而與多數的鋼結構不同的是，該結構的鋼構件全部裸露在外，無任何圍護系統包裹保護，因而，其構件及各種連接件，更易于遭受意外荷載、雨水侵蝕等外部作用帶來的損傷。

因此，根據以上分析，針對該結構所實施的鑒定過程如下:

(1)結構布置核查:建筑及結構的平、立面布置核查，結構構件尺寸抽查。

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

(3)結構及構件的工作狀態檢查:①鋼格構柱構件工作狀態檢查;②拱形鋼桁架構件工作狀態檢查;③纜繩及其節點工作狀態檢查;④撐桿及彎管等膜上方鋼結構構件工作狀態檢查;⑤鋼格構柱柱頂傾斜及拱形鋼桁架線形量測。

(4)焊縫質量檢查。

(5)膜及附屬結構工作狀況檢查。

(6)根據現場檢測數據進行分析，結合現狀調查、勘測結果，對建筑物的正常使用性進行鑒定評級。

3 鑒定結果

根據現場檢查結果，該結構當前所存在的主要問題，如表1所示。

表1 主要存在問題匯總

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

為了確定拉索的受力狀態，該工程對拉索采用振動法進行了全面的索力測試，采用的設備為泰斯特TST5927無線索力測試分析系統。索力測試的結果驗證了對拉索狀態的檢查判斷結果。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)兩根拉索的振動測試平均譜圖，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的對拉索測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了峰值，表明該索處于張緊狀態;而LS－07－ (4)－(F－J)的平均譜圖則十分雜亂，沒有明顯的峰值響應，表明該索處于松弛狀態。

圖4 拉索砼基座角部路面開裂

圖5 拉索節點處銷栓鎖住方式

圖6 索力調節套筒處銹蝕

圖7 軸膜面破孔

圖8 膜布褶皺

圖9 背貼片出現局部剝裂

綜合考慮了地基基礎、上部鋼骨索膜結構系統及附屬結構系統的檢查及鑒定結果，最終給出的該膜結構收費站收費棚正常使用性等級評定為Css級，即該結構當時狀態顯著影響整體使用功能，應采取措施進行處理。

圖10 LS－02－(5－7)－(F－J)振動測試平均譜圖

4 結語

對于膜結構的正常使用性鑒定，首先還是應從結構體系的受力及傳力概念出發，根據膜結構的特殊性分析其可能產生的異常狀態;其次，對于索膜這類特殊但又是極為重要的構件，應作為結構檢查中的重點，主要的檢查項目包含松弛、銹蝕、斷絲以及連接件病害等，而膜可能產生的主要問題有松弛、褶皺、破裂、透光、積水、霉變、拼接貼片剝離等。

由于多數的膜結構均采用鋼材作為骨架部分，因此其正常使用性鑒定，對于鋼骨架部分可參照常規鋼結構實施。

［1］ 嚴慧，夏循.我國內地膜結構的工程應用與發展前景［J］.鋼結構，2004，19(2):1－5．

［2］ 陳務軍.膜結構工程設計［M］.北京:中國建筑工業出版社，2005．

［3］ 葉瑾瑜.考慮蠕變與環境影響的膜結構受力性能研究［D］.哈爾濱:哈爾濱工業大學，2014．

［4］ 高新京，吳明超.膜結構工程技術與應用［M］．北京:機械工業出版社，2010．

［5］ GB50292－1999民用建筑可靠性鑒定標準［S］．北京:中國建筑工業出版社，2000．

Primary study on appraisal of serviceability for membrane structure

LIU Xiaoqun
(Fujian Construction Engineering Group General Corporation，Fuzhou 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，高級工程師，一級建造師。

E-mail:liuxiaoqun0205@163．com

2016－11－19