某市人民檢察院辦公大樓外立面鋼廊柱檢測鑒定分析

詹學杰 （福建省建筑科學研究院有限責任公司，福建 福州 350000）

0 前言

人民檢察院、法院等司法機關辦公大樓主入口外立面的通高廊柱一般采用內部鋼構架、外干掛石材幕墻的結構形式。本文以在建某市人民檢察院主入口外立面鋼廊柱施工過程中出現局部晃動的工程實例，通過現場調查和檢測，分析處理數據，進行構件鑒定分析，判斷鋼廊柱產生局部晃動的原因，并提出處理建議。通過本次檢測鑒定過程，可為此類鋼廊柱的設計、施工提供借鑒。

1 工程概況

該檢察院辦公大樓現為6層框架結構，房屋總高度約為23.25m，建筑面積約為7079m2。該樓主立面在（4）-（1/C）軸 、（5）-（1/C）軸 、（6）-（1/C）軸 、（10）-（1/C）軸、（11）-（1/C）軸及（12）-（1/C）軸設有六根圓柱形廊柱，建筑平面見圖1。經查，該樓外立面廊柱在進行干掛石材板幕墻安裝施工至約9m高度位置時，廊柱中已經施工完成的內部鋼構架出現局部晃動現象。

圖1 一層局部建筑及所檢廊柱平面示意圖

2 現場調查和檢測

2.1 結構布置和連接節點構造

現場檢查結果表明，該大樓在（4）-（1/C）軸、（5）-（1/C）軸、（6）-（1/C）軸、（10）-（1/C）軸、（11）-（1/C）軸及（12）-（1/C）軸設置上下貫通一層至五層的通高廊柱，廊柱總高度約為19.50m，外徑為1.2m～1.0m（底部～頂部），廊柱上端、下端與房屋主體結構連接。上述廊柱在施工過程中未設置與主體結構相連的側向支撐。

廊柱現狀標準橫截面結構平面見圖2，除廊柱的主鋼柱上、下端與房屋主體結構連接外，廊柱其余幕墻鋼龍骨（立柱、橫梁等）均未與房屋主體結構連接。

現場檢查結果表明，廊柱中核心主鋼柱采用現場焊接方鋼管柱，邊長400mm，壁板厚度為4.75mm，鋼材材質為Q345B。主鋼柱采用約1.5m長的L型基本板件單元現場豎向錯開對抱焊接拼接而成。

圖2 廊柱現狀標準橫截面結構平面示意

廊柱主鋼柱與房屋主體結構現狀連接節點大樣見圖3和圖4。廊柱中鋼龍骨與主鋼柱之間及鋼龍骨與鋼龍骨之間均采用焊接連接。鋼廊柱結構及節點現狀見圖5、圖6。

2.2 核心主鋼柱平面位置

現場在廊柱半高處量測外圍鋼龍骨與核心主鋼柱平面相對位置，量測結果表明（5）-（1/C）軸、（12）-（1/C）軸主鋼柱相對外圍鋼龍骨存在較嚴重偏置，見圖7。

2.3 主鋼柱垂直度

現場采用吊線錘法沿高度分段檢測主鋼柱柱身垂直度，結果表明（5）-（1/C）軸、（11）-（1/C）軸及（12）-（1/C）軸主鋼柱垂直度檢測結果較差，其中（11）-（1/C）軸主鋼柱局部最大軸線垂直度偏差為H/257，見圖8。

圖3 廊柱主鋼柱上節點連接大樣

圖4 廊柱主鋼柱下節點連接大樣

圖5 廊柱整體結構現狀

圖6 主鋼柱上節點

圖7 主鋼柱偏置

圖8 （11）-（1/C）軸主鋼柱垂直度

3 結構驗算

3.1 計算模型

本工程廊柱中僅核心主鋼柱上、下端與房屋主體結構連接，其余鋼龍骨構件（立柱、橫梁等）均未與房屋主體結構連接，鋼龍骨完全支承于主鋼柱上，即廊柱石材板幕墻荷載、鋼龍骨荷載全部作用于主鋼柱上，因此對核心主鋼柱進行分析驗算。

廊柱核心主鋼柱上端與主體結構預埋件連接節點采用長圓孔螺栓連接，可不考慮主鋼柱上端與主體結構的豎向內力與變形傳遞，廊柱僅作為一般荷載施加于下端支承處的主體結構上，因此本工程廊柱可不作為結構構件參與主體結構的內力與變形計算，上下兩端與主體結構的連接節點可簡化為主鋼柱的不動鉸支座，主鋼柱作為獨立的簡支構件進行分析計算，承受豎向荷載（廊柱自重）和水平荷載（風荷載），按壓彎構件考慮，計算簡圖見圖9。

圖9 主鋼柱計算簡圖

3.2 計算參數

3.2.1 截面特性

截面規格400mm×400mm×4.75mm（Q345B）焊接方鋼管，b類截面；

面積A=7510mm2；

慣性矩Ix=Iy=19556×104mm4；

截面回轉半徑ix=iy=161.4mm；

截面模量Wx=Wy=977.8×103mm3；

3.2.2 材料特性

抗拉、抗壓強度設計值，抗剪強度設計值f=305N/mm2，

彈性模量E=206×103N/mm2。

3.2.3 荷載

恒荷載。廊柱自重（含核心主鋼柱、鋼龍骨、石材板幕墻）9.44t（94.4kN），線荷載標準值gk=4.8kN/m2；

活荷載（風荷載標準值）：

基本風壓值取w0=0.7kN/m2，

地面粗糙度類別B類，迎風寬度1.2m，高度19.5m，風壓高度變化系數μz=1.23，風載體型系數μs=0.55，風振系數 βz=1.28，wk=βzμsμzw0=1.28×0.55×1.230.7=0.6kN/m2。

線荷載標準值qk=0.6×1.2=0.72kN/m。

3.3 作用效應計算

主鋼柱彎矩、軸力、剪力標準值計算結果見圖10。

圖10 主鋼柱內力圖

控制截面取高度中部截面及底部截面，根據現行《建筑結構可靠性設計統一標準》（GB 50068-2018），承載能力極限狀態驗算時恒載、活載作用分項系數分別取γG=1.3、γQ=1.5，控制截面基本組合的效應設計值計算結果見表1。

控制截面作用組合的效應設計值 表1

3.4 驗算結果

3.4.1 強度及整體穩定驗算

根據《鋼結構設計標準》（GB 50017-2017）第7.1節、7.2節、8.1節及8.2節進行強度及整體穩定驗算，因壁板寬厚比等級不滿足《鋼結構設計標準》（GB 50017-2017）表3.5.1的S3級要求，因此根據該規范第8.1.1條，驗算時截面塑性發展系數，驗算結果見表2。

控制截面強度及整體穩定驗算結果 表2

由表2驗算結果可知，核心主鋼柱控制截面的強度及整體穩定驗算滿足要求。

3.4.2 局部穩定驗算（板件寬厚比驗算）

壁板寬厚比為：

壁板寬厚比超出《鋼結構設計標準》（GB 50017-2017）第7.3.1條第3款的要求。

3.4.3 長細比驗算

計算長度系數取1.0，計算長度為l0=19.5m，截面回轉半徑ix=iy=161.4mm。

4 結構分析與鑒定

綜合以上分析結果，該工程鋼廊柱產生局部晃動的原因可從以下幾個方面分析。

①核心主鋼柱壁板寬厚比遠超處規范限值，不滿足要求。

②石材板幕墻安裝完畢前，廊柱未能形成圓柱形封閉結構，風荷載作用效應明顯增大且更加復雜，導致施工階段廊柱結構受力狀況與安裝完成后封閉圓柱體的受力狀況存在較大差異，且核心主鋼柱相對外圍鋼龍骨存在不同程度偏置，安裝過程會產生荷載偏心，針對上述情況，本工程施工階段未采取臨時支撐等措施，如沿層高設置與主體結構相連的水平拉結件。

③核心主鋼柱未采取工廠預制現場吊裝方式，而采用1.5m長的L型基本板件單元現場豎向錯開對抱焊接拼接而成，現場施工質量難以保證，尤其是柱身垂直度，現場實測也表明部分主鋼柱垂直度較差。

④廊柱中僅核心主鋼柱上端、下端與房屋主體結構連接，外圍豎向通長主龍骨立柱未與主體結構連接，廊柱整體剛度較弱。

5 建議

根據本工程具體情況，提出如下處理建議。

①核心主鋼柱四角增設加強角鋼，外圍豎向通長主龍骨立柱上、下端與主體結構連接，使主鋼柱與外圍豎向主龍骨組成類格構柱，提高整體剛度。

②考慮風引起的振動，連接節點處的螺栓宜采用雙螺母加強連接。

③施工階段沿層高設置與主體結構相連的水平拉結件，以保證施工階段的整體穩定性。

此類廊柱雖不是主體承重構件，但因其屬高柔構件，位于建筑主立面，有其特殊性，設計施工應從承載力與穩定性、使用階段與施工階段等方面進行周密考慮。