受嚴重支座位移影響的大跨度柱面網殼結構檢測鑒定

馬俊朋，李向宇，劉落落

（1.河北省建筑工程質量檢測中心有限公司，河北 石家莊 050021；2.河北省既有建筑綜合改造工程技術研究中心，河北 石家莊 050021；3.快樂沃克人力資源股份有限公司，河北 石家莊 050021）

0 引言

隨著我國環保要求的不斷提高，大跨度網殼結構廣泛應用于大空間儲料庫、儲煤庫等建筑，該類網殼結構具有跨度大、高度大、地面存在大面積堆載等特點。當堆載地基未有效處理或超載嚴重時，可造成網殼支座移位，對網殼的正常使用產生較大影響。文章結合工程實例，對受嚴重支座位移影響的大跨度柱面網殼結構進行了檢測鑒定，為以后類似結構的鑒定提供參考。

1 工程概況

該網殼為規整柱網兩跨對稱柱面網殼，平面形狀呈矩形，長約 220 m，設置 26 排支座柱，標準柱距 5 m，單跨跨度 92.25 m，矢高 32.5 m，跨中厚度約 3.0 m，其南跨地面因堆載產生了較大下沉變形。網殼剖面及地面下沉示意圖如圖 1 所示。

圖1 剖面及地面下沉示意圖（單位：mm）

2 現場檢測及結果分析

2.1 建筑及結構復核

現場對柱距、網殼厚度、球節點布置、上下弦桿及腹桿布置情況進行詳細復核，結果表明網殼結構構件布置與原設計吻合，網殼網格體系采用正方四角錐形式，桿件為鋼管，節點主要采用螺栓球節點。

按比例抽取適當數量的球節點和桿件，采用游標卡尺和超聲波測厚儀復核其直徑和壁厚，螺栓球、鋼管的截面尺寸符合設計和相關規范允許偏差的要求。

2.2 網殼構件損傷檢測

現場檢測發現，網殼南跨 22 軸東西兩側附近區域部分下弦球節點處桿件錐頭底板與套筒間接縫和螺栓球與套筒間接縫存在脫開現象，脫開最大位置位于 22 軸，縫寬 3 mm，20 軸～22 軸以外區域脫開程度呈逐漸降低趨勢，表現為接縫位置的輕微松動（接縫寬度＜ 1 mm），下弦球接縫脫開區域分布如圖 2 所示，下弦球節點接縫脫開狀態如圖 3 所示；網殼上弦球節點僅個別位置桿件錐頭底板與套筒間接縫和螺栓球與套筒間接縫存在輕微松動；其他區域桿件和球節點未見明顯變形、松動和損傷。

網殼 12×C 軸～24×C 軸混凝土支座柱頂部存在混凝土開裂現象，裂縫位于埋板東西兩端區域，開裂狀態如圖 4 所示，裂縫位置示意圖如圖 5、6 所示。

圖2 下弦球節點接縫脫開明顯區域平面分布圖（單位：mm）（僅示意下弦桿件）

圖3 下弦球節點桿件錐頭底板與套筒間接縫脫開

圖4 支座柱頂部裂縫

圖5 支座柱頂部側視圖（單位：mm）

圖6 柱頂裂縫分布示意圖（支座柱頂俯視圖）（單位：mm）

網殼焊接部位主要為錐頭封板與鋼管的等強連接對接焊縫，焊縫質量要求為二級，現場按比例抽取適當數量的錐頭封板與鋼管的等強連接對接焊縫，采用超聲波探傷儀檢測焊縫內部質量狀況。依據 GB 50205-2001《鋼結構工程施工質量驗收規范》表 5.2.4［1］規定，質量等級為二級的焊縫內部缺陷評定等級不得低于Ⅲ 級，網殼所抽取的焊縫內部質量超聲探傷檢測結果均滿足 GB 50205-2001《鋼結構工程施工質量驗收規范》的規定。

2.3 支座節點位移檢測

采用三維掃描儀對網殼南跨的支座節點坐標進行掃描，確定網殼支座球節點相對的水平和豎向位置。網殼 C 軸支座球節點豎向標高最大值與最小值間差值為42 mm，C 軸各支座節點相對標高示例如表 1 所示；D 軸支座球節點豎向標高最大值與最小值間差值為 54 mm，D 軸各支座節點相對標高如表 2 所示。

表1 C 軸各支座節點相對標高

表2 D 軸各支座節點相對標高

通過對表 1、表 2 的分析，可知網殼支座球節點相對標高差值較小，地面堆載未使網殼支座柱產生較大的不均勻豎向位移。

采用網殼支座節點坐標的三維掃描，確定網殼支座節點位移現狀，C 軸、D 軸各支座節點相對于原設計位置水平位移量如圖 7、圖 8 所示。

圖7 C 軸各支座節點相對于原設計位置水平位移量

圖8 D 軸各支座節點相對于原設計位置水平位移量

通過分析網殼 C 軸、D 軸各支座節點相對于原設計位置水平位移量可知。

1）地面堆載對網殼 C 軸支座柱造成了嚴重的不利影響，支座節點產生了嚴重的水平向外位移，因地面堆載量的不同，各節點位移量不同，C 軸支座球節點相對于原設計位置最大水平位移點位于 21×C 軸，為 670 mm。

2）地面堆載對網殼 D 軸支座柱未造成太大的不利影響，考慮因 D 軸為中柱且北跨網殼內地面存在有利堆載造成；D 軸支座球節點相對于原設計位置最大水平位移點位于 25×D 軸，為 83 mm。

2.4 網殼整體變形檢測

采用三維掃描儀對網殼南跨各節點球的坐標進行掃描，確定網殼南跨各軸的撓曲線狀態，通過與網殼原設計拱曲線相比較，發現網殼部分軸跨中發生了較大下撓，網殼拱曲線變形狀態示意如圖 9 所示，部分下撓較大軸線的下撓值如表 3 所示。

圖9 26 軸網殼下弦拱曲線變形狀態圖（南跨）

表3 部分下撓較大軸線的下撓值

依據 JGJ 7-2010《空間網格結構技術規程》［2］規定，雙層網殼在恒荷載與活荷載標準值作用下的最大撓度值不宜超過結構跨度的 1/250，該網殼南跨跨度為 92 250 mm，容許撓度值為 369 mm，通過表 3 數據可知，網殼南跨的局部區域僅在恒荷載下撓度值已 ＞369 mm，超出了規范的限值要求。

3 網殼承載能力計算分析

依據現場檢測數據和原設計圖紙等資料，采用midas Gen 建立空間力學計算模型。

模型按現行荷載規范施加恒荷載、風雪荷載、溫度荷載及地震等作用，對 C 軸、D 軸支座施加強制水平位移（位移值為現場檢測所得支座實際水平位移，如圖 7、8 所示，網殼最不利工況下變形如圖 10、11 所示，桿件應力分布如圖 12 所示。

通過對計算結果的分析可知：網殼考慮現有支座水平位移，最不利工況下，南跨局部區域將產生 ＞600 mm 的下撓變形，超過 JGJ 7-2010《空間網格結構技術規程》規定的 369 mm 撓度限值；南跨部分桿件應力值將＞310 N/mm2，并主要分布于跨中；支座水平位移較大區域，網架撓度及桿件應力比也相對較大。

圖10 網殼考慮強制支座位移整體變形圖

圖11 網殼考慮強制支座位移典型軸變形曲線

圖12 網殼考慮強制支座位移典型軸桿件應力圖

4 結論

通過對網殼結構現場調查檢測和承載能力分析可知，網殼 C 軸支座產生了較大的水平向外位移，其中21×C 軸位移值最大，南跨局部區域現有撓度值超過了 JGJ 7-2010《空間網格結構技術規程》規定的撓度限值，考慮現有支座水平位移，最不利工況下，網殼南跨部分桿件計算應力值將＞310 N/mm2。

目前既有大跨度網殼結構存量巨大，網架在使用過程中受多種外界因素影響，難免出現過大變形和損傷，對已建成的網殼結構進行檢測鑒定是排除安全隱患的重要手段和方法，本文概括了大跨度柱面網殼結構檢測鑒定要點，可為以后類似結構檢測鑒定工作的開展提供參考和幫助。