曲面網(wǎng)架結(jié)構(gòu)安全性鑒定分析

駱 偉 （安徽省建設(shè)工程測試研究院有限責任公司，安徽 合肥 230001）

1 引言

空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)是近年來迅速發(fā)展起來的新型的工業(yè)與民用建筑屋蓋或樓蓋承重結(jié)構(gòu)，它是由許多桿件按照一定的規(guī)律組成的空間結(jié)構(gòu)，改變了一般平面桁架的受力體系。結(jié)構(gòu)處于三維空間的受力狀態(tài)，能承受來自不同方向的荷載，由于桿件間的互相支撐互相制約，空間剛度大且整體性好。同時，網(wǎng)架是一種高次超靜定結(jié)構(gòu)，所以結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定。空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的適用范圍很廣，適用于大跨度的公共建筑。但由于鋼材易于銹蝕，尤其在室外的潮濕環(huán)境中，以及處于有腐蝕介質(zhì)的環(huán)境中容易銹蝕，因此定期對網(wǎng)架結(jié)構(gòu)進行安全鑒定和維護顯得尤為重要。

2 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)安全鑒定現(xiàn)狀

目前網(wǎng)架的安全檢測鑒定工作，國內(nèi)學者已開展了一些研究，尤其是對于曲面網(wǎng)架，但尚未形成系統(tǒng)的、有針對性的、規(guī)范化的罩棚網(wǎng)架結(jié)構(gòu)檢測鑒定方法，對于構(gòu)造較為復雜、曲面結(jié)構(gòu)形式的適用的安全鑒定分析還缺少針對性的研究[2-3]。

3 實例分析

3.1 工程概況

某建筑屋面為曲面鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，網(wǎng)架型式為正放四角錐，網(wǎng)架節(jié)點采用螺栓球連接方式，網(wǎng)架下弦節(jié)點支承，該工程抗震設(shè)防烈度為7 度，設(shè)計使用年限為50 年，結(jié)構(gòu)安全等級為二級。為了解該鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架目前的安全性，并確定該鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架屋面在現(xiàn)實情況下是否需要進行維修加固，對該鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架屋面進行安全性鑒定。

3.2 檢測鑒定內(nèi)容

①通過對屋面網(wǎng)架結(jié)構(gòu)外觀質(zhì)量檢測，對網(wǎng)架構(gòu)件銹蝕程度、不平直度及維護結(jié)構(gòu)質(zhì)量等進行評價；

②通過對屋面網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的桿件管徑尺寸、壁厚、螺栓球直徑和桿件涂層厚度等進行量測，對網(wǎng)架的基本參數(shù)進行評定，同時為網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計復核驗算提供依據(jù)；

③通過全站儀對屋面網(wǎng)架的撓度進行測量，檢驗屋面網(wǎng)架的變形是否滿足相關(guān)規(guī)范要求；

④通過對屋面網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計復核，驗算網(wǎng)架桿件承載力、穩(wěn)定性及結(jié)構(gòu)撓度變形是否符合現(xiàn)行規(guī)范要求；

⑤根據(jù)現(xiàn)場檢測與設(shè)計復核驗算結(jié)果，對屋面網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的安全性進行分析和評級，并針對存在的問題提出相應(yīng)的建議。

3.3 現(xiàn)場調(diào)查與抽樣檢測

3.3.1 現(xiàn)場調(diào)查

通過現(xiàn)場表觀質(zhì)量檢查，屋面網(wǎng)架檢查情況如下：

①網(wǎng)架支座節(jié)點工作狀態(tài)檢查，網(wǎng)架支座螺栓球、十字鋼板、支座底板等構(gòu)件工作狀況基本正常，未見明顯變形和裂縫，但現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)部分支座十字鋼板未涂刷防腐涂料，存在一定程度的銹蝕；

②網(wǎng)架構(gòu)件和連接的銹蝕檢查，現(xiàn)場檢查未發(fā)現(xiàn)網(wǎng)架螺栓球節(jié)點有異常變形、損壞，未發(fā)現(xiàn)節(jié)點有松動現(xiàn)象，網(wǎng)架弦桿及腹桿桿件的工作狀況正常，未發(fā)現(xiàn)桿件存在撓曲變形，網(wǎng)架周邊大多數(shù)桿件出現(xiàn)表面防腐涂料開裂、脫落，較多部分桿件銹蝕現(xiàn)象明顯；

③網(wǎng)架圍護系統(tǒng)工作狀態(tài)檢查，屋面構(gòu)件與網(wǎng)架連接正常，接頭無松脫跡象，屋面?zhèn)€別地方存在滲漏現(xiàn)象。

3.3.2 鋼管外徑

利用游標卡尺和卷尺等測量鋼管外徑，測量及統(tǒng)計結(jié)果見附錄一所示。分析測量結(jié)果，參考《無縫鋼管尺寸、外形、重量及允許偏差》中外徑評定標準，現(xiàn)場抽測規(guī)格為48×3.25、60×3.25、76×3.5、89 ×3.75、114 ×4.0、140 ×4.0、159 ×6.0 和159×8.0 鋼管的外徑偏差滿足規(guī)范《無縫鋼管尺寸、外形、重量及允許偏差》的要求。

3.3.3 鋼管壁厚

利用超聲測厚儀測量鋼管壁厚，測量及統(tǒng)計結(jié)果見附錄一所示。分析測量結(jié)果，參考《無縫鋼管尺寸、外形、重量及允許偏差》中壁厚評定標準，現(xiàn)場抽測規(guī)格為48×3.25、60×3.25、76×3.5、89×3.75、114×4.0、140×4.0、159×6.0 和159×8.0 鋼管的壁厚偏差滿足規(guī)范《無縫鋼管尺寸、外形、重量及允許偏差》的要求。

3.3.4 螺栓球直徑

利用游標卡尺和卷尺等測量螺栓球直徑，測量及統(tǒng)計結(jié)果見附錄一所示。分析測量結(jié)果，現(xiàn)場抽測直徑為100、110和150 等三種規(guī)格的螺栓球直徑，其偏差均滿足規(guī)范的要求。

各測線撓度檢測結(jié)果匯總表（單位：mm）

3.3.5 防腐涂層厚度檢測

利用TT220 數(shù)字式覆層測厚儀測量鋼管涂層厚度，測量及統(tǒng)計結(jié)果見附錄一。分析涂層厚度測量結(jié)果，參考《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》中涂層厚度評定標準，部分桿件涂層厚度不滿足規(guī)范《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》的要求。

3.3.6 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)撓度

利用全站儀測量1/E、1/3、5 和7 軸的鋼網(wǎng)架下弦螺栓球節(jié)點的相對標高，該相對標高是相對于現(xiàn)場假定的一個水準點的高程，具體測線及測點位置見附錄二所示，各測點豎向撓度值測量及統(tǒng)計結(jié)果下表，測線測量的最大撓度包括施工誤差。

根據(jù)上表可知：在網(wǎng)架自重、節(jié)點荷載和屋面恒載作用下，所檢測的各軸鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)跨度最大撓度滿足鑒定標準要求。

3.4 結(jié)構(gòu)承載力驗算及分析

3.4.1 設(shè)計軟件

采用3D3S 進行鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)驗算分析。

3.4.2 計算模型與基本參數(shù)

3.4.2.1 計算模型

雜草能夠在人工生境中自然繁衍，主要通過與作物爭奪水分、養(yǎng)料、光照、空間及利用他感作用等抑制作物生長發(fā)育從而導致作物減產(chǎn)。據(jù)統(tǒng)計，每年由于雜草的危害導致作物產(chǎn)量損失近10%[1]。通過化學農(nóng)藥防除雜草，可有效控制雜草危害[2]，但長期高頻度地使用化學除草劑，不僅會使植物對化學除草劑產(chǎn)生抗藥性[3]，還會對環(huán)境[4]、生態(tài)多樣性[5-6]造成嚴重威脅及產(chǎn)生藥害[7]等問題。新型生物除草劑易生物降解，對生態(tài)系統(tǒng)和農(nóng)業(yè)作物安全性高。因此，新型生物除草劑尤其是植物源除草劑成為國內(nèi)外開發(fā)和研究的熱點之一[8-9]。

根據(jù)委托方提供的設(shè)計圖紙及現(xiàn)場調(diào)查內(nèi)容建立的計算模型如下圖所示。

3.4.2.2 基本參數(shù)

①尺寸參數(shù)

模型的幾何尺寸參數(shù)按委托方提供的設(shè)計圖紙來建立模型的。

②材質(zhì)參數(shù)

鋼管采用Q235 高頻焊管或無縫鋼管，其設(shè)計強度為200 N/mm。

網(wǎng)架模型三維視圖

③荷載參數(shù)

計算荷載標準值參照《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》及現(xiàn)場檢測結(jié)果，荷載包括恒載、活荷載、雪荷載等多種荷載效應(yīng)的組合。荷載參數(shù)具體取值如下。

a.恒荷載：網(wǎng)架桿件自重由軟件自動計算，球節(jié)點自重假定占桿件自重的20% ，上弦桿恒荷載標準值取0.3 kN/m，下弦桿恒荷載標準值取0.2 kN/m；

b. 活荷載：屋面活荷載標準值取0.5kN/m，在荷載組合中取活荷載與雪荷載的較大值；

c. 雪荷載：合肥地區(qū)基本雪壓取0.6kN/m，屋面積雪分布系數(shù)取1.0，雪荷載標準值為0.6kN/m。

3.4.3 計算結(jié)果

經(jīng)過3D3S 計算軟件計算，共有306 根桿件不滿足要求，其中有147 根受壓桿件長細比超限，99 根桿件穩(wěn)定應(yīng)力比超限，52 根桿件穩(wěn)定應(yīng)力比、長細比同時超限，8 根桿件強度應(yīng)力比、穩(wěn)定應(yīng)力比、長細比同時超限。

4 鑒定結(jié)論及建議

4.1 安全鑒定結(jié)論

依據(jù)《民用建筑可靠性鑒定標準》對該鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架安全性進行鑒定評級，評定等級為Cu 級，影響結(jié)構(gòu)整體承載，應(yīng)采取加固措施。

4.2 建議

①建議對評定為cu、du 級的構(gòu)件采取增設(shè)槽鋼等方法進行加固；

②對存在銹蝕桿件和節(jié)點進行除銹，并做好防腐和維護處理，并做好定期維護；

③對局部滲漏的地方采取補漏，重做防水等措施；

④應(yīng)由有資質(zhì)的設(shè)計單位進行加固設(shè)計，由有資質(zhì)的施工單位進行施工；

⑤在結(jié)構(gòu)使用過程中，不得隨意改變該屋面網(wǎng)架的使用功能及其受力狀態(tài)，不得隨意對其進行改造，桿件節(jié)間嚴禁承受橫向荷載；

⑥網(wǎng)架使用中應(yīng)定期進行結(jié)構(gòu)安全檢查，及時清理屋面積灰（尤其是排水溝積灰），清通排水管，消除安全隱患，建議每兩年一次。