某體育館屋面網架結構檢測鑒定與加固研究

趙 鋼

（1.安徽省建筑科學研究設計院，安徽 合肥 230031；2.安徽省建筑工程質量第二監督檢測站，安徽 合肥 230031）

0 引言

網架、網殼是一種新型的屋蓋承重結構，屬于多次超靜定空間結構體系，它改變了一般平面桁架結構的受力狀態，能夠承受來自各方面的荷載。這種平板形網架，結構新穎美觀，桿件規律性強，網格劃一，整體性好，空間剛度大，抗震性能好，桿件之間全部采用焊接或螺栓連接，便于安裝，操作簡便，受力明確。它廣泛用于體育館、展覽廳、餐廳、候車室、倉庫及單層多跨工業廠房等屋蓋承重結構。

筆者以某體育館屋面正放平面四角錐螺旋球網架結構為例，對照《民用建筑可靠性鑒定標準》（GB50292-2015）[1]對其進行結構檢測鑒定，綜合結構目前使用狀況、現場實測結果及結構驗算結論，對該工程的安全性等級評定，并對出現的問題提出合理化加固建議。

1 工程概況

1.1 設計概況

某體育館設計為三層框架結構，工程建筑高度20.655m。建筑耐火等級一級，屋面防水等級Ⅱ級，室內環境污染控制類別為Ⅱ類，抗震設防烈度6度，設計基本地震加速度0.05g，設計地震分組為第一組，建筑抗震設防類別為丙類，設計使用年限50年，結構安全等級二級，框架抗震等級為二級，地基基礎設計等級為丙級，建筑樁基設計等級為丙級。

基礎為人工挖孔灌注樁基礎，樁基礎混凝土設計強度為C30，持力層為第③-1層全風化安山巖。上部承重結構為框架結構，屋面為正放四角錐螺栓球網架。框架結構混凝土設計強度等級均為C30；屋面網架平面尺寸為52m×69.4m，屋面單脊雙坡；桿件、錐頭、檁條、支撐及鋼梁等鋼構件材質為Q235B。

圖1 體育館現狀

1.2 網架結構調查

本工程屋面網架為周邊支撐的四角錐螺栓球鋼結構網架[2]，網架采用下弦支承，周邊支座支承構件為現澆混凝土柱，網架平面總尺寸為52m×69.4m，設28處支座，東西各挑出7.2m。網架屋面主檁條采用C型鋼（實測C140×50×20×2.1，設計C140×50×20×2.2），次檁條采用C型鋼（實測C120×50×20×2.1，設計C120×50×20×2.2），屋 面 板 采 用0.5mm厚820壓型鋼板。工程于2013年8月開工，2015年5月完工，目前工程尚未裝修啟用。

檢測人員進場檢測期間，屋面網架及屋面彩鋼瓦已安裝完畢，采光板已損壞，未進行裝飾裝修，網架尚無暖通、消防、吊頂、隔斷、燈具、智能化等后期裝修荷載。

2 現場檢測

2.1 網架桿件截面尺寸

采用鋼尺、游標卡尺、金屬測厚儀對現場隨機抽取的網架桿件外徑及壁厚檢測，部分抽測結果匯總如表1所示。結果表明：抽檢網架桿件規格基本符合設計及施工質量驗收規范要求[3]。

桿件外徑及壁厚檢測結果匯總表（單位：mm） 表1

2.2 網架桿件焊縫

現場隨機抽取部分網架桿件，采用金屬超聲波探傷儀對桿件與錐頭的對接焊縫內部質量進行檢測，部分抽測結果匯總如表2所示。結果表明：抽檢網架桿件與錐頭間的對接焊縫內部質量等級能夠滿足《鋼結構焊接規范》（GB50661-2011）[4]的二級焊縫要求。

焊縫超聲波探傷結果匯總表 表2

2.3 網架桿件節點螺栓緊固情況

現場隨機抽取部分網架桿件與螺栓球節點，采用目測及錘擊法檢測節點螺栓緊固情況，部分抽測結果匯總如表3所示。結果表明：抽檢的桿件-螺栓球節點未發現節點螺栓存在明顯松動現象，節點螺栓緊固情況符合施工驗收規范要求[5]。

網架桿件與螺栓球節點螺栓緊固情況 表3

2.4 網架支座節點連接情況

根據設計要求：網架球支座與柱頭預埋鋼板間設置過渡鋼板，柱頭預埋鋼板與過渡鋼板間采用現場角焊縫連接，網架球支座與過渡鋼板間采用螺栓連接，支座部位節點球與支座十字板間采用現場角焊縫連接。

現場抽取部分節點對其安裝質量進行檢測：柱頂預埋件與支座過渡板間存在未貼合現象，連接焊縫普遍存在塞鋼筋及漏焊等現象；螺栓存在單螺帽、無墊片及未擰緊等現象；螺栓墊塊與支座底板未按設計要求進行焊接。部分缺陷圖如圖2-圖5，結果匯總于表4。

圖2 節點懸空

圖3 柱頂節點連接，單螺帽

圖4 支座節點，螺栓缺墊片

圖5 檁條與檁托件連接焊縫

網架構件支座節點檢測結果匯總表 表4

2.5 桿件變形及銹蝕

網架節點及構件經檢測：網架個別上弦桿件及下弦桿件存在變形，另外檢測中發現主次鋼構件普遍存在明顯返銹現象。詳見現場照片圖6-圖9及表5。

圖6 上弦桿件變形

圖7 下弦桿件變形

圖8 網架構件表面泛銹

圖9 支座節點表面泛銹

網架桿件變形檢測結果匯總表 表5

2.6 其他

主檁條與檁托件及主檁條與次檁條節點采用現場焊接連接，實測節點焊縫長度偏小，不符合規范要求。

3 結構驗算

結合原設計圖紙和現場檢測結果，使用同濟大學鋼結構設計軟件3D3S v11.0版，按現行標準對網架結構進行建模驗算。

3.1 網架荷載取值

基本風壓：0.40N/m2；地面粗糙度類別：B類，體型系數1.3。

基本雪壓：0.75kN/m2（按100年一遇的雪壓取值）。

屋面恒荷載：上弦0.50kN/m2，下弦1.00kN/m2。

屋面活荷載：上弦0.50kN/m2。

3.2 驗算結論：

經驗算，結果表明：部分網架桿件承載能力不符合規范要求。

4 鑒定結論

4.1 網架結構承載功能等級

抽檢網架桿件規格基本符合設計及施工質量驗收規范要求，抽檢網架桿件與錐頭間的對接焊縫內部質量等級符合設計及施工驗收規范要求。

網架節點及構件經檢測：網架個別上弦桿件及下弦桿件存在變形；柱頂預埋件與支座過渡板間存在未貼合現象，連接焊縫普遍存在塞鋼筋及漏焊等現象；螺栓墊塊與支座底板未按設計要求進行焊接，螺栓存在單螺帽、無墊片及未擰緊等現象；主次鋼構件普遍存在明顯返銹現象；上述問題存在一定安全隱患。

主檁條與檁托件及主檁條與次檁條節點采用現場焊接連接，實測節點焊縫長度偏小，不符合規范要求。

經對原設計進行結構驗算：部分網架桿件承載能力不符合規范要求。

綜上所述，網架結構承載功能等級可評為Cu級。

4.2 網架結構整體性

屋面網架桿件未發現節點螺栓存在明顯松動現象；柱頂預埋件與支座過渡板間存在未貼合現象，連接焊縫普遍存在塞鋼筋及漏焊等現象，網架支座與主體結構框架柱間連接不當。綜上所述，網架結構的整體性等級可評定為Cu級。

4.3 網架結構安全性鑒定評級

對照《民用建筑可靠性鑒定標準》，該工程網架結構安全性等級可評定為Csu級，不符合國家現行標準規范的安全性要求，應及時對存在的問題進行有效處理。

5 加固處理方案

針對網架結構出現的問題，對其采取了以下相應的加固措施。

5.1 支座處理措施

①部分柱頂預埋件與網架支座過渡板之間存在脫開現象，應采取一定措施將兩者貼合；且預埋板與過渡板的節點焊縫應按《鋼結構焊接規范》（GB 50661-2011）進行施焊，避免漏焊。

②網架支座節點的螺栓均應采取雙螺帽、螺帽下加墊片，并擰緊螺栓。

5.2 桿件彎曲變形處理措施

①當桿件彎曲變形：s＜L/1000時，不需處理；L為桿件長度。

②當桿件彎曲變形：L/1000＜s＜L/600時，拆下進行校正，校正后重新安裝。

③當桿件彎曲變形：s＞L/600時，更換桿件。

5.3 桿件銹蝕處理措施

對銹蝕較為嚴重的桿件和節點，應按照以下說明方法進行二次涂刷：基層除銹等級Sa2.5或St2.5，表面刷環氧防銹漆兩遍，其質量要求應符合國家標準《涂裝前鋼材表面銹蝕等級和除銹等級》（GB8923-2008）[4]的規定；室內鋼構件除銹后表面涂裝采用無機富鋅防銹漆(E06,二度2x25μm干膜厚度)+環氧云鐵防銹中間漆(H53,二度2x25μm)。

5.4 承載力不足的桿件處理措施

根據網架桿件外徑及壁厚檢測結果可知，抽檢的桿件壁厚均小于設計壁厚，若因壁厚減小導致桿件承載力不足，可采取粘貼鋼方法進行加固[6]，具體的加固詳圖見圖10。

6 結束語

本工程因停工多年后啟用，期間設計規范和荷載規范存在重大調整變化，現有結構承載力能夠滿足當時建設年代能力規范要求，但不符合現行標準要求，鑒于現有結構存在的問題，給出了相應的加固處理方法，以期對類似結構予以一定的啟發。