上海某劇院大修前結(jié)構(gòu)安全性檢測鑒定*

符素娥

(上海市建筑科學(xué)研究院有限公司，上海市工程結(jié)構(gòu)安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200032)

1 工程概況

上海某劇院建造于2011年，房屋主要功能為以音樂劇為主的多功能劇院及其配套輔助用房，是目前國內(nèi)最大的下沉式劇院。目前，本工程存在地下室地坪開裂、起砂，墻面開裂、滲水，混凝土構(gòu)件鋼筋銹脹外露，屋面滲漏，室外地坪下沉等現(xiàn)象，對其運(yùn)營安全造成威脅。

本工程主要由劇院和停車庫組成，兩區(qū)域結(jié)構(gòu)相連，中間未設(shè)變形縫，其中劇院地下5層、地上3層，建筑平面呈鉆石狀，地上部分設(shè)計(jì)呈流線形，房屋主體結(jié)構(gòu)大部分處于地面以下，其上鋼屋蓋設(shè)計(jì)為不規(guī)則曲面穹頂，穹頂內(nèi)設(shè)置漏斗形結(jié)構(gòu)，穹頂周邊通過不同高度柱斜向支撐于下部混凝土結(jié)構(gòu)上，穹頂平面投影為蛋形，蛋形長短軸分別約為120，70m。

穹頂中間的舞臺和觀眾廳中空，該部分穹頂支撐于舞臺和觀眾廳周邊墻體上，舞臺和觀眾廳內(nèi)部頂蓋結(jié)構(gòu)自成體系。停車庫地下3層，建筑平面呈矩形，房屋外立面如圖1所示。

房屋主體結(jié)構(gòu)為現(xiàn)澆混凝土框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，采用鋼結(jié)構(gòu)(鋼網(wǎng)架及鋼桁架組合)屋面及大底板樁-筏基礎(chǔ)。建筑抗震設(shè)防類別為乙類，設(shè)計(jì)使用年限為50年，建筑結(jié)構(gòu)安全等級為二級，按7度進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)基本加速度為0.10g，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，建筑場地類別為Ⅳ類，特征周期為0.9s。劇院剪力墻抗震等級為一級，框架抗震等級為二級。停車庫剪力墻抗震等級為三級，框架抗震等級為三級。基礎(chǔ)、基礎(chǔ)梁及上部結(jié)構(gòu)混凝土構(gòu)件設(shè)計(jì)混凝土強(qiáng)度等級為C35。

觀眾廳及主舞臺區(qū)域屋面結(jié)構(gòu)采用矩形方鋼管交叉桁架結(jié)構(gòu)，南北向?yàn)橹麒旒埽鐖D2，3所示。

尾部懸挑區(qū)域、觀眾廳兩側(cè)及漏斗形區(qū)域采用雙層鋼網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，鋼網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)可根據(jù)其平面布置分為4個(gè)區(qū)域，其中中央靠北側(cè)的漏斗形區(qū)域?yàn)锳區(qū)，其余區(qū)域自北向南依次劃分為B，C，D區(qū)(東西向結(jié)構(gòu)對稱布置)，如圖4所示。

北側(cè)網(wǎng)殼以斜柱和漏斗形區(qū)域剛性環(huán)為支撐，觀眾廳兩翼處的網(wǎng)殼以斜柱和剪力墻為支撐，舞臺四周的網(wǎng)殼以2道剪力墻為支撐，觀眾廳及舞臺屋面鋼桁架兩端支撐在剪力墻上。

2 現(xiàn)場檢測

2.1 建筑結(jié)構(gòu)復(fù)核

現(xiàn)場對房屋建筑平面分隔、填充墻墻體材料、使用功能、結(jié)構(gòu)平面布置等進(jìn)行調(diào)查，對照原設(shè)計(jì)圖紙發(fā)現(xiàn)，除劇院區(qū)域外圍護(hù)墻內(nèi)側(cè)200mm厚離壁襯套磚墻改為輕鋼龍骨板墻外，房屋建筑、結(jié)構(gòu)平面布置與原設(shè)計(jì)基本相符。

采用鋼卷尺、游標(biāo)卡尺及測厚儀對主要承重構(gòu)件截面尺寸、連接節(jié)點(diǎn)形式及混凝土構(gòu)件鋼筋配置進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果表明，房屋主要承重構(gòu)件截面尺寸、鋼結(jié)構(gòu)主要連接節(jié)點(diǎn)形式及連接件截面尺寸、混凝土構(gòu)件鋼筋配置均與原設(shè)計(jì)基本相符。

2.2 材料強(qiáng)度檢測

現(xiàn)場采用混凝土回彈儀對構(gòu)件混凝土強(qiáng)度進(jìn)行抽樣測試，以混凝土強(qiáng)度推定值作為評定混凝土強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)利用取芯機(jī)在部分構(gòu)件上鉆取芯樣，用以修正回彈法測試結(jié)果。檢測結(jié)果表明，劇院區(qū)域混凝土構(gòu)件實(shí)測抗壓強(qiáng)度推定值為36.4MPa，達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級C35要求。停車庫區(qū)域混凝土構(gòu)件實(shí)測抗壓強(qiáng)度推定值為39.1MPa，達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級C35要求。

采用里氏硬度計(jì)抽樣檢測房屋觀眾廳屋面鋼桁架、舞臺屋面鋼桁架、屋面鋼網(wǎng)殼構(gòu)件里氏硬度，對其抗拉強(qiáng)度進(jìn)行推定。檢測結(jié)果表明，觀眾廳屋面鋼桁架構(gòu)件抗拉強(qiáng)度特征值為475～496MPa，舞臺屋面鋼桁架構(gòu)件抗拉強(qiáng)度特征值為493～512MPa，屋面鋼網(wǎng)殼及幕墻構(gòu)件抗拉強(qiáng)度特征值為449～503MPa，基本達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級Q345要求。

2.3 鋼構(gòu)件焊縫質(zhì)量檢測

現(xiàn)場對桁架柱、桁架梁及平臺梁連接節(jié)點(diǎn)焊縫外觀質(zhì)量進(jìn)行抽樣調(diào)查，結(jié)果表明，焊縫表面未見明顯氣孔、夾渣、裂紋、焊瘤等外觀質(zhì)量缺陷。

現(xiàn)場采用超聲波探傷儀對典型桁架柱、桁架梁及平臺梁連接節(jié)點(diǎn)焊縫內(nèi)部缺陷進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果表明，抽檢區(qū)域觀眾廳屋面桁架、舞臺屋面鋼桁架下弦與下弦間相貫焊縫及室外劇院下弦球中部相貫焊縫內(nèi)部質(zhì)量滿足一級焊縫質(zhì)量等級要求。

2.4 鋼結(jié)構(gòu)涂裝質(zhì)量檢測

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙及施工資料，觀眾廳屋面鋼桁架、舞臺屋面鋼桁架采用厚型防火涂料涂裝，其余區(qū)域采用超薄型防火涂料涂裝，現(xiàn)場采用涂層厚度儀及游標(biāo)卡尺抽樣檢測觀眾廳屋面鋼桁架、舞臺屋面鋼桁架、屋面鋼網(wǎng)殼等區(qū)域構(gòu)件漆膜厚度。檢測結(jié)果表明，觀眾廳及舞臺屋面鋼桁架涂層厚度為9.5～19.5mm，該厚度相對設(shè)計(jì)及施工要求偏小，且離散性較大；屋面鋼網(wǎng)殼等區(qū)域涂層厚度為361.1～994.4μm，該厚度相對設(shè)計(jì)及施工要求偏小，且離散性較大。

2.5 房屋損傷狀況調(diào)查

房屋損傷狀況調(diào)查結(jié)果表明，停車庫兩端局部頂板開裂(表現(xiàn)為角部存在45°斜裂縫或沿框架梁邊緣開裂)且伴有水漬(局部修補(bǔ)痕跡)，如圖5所示；少量混凝土構(gòu)件鋼筋銹脹外露、混凝土剝落；舞臺及觀眾廳屋面鋼桁架多處鋼構(gòu)件表面防火涂料開裂、破損、局部脫落；屋面鋼網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)多處桿件涂層老化、開裂、局部脫落且表面銹蝕，局部區(qū)域構(gòu)件表面有水漬；地下結(jié)構(gòu)外圍護(hù)墻多處存在大面積滲水痕跡，涂料起皮剝落，劇院區(qū)域外圍護(hù)墻內(nèi)襯板墻龍骨普遍銹蝕嚴(yán)重；多處梁底粉料起鼓、局部脫落；局部區(qū)域輕鋼龍骨吊頂變形、開裂、局部破損；存在掉落傷人的安全隱患；墻面出現(xiàn)豎向及斜向裂縫，裂縫寬度為0.3～2.0mm，無明顯一致性規(guī)律；內(nèi)部墻面及頂板多處有水漬、返潮或受潮、涂料起皮剝落、霉變現(xiàn)象；室內(nèi)外地坪面層多處開裂、起砂、破損，其中停車庫區(qū)域較嚴(yán)重；屋面鋁合金板多處更換，且局部變形錯位；多處密封膠老化、開裂、脫落；房屋四周側(cè)面普遍伴有水漬，局部室外地坪相對下沉量較大，綠化區(qū)域室外地坪存在較嚴(yán)重的水土流失現(xiàn)象。

2.6 房屋變形測量

根據(jù)JGJ 8—2016《建筑變形測量規(guī)范》采用水準(zhǔn)儀對劇院地下4層地坪及停車庫地下3層頂板底的相對高差進(jìn)行測量，結(jié)果表明，劇院地下4層地坪相對高差最大值為65mm，折算傾斜率較小，無明顯一致性規(guī)律；停車庫地下3層頂板底的相對高差最大值為40mm，折算傾斜率較小，無明顯一致性規(guī)律。總體上，房屋目前無明顯不均勻沉降現(xiàn)象。

采用水準(zhǔn)儀，利用特征位置(如下弦底部)抽樣測量舞臺屋面鋼桁架及觀眾廳屋面鋼桁架相對撓度。測量結(jié)果表明，舞臺屋面南北向鋼桁架下弦跨中最大撓度約為8mm，觀眾廳屋面南北向鋼桁架下弦最大撓度約為9.5mm，相對撓度較小，滿足GB 50017—2017《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》相關(guān)要求。

3 結(jié)構(gòu)承載力驗(yàn)算

3.1 計(jì)算參數(shù)

結(jié)合原設(shè)計(jì)圖紙、現(xiàn)場檢測結(jié)果，分別采用PKPM系列結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件及SAP2000軟件對房屋下部混凝土結(jié)構(gòu)及屋面鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模驗(yàn)算，典型驗(yàn)算模型如圖6，7所示。

混凝土強(qiáng)度等級按實(shí)測取C35，鋼筋強(qiáng)度同原設(shè)計(jì)，考慮地震作用，抗震設(shè)防烈度取7度，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.1g，場地類別為Ⅳ類；風(fēng)荷載作用計(jì)算按100年重現(xiàn)期考慮，基本風(fēng)壓為0.6kN/m2，建筑物地面粗糙度類別為C類；對于屋蓋鋼結(jié)構(gòu)，溫度作用考慮最大升溫差+35℃，最大降溫差-35℃。

驗(yàn)算下部混凝土結(jié)構(gòu)時(shí)，將上部鋼結(jié)構(gòu)荷載以節(jié)點(diǎn)荷載附加在主體結(jié)構(gòu)上部；支撐在剪力墻上的支座及漏斗形結(jié)構(gòu)底部全部為鉸接，斜柱底端伸入底板或斜柱連續(xù)的部分設(shè)為固定支座，底端支撐在轉(zhuǎn)換梁上的部分設(shè)為鉸接；斜柱與網(wǎng)殼之間采用雙向球鉸連接，桿件之間均為固接。

3.2 驗(yàn)算結(jié)果與分析

房屋主體結(jié)構(gòu)第1，2階振型主要為平動，第3階振型主要為扭轉(zhuǎn)；x，y向振型參與質(zhì)量之和均滿足規(guī)范≥90%的要求；x，y向基底剪重比分別為3.30%，3.46%，均滿足規(guī)范≥1.6%的要求；多遇地震作用下，各層最大層間位移角均較小，遠(yuǎn)小于規(guī)范≤1/800的限值要求；結(jié)構(gòu)在考慮偶然偏心的規(guī)定水平力作用下，樓層最大水平位移比為1.36，最大層間位移比為1.83，結(jié)構(gòu)存在扭轉(zhuǎn)不規(guī)則；多遇地震作用下，劇院及停車庫典型框架柱、混凝土墻、框架梁、樓板承載力均滿足驗(yàn)算要求。

屋面鋼網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)前50階自振模態(tài)對應(yīng)的周期為0.476～0.015s，典型自振模態(tài)如圖8，9所示，其中第1階模態(tài)為漏斗形區(qū)域附近結(jié)構(gòu)短軸方向平動，與該區(qū)域幕墻斜鋼柱較柔的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)相符。此外，x，y，z向前50階振型累計(jì)質(zhì)量參與系數(shù)分別為94%，93%，96%，滿足規(guī)范≥90%的要求；多遇地震作用下，觀眾廳鋼桁架、舞臺鋼桁架、屋面鋼網(wǎng)殼、室外舞臺鋼網(wǎng)架桿件應(yīng)力比均滿足驗(yàn)算要求。

4 損壞原因分析

目前房屋地下結(jié)構(gòu)滲漏水現(xiàn)象較普遍，其中地下室外圍護(hù)墻及頂板滲漏相對較嚴(yán)重，外圍護(hù)墻滲漏水主要出現(xiàn)在地下室外圍護(hù)墻根部、柱墻交接處、地下室外墻中部及兩端墻面等位置，頂板區(qū)域滲漏水主要出現(xiàn)在房屋角部頂板45°斜裂縫或近框架梁側(cè)等位置。可見范圍內(nèi)地下室外圍護(hù)墻滲水處無明顯開裂現(xiàn)象，且滲水痕跡多呈點(diǎn)狀，分析其主要原因有：①房屋地下深度較大，水壓較大，導(dǎo)致其易產(chǎn)生滲水現(xiàn)象；②外圍護(hù)墻較厚，施工難度較大，且房屋總長度約170m，易產(chǎn)生溫度收縮裂縫；③劇院區(qū)域原設(shè)計(jì)采用在外圍護(hù)墻內(nèi)設(shè)空腔，空腔內(nèi)部另設(shè)200mm厚離壁襯套磚墻，墻體間地面設(shè)排水溝，將滲入室內(nèi)的水采用“排”的方式排至附近排水系統(tǒng)，現(xiàn)場實(shí)際將內(nèi)部200mm厚離壁襯套磚墻改為輕鋼龍骨板墻，導(dǎo)致該防水系統(tǒng)失效；④建筑外圍排水系統(tǒng)局部失效，導(dǎo)致建筑物外表水不能及時(shí)排走而滲入地下；⑤局部施工處理不到位等。頂板滲水主要由于房屋較長產(chǎn)生溫度收縮裂縫，且局部施工處理不到位等原因?qū)е隆?/p>

5 安全性分析

房屋結(jié)構(gòu)布置、截面尺寸、連接構(gòu)造、材料強(qiáng)度、配筋等抗震構(gòu)造措施基本滿足DGJ08—9—2013《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)程》要求，房屋存在一定的不規(guī)則，主要表現(xiàn)為扭轉(zhuǎn)不規(guī)則、凹凸不規(guī)則、樓板局部不連續(xù)、側(cè)向剛度不規(guī)則。

綜上所述，房屋主體結(jié)構(gòu)安全性總體滿足規(guī)范要求，房屋現(xiàn)有損傷對房屋主體結(jié)構(gòu)尚無明顯影響，但對房屋正常使用、耐久性及耐火性造成一定影響，應(yīng)對房屋現(xiàn)有損傷采取合適措施進(jìn)行維修處理，后續(xù)維修設(shè)計(jì)與施工應(yīng)委托專業(yè)單位按現(xiàn)行相關(guān)管理規(guī)定進(jìn)行，并應(yīng)考慮后續(xù)房屋使用方對房屋功能及性能要求的完善與提升，維修方案確定后，維修單位應(yīng)根據(jù)方案對結(jié)構(gòu)承載力進(jìn)行驗(yàn)算和校核，后續(xù)施工過程中建議對重要構(gòu)件及節(jié)點(diǎn)應(yīng)力狀況和屋蓋變形情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，并應(yīng)采取相應(yīng)的安全防護(hù)措施。

6 結(jié)語

為對上海某劇院主體結(jié)構(gòu)安全性進(jìn)行全面準(zhǔn)確的評估，進(jìn)行現(xiàn)場檢測，檢測內(nèi)容主要包括建筑結(jié)構(gòu)復(fù)核、材料強(qiáng)度檢測、鋼構(gòu)件焊縫質(zhì)量檢測、鋼結(jié)構(gòu)涂裝質(zhì)量檢測、房屋損傷狀況調(diào)查、房屋變形測量，并結(jié)合現(xiàn)場檢測結(jié)果、原設(shè)計(jì)圖紙，采用大型計(jì)算軟件對房屋主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行驗(yàn)算，對房屋抗震性能、使用性能、損壞原因等進(jìn)行分析，綜合評估房屋主體結(jié)構(gòu)安全性，為后續(xù)大修及改造提供技術(shù)依據(jù)，并為其他大型場館類復(fù)雜結(jié)構(gòu)安全性評估提供參考。