裝配式建筑傾斜檢測和可靠性評估分析

毛東建，朱成雨，邵進虎，陳新杰 (江蘇方測建筑工程技術有限公司，江蘇 南京 210000)

1 概述

裝配式建筑具有節材、節能、節水及污染少、工期短等特點[1]，且有利于提升勞動生產效率和質量安全水平，有利于促進建筑業與信息化工業化深度融合、培育新產業新動能、推動化解過剩產能，在我國進入快速發展階段。傳統的檢測標準有很多，如《建筑結構檢測技術標準》（GB/T50344）等相關原材料檢測的標準仍然適用于裝配式建筑，但裝配式結構現場檢測方面的相應檢測標準需要進一步完善。

本文以裝配式建筑因堆積荷載導致建筑物圍護墻體局部開裂、承重構件傾斜變形為例，探討裝配式結構的現場檢測以及傾斜變形對裝配式建筑結構適用性和安全性的影響進行評估。

某裝配式建筑為一幢單層雙跨框排架結構廠房，豎向承重構件為預制混凝土柱，水平向承重構件為預制折線型屋架+大型預應力屋面板，預制混凝土柱和預制折線型屋架采用干式連接，無吊車梁，基礎為樁基礎，該建筑的屋面支撐系統和柱間支撐系統均齊全，場地設計荷載為4t/㎡等。該廠房北側9.5m位置堆積大量鋼材，目前室內使用功能為倉庫（儲存鉀肥），鉀肥堆積最高處高度約4.5m～5m，該廠房使用荷載最大約為7t/㎡，廠房外觀、內部實景見圖1～2所示，平面布置示意圖見圖3所示（編號從上到下：1至21，從左到右A-C）。在2017年05月至2020年07月期間，甲方委托檢測單位對該建筑物進行沉降監測，監測結果表明該建筑物產生傾斜變形，基礎產生不均勻垂直位移，并發現該建筑部分承重構件開裂、混凝土剝落等損傷現象。建筑物傾斜變形過大時，會對結構的適用性能造成影響，也會對結構或構件的內力造成影響，從而影響上部結構的承載能力的評定。

圖1 某裝配式建筑外觀

圖2 某裝配式建筑內景

圖3 平面布置示意圖

2 損傷情況檢查

根據現場實際情況，對該裝配式建筑的開裂、混凝土剝落等損傷情況進行詳細檢查。經檢查，未發現豎向構件出現明顯開裂、混凝土剝落等損傷現象，發現該裝配式建筑部分屋架于底部、側面均出現開裂、混凝土剝落、鋼筋外露等損傷現象，呈現特點在該建筑兩側輕、中間嚴重；屋架端部嚴重、跨中附近輕。實況見圖4所示。

圖4 混凝土屋架開裂實況

3 傾斜變形檢測方法及數據分析

裝配式建筑的傾斜變形可用經緯儀投點法或全站儀建站進行測量，現場檢測時需要區分偏差和變形或位移[2]。建筑物的周邊距離較小或有遮擋物不能使用經緯儀（全站儀）測量時，可采用懸掛吊錘測量，懸掛吊錘測量法易受氣候影響，高層建筑、風力較大時不宜采用。構件的傾斜變形可采用多功能檢測尺或懸掛吊錘的方法進行測量，測量的長度應大于等于構件高度的2/3。墻或柱構件的傾斜應以其上端對應的下端的偏離距離表示，當構件高度小于10m時，可用經緯儀或線墜測量；當構件高度大于或等于10m時，應使用經緯儀測量，檢測時宜分別檢測構件在兩個正交軸線方向的水平距離，并同時給出相對于該變形的標高(或高度)及傾斜方向。

受該建筑物施工等因素影響，墻體或柱體構件兩側的傾斜率并非為等值，兩側傾斜率如圖4所示，不規則梯形表示墻體或柱體的橫截面，虛線為過倒梯形的左、右兩個頂點和上底邊中點的垂直線，點劃線為過倒梯形上、下底邊中點的連接中線，垂直線與倒梯形（橫截面）的左、右兩邊線及中線的夾角（即所測傾斜角）分別為β、α和γ。在圖5所示狀態（兩側傾斜方向不同時）時，γ=（a-β）/2，即構件的傾斜率等于構件兩面同一對應位置處表面測得傾斜率之差的二分之一，傾斜方向與傾斜率較大的一側相同。在示意圖5所示狀態（兩側傾斜方向相同時）時，γ=（a+β）/2，即構件的傾斜率等于構件兩對面同一對應位置處表面測得傾斜率之和的二分之一，傾斜方向相同[3]。

圖5 示意圖

根據損傷普查情況，優先選取屋架開裂、混凝土剝落等損傷嚴重的位置，對其豎向構件的傾斜變形進行檢測。

根據實際情況，采用經緯儀投點法對裝配式建筑的傾斜變形進行測量，并根據定期的觀測數據區分偏差和變形或位移[2]，分析裝配式混凝柱傾斜的出現屬于一種系統性效應的非獨立事件，與整個結構及毗鄰構件有關，其中軸線A位置裝配式混凝柱整體向內（A-B跨）變形；軸線B裝配式混凝柱整體向內（A-B跨）變形；軸線C裝配式混凝柱整體向內（B-C跨）變形。其中傾斜量最大為18/A軸柱36.5mm，最小為8/A軸柱1.0mm，受場地限制，觀測區段為0.0m～8.0m，如果傾斜率不變，按總高度計算，從基礎到總高度約為9.5m,則傾斜量最大為18/A軸柱為43.3mm,傾斜率為 1/219,最小為 8/A 軸柱 1.2mm,傾斜率為1/800。

4 適用性和安全性影響評估分析

4.1 適用性影響評估

根據《建筑結構可靠性設計統一標準》(GB50068-2018附錄A)適用性評定原則：結構構件正常使用極限狀態應以現行結構設計標準限定的變形和位移值為基準對結構構件的狀況進行評定。

目前國內外對結構適用性的評定技術和研究不如安全性成熟、完善，現行的結構設計規范標準針對裝配式建筑傾斜變形的規定較少。

裝配式建筑產生傾斜變形，對正常生產工藝會產生影響，依據《工業建筑可靠性鑒定標準》（GB50144-2019），傾斜對適用性的影響分為A、B、C三級，見表1。

結構側向(水平)位移評定等級 表1

根據傾斜檢測結果，傾斜量最大為18/A軸柱為43.3mm,傾斜率為1/219,最小為8/A軸柱1.2mm,傾斜率為1/800，該裝配式建筑的傾斜變形已對正常生產產生影響，建議繼續定期沉降觀測。

4.2 安全性影響評估

已有建筑結構的安全性評定可細劃成結構體系、構件承載力和構造措施三項工作，其中構件承載能力是結構安全性評定的重點，本文重點討論對構件承載能力的影響。

根據國際標準的建議，結合我國的具體情況，已有建筑結構承重能力的目標安全性水平應以《建筑結構可靠性設計統一標準》（GB50068-2018）規定的結構構件承重能力極限狀態的可靠性指標為準，見表2。也就是說，已有結構構件承載能力的實際可靠性指標β。大于上表規定值才能評定為安全，達不到要求的構件應評為不安全。

結構構件可靠指標β 表2

考慮到結構構件的可靠指標與實際的作用(荷載)、材料性能取值及結構抗力計算的精確度有關，則該建筑上的作用標準值按照現行規范規定取值，結構、構件的材料強度標準值以及幾何尺寸使用現場實測值等等；另外當柱傾斜過大時，會對結構產生不可忽略的附加內力，應考慮水平位移對結構承載功能的影響[4]。根據柱傾斜的出現與整個結構的關系不同，考慮其對承載能力的影響也不一樣，當該位移與整個結構及毗鄰構件有關時，對柱的承載能力的驗算，需采用該結構考慮附加位移作用算得的內力，當該位移只是孤立事件時，應在柱的承載能力驗算中，考慮位移對該構件所引起附加彎矩。

根據檢測結果，柱傾斜的出現與整個結構有關，軸線A位置混凝柱整體向內（A-B跨）變形；軸線B混凝柱整體向內（A-B跨）變形；軸線C混凝柱整體向內（B-C跨）變形；采用有限元軟件ANSYS對該廠房按照結構實際受力和構造狀況建立計算模型，考慮到過大的水平位移（考慮最不利，18/A軸柱為43.3mm），會對結構或構件的內力造成影響，從而影響對上部結構承載功能最終的評定，故模型中考慮傾斜變形產生的附加內力，經驗算承載能力的實際可靠性指標β。大于表2的規定值，即對結構的承載能力影響尚不明顯。

5 結語

裝配式建筑在我國進入快速發展階段，但裝配式結構現場檢測方面的相應檢測標準處于需要進一步完善階段。本文結合工程實例，介紹了裝配式建筑傾斜變形的現場檢測方法、變形量和傾斜率的計算方法，根據定期的觀測數據區分偏差和變形或位移，判斷單個構件的傾斜出現與整個結構及毗鄰構件是否有關，對傾斜變形對裝配式建筑適用性和安全性的影響進行了評估，對后續處理堆載對裝配式建筑具有現實意義和社會價值。同時，堆載對裝配式建筑的影響可以進行有效的預測，及時控制堆載大小，減少堆載對裝配式建筑的影響。