某网架结构安全性检测与评价*

谢 东 张树勋

结构安全性检测是对建筑物质量评定的重要依据,也是对在役建筑物进行评价的基本依据,它在提高建设工程质量、节省国家与企业的资金、保证安全生产和生命财产安全方面都起到了重要的作用。本文结合一网架结构实例对其进行安全性检测和评价,可为此类结构的安全性检测和评定提供一定的参考。

1 工程概况

被检测的网架采用螺栓球节点正放四角锥网架,下弦柱点支撑。工程抗震等级为三级,结构安全等级为二级,乙类建筑,结构设计使用年限为50年。该工程于2008年竣工使用,其结构体系和平面布置如图1所示。

2 检测项目及分析

2.1 材料规格和性能

1)杆件规格。经查对图纸,共812根杆件。采用超声波测厚仪对杆件规格进行检测,结合现场条件及抽样标准随机抽取9根φ 48×3.5,10根φ 60×3.5计,10根φ 75.5×3.75,7根φ 88.5×4,4根φ 114×4计。经检验φ 75.5×3.75杆件有两根不满足要求外,其余偏差均在允许偏差范围之内。

2)杆件材质。根据《钢结构工程施工质量验收规范》,采用钻取钢屑的办法,现场抽取1根规格为φ 114×4的杆件取样进行化学分析,测定钢柱的碳(C)、硅(Si)、锰(Mn)、磷(P)、硫(S)五种元素的含量,经检验杆件管材化学成分满足钢材Q235的要求。

2.2 节点连接

1)外观检查。对节点连接的检查采用全数检查发现:a.个别杆件由若干段钢管经对接焊缝连接而成(如图2所示)。在现场焊接,杆件同轴度和焊接质量难以保证,且经探伤大部分焊缝达不到对接焊缝的二级质量要求;b.上弦径向杆件承受檩条传递的屋面荷载,造成杆件受弯,违反结构设计中杆件为二力杆的设计原理;c.部分栓没有拧到位,导致螺栓外露或松动(见图3),易引起导致杆件失效或者承载力降低;d.由于安装或制作偏差,部分杆件和套筒连接处出现较大缝隙,引起杆件偏心受力及螺栓受弯;e.主檩没有直接坐落在支托上,通过一小段槽钢连接,连接较复杂,且该槽钢容易失稳;f.主檩条施工与设计图纸不符;g.屋面和檩条连接不牢,屋面板翘起,次檩条的连接方式不妥,见图4。

2)焊缝质量。现场抽取了锥头(封板)与钢管对接焊缝计32件、钢管对接焊缝计21件进行超声波探检测,检测结果表明,工厂加工的锥头(封板)与钢管对接焊缝符合二级焊缝质量要求,现场施焊的钢管对接焊缝均不符合二级焊缝质量要求。

2.3 结构与构件变形

1)杆件变形。现场全数杆件进行外观检测,没有发现明显变形杆件。随机抽取10余根杆件进行弯曲变形测量,没有发现弯曲。

2)结构变形。取各个支座(Z1～Z6)及屋盖上3点(6点、7点、8点),采用激光测距仪测取各测点的标高,测点分布见图5,测量结果见表1。

2.4 支座连接情况

利用卷尺对全数支座底板、过渡板及筋板的尺寸进行测量,基本符合设计图纸要求。但是焊脚尺寸为12 mm,小于14 mm(设计图纸要求),不满足设计图纸要求,同时支座处底板和螺栓锈蚀较严重。

2.5 构件涂装与锈蚀

1)涂层厚度。利用覆层测厚仪对杆件和檩条的涂层厚度进行测量,现场随机抽取12根杆件和5根檩条,杆件的涂层厚度符合标准要求,檩条的涂层厚度不满足其质量要求。2)构件锈蚀。现场检测结果表明,部分檩条和杆件有锈蚀。造成锈蚀的原因主要有:a.屋面防水不密实,造成屋面下檩条受潮锈蚀;b.檩条涂层厚度不够和涂刷质量不好,造成表面起皮和檩条内部点蚀;c.部分杆件端部打磨后没有及时涂刷防锈漆造成杆件端部锈蚀。

3 设计复核

使用SFCAD计算软件,并结合现场检测结果综合分析,更有利于对结构的安全性作出科学评价。经验算,该网架结构中共有16根超应力杆件(如图6所示)。超应力杆件主要集中在φ 60×3.5(4根)和φ 75.5×3.75(12根)两种规格上。另外还有部分杆件的压应力接近设计强度,规格主要集中在φ 48×3.5,φ 60×3.5和φ 75.5×3.75上,杆件长细比均满足要求。根据计算结果,杆件最大应力比为 0.97(拉杆)和-1.07(压杆),即最大应力值为184 MPa(拉杆)和203 MPa(压杆),均小于《钢结构设计规范》中Q235钢材的设计强度要求,可不进行处理。

通过对网架结构本身及围护结构的檩条等构件校核,网架结构正常使用极限状态均满足要求。

4 网架安全性评价

根据GB 50292-1999民用建筑可靠性鉴定标准的要求对该工程进行安全性评价,评定结果如下。

4.1 上部承重结构

1)根据构件的承载力要求对钢网架构件安全性进行评定,构件的安全性评定为Cu级;2)根据构造要求进行钢网架构件的安全性评定,构件的安全性评定为Cu级;3)根据不适于继续承载的位移和变形进行钢网架构件的安全性评定,构件的安全性评定为Bu级;4)根据上述评定结果,构件的安全性评定为Cu级;5)根据结构布置、支承系统布置、支承系统构造及结构间联系,结构的整体性评定为Bu级;6)根据构件安全性和结构整体性的评定结果,上部承重结构的安全性评定为Cu级。

4.2 围护系统

1)根据围护系统构件的承载力、构造及变形,围护系统的安全性评定为Cu级;2)根据结构布置、支承系统布置、支承系统构造及结构间联系,围护系统的整体性评定为Cu级;3)根据围护系统构件安全性和结构整体性的评定结果,围护系统的安全性评定为Cu级。综合承重结构和围护系统的评定结果,该网架屋盖的安全性评定为Cu级。

5 建议

1)对现场施焊的杆件对接焊缝应采取相应整改措施;2)对检查中发现未安装到位的螺栓球节点和出现马蹄缝的杆件必须进行整改,并应逐个检查,消除安全隐患;3)屋脊主檩应采取加固措施,部分主次檩条间的连接应采取处理措施;4)屋面板和檩条局部连接不牢靠,应采取处理措施;5)对锈蚀的构件应进行防腐处理;6)对屋盖系统定期维护。

[1] GB 50205-2001,钢结构工程施工质量验收规范[S].

[2] GB/T 50344-2004,建筑结构检测技术标准[S].

[3] 宋明志,徐觉慧,杨 浩.某钢结构商业办公楼安全性检测与评定分析[J].淮海工学院学报(自然科学版),2008,18(2):61-64.