受严重支座位移影响的大跨度柱面网壳结构检测鉴定

马俊朋，李向宇，刘落落

（1.河北省建筑工程质量检测中心有限公司，河北 石家庄 050021；2.河北省既有建筑综合改造工程技术研究中心，河北 石家庄 050021；3.快乐沃克人力资源股份有限公司，河北 石家庄 050021）

0 引言

随着我国环保要求的不断提高，大跨度网壳结构广泛应用于大空间储料库、储煤库等建筑，该类网壳结构具有跨度大、高度大、地面存在大面积堆载等特点。当堆载地基未有效处理或超载严重时，可造成网壳支座移位，对网壳的正常使用产生较大影响。文章结合工程实例，对受严重支座位移影响的大跨度柱面网壳结构进行了检测鉴定，为以后类似结构的鉴定提供参考。

1 工程概况

该网壳为规整柱网两跨对称柱面网壳，平面形状呈矩形，长约 220 m，设置 26 排支座柱，标准柱距 5 m，单跨跨度 92.25 m，矢高 32.5 m，跨中厚度约 3.0 m，其南跨地面因堆载产生了较大下沉变形。网壳剖面及地面下沉示意图如图 1 所示。

图1 剖面及地面下沉示意图（单位：mm）

2 现场检测及结果分析

2.1 建筑及结构复核

现场对柱距、网壳厚度、球节点布置、上下弦杆及腹杆布置情况进行详细复核，结果表明网壳结构构件布置与原设计吻合，网壳网格体系采用正方四角锥形式，杆件为钢管，节点主要采用螺栓球节点。

按比例抽取适当数量的球节点和杆件，采用游标卡尺和超声波测厚仪复核其直径和壁厚，螺栓球、钢管的截面尺寸符合设计和相关规范允许偏差的要求。

2.2 网壳构件损伤检测

现场检测发现，网壳南跨 22 轴东西两侧附近区域部分下弦球节点处杆件锥头底板与套筒间接缝和螺栓球与套筒间接缝存在脱开现象，脱开最大位置位于 22 轴，缝宽 3 mm，20 轴～22 轴以外区域脱开程度呈逐渐降低趋势，表现为接缝位置的轻微松动（接缝宽度＜ 1 mm），下弦球接缝脱开区域分布如图 2 所示，下弦球节点接缝脱开状态如图 3 所示；网壳上弦球节点仅个别位置杆件锥头底板与套筒间接缝和螺栓球与套筒间接缝存在轻微松动；其他区域杆件和球节点未见明显变形、松动和损伤。

网壳 12×C 轴～24×C 轴混凝土支座柱顶部存在混凝土开裂现象，裂缝位于埋板东西两端区域，开裂状态如图 4 所示，裂缝位置示意图如图 5、6 所示。

图2 下弦球节点接缝脱开明显区域平面分布图（单位：mm）（仅示意下弦杆件）

图3 下弦球节点杆件锥头底板与套筒间接缝脱开

图4 支座柱顶部裂缝

图5 支座柱顶部侧视图（单位：mm）

图6 柱顶裂缝分布示意图（支座柱顶俯视图）（单位：mm）

网壳焊接部位主要为锥头封板与钢管的等强连接对接焊缝，焊缝质量要求为二级，现场按比例抽取适当数量的锥头封板与钢管的等强连接对接焊缝，采用超声波探伤仪检测焊缝内部质量状况。依据 GB 50205-2001《钢结构工程施工质量验收规范》表 5.2.4［1］规定，质量等级为二级的焊缝内部缺陷评定等级不得低于Ⅲ 级，网壳所抽取的焊缝内部质量超声探伤检测结果均满足 GB 50205-2001《钢结构工程施工质量验收规范》的规定。

2.3 支座节点位移检测

采用三维扫描仪对网壳南跨的支座节点坐标进行扫描，确定网壳支座球节点相对的水平和竖向位置。网壳 C 轴支座球节点竖向标高最大值与最小值间差值为42 mm，C 轴各支座节点相对标高示例如表 1 所示；D 轴支座球节点竖向标高最大值与最小值间差值为 54 mm，D 轴各支座节点相对标高如表 2 所示。

表1 C 轴各支座节点相对标高

表2 D 轴各支座节点相对标高

通过对表 1、表 2 的分析，可知网壳支座球节点相对标高差值较小，地面堆载未使网壳支座柱产生较大的不均匀竖向位移。

采用网壳支座节点坐标的三维扫描，确定网壳支座节点位移现状，C 轴、D 轴各支座节点相对于原设计位置水平位移量如图 7、图 8 所示。

图7 C 轴各支座节点相对于原设计位置水平位移量

图8 D 轴各支座节点相对于原设计位置水平位移量

通过分析网壳 C 轴、D 轴各支座节点相对于原设计位置水平位移量可知。

1）地面堆载对网壳 C 轴支座柱造成了严重的不利影响，支座节点产生了严重的水平向外位移，因地面堆载量的不同，各节点位移量不同，C 轴支座球节点相对于原设计位置最大水平位移点位于 21×C 轴，为 670 mm。

2）地面堆载对网壳 D 轴支座柱未造成太大的不利影响，考虑因 D 轴为中柱且北跨网壳内地面存在有利堆载造成；D 轴支座球节点相对于原设计位置最大水平位移点位于 25×D 轴，为 83 mm。

2.4 网壳整体变形检测

采用三维扫描仪对网壳南跨各节点球的坐标进行扫描，确定网壳南跨各轴的挠曲线状态，通过与网壳原设计拱曲线相比较，发现网壳部分轴跨中发生了较大下挠，网壳拱曲线变形状态示意如图 9 所示，部分下挠较大轴线的下挠值如表 3 所示。

图9 26 轴网壳下弦拱曲线变形状态图（南跨）

表3 部分下挠较大轴线的下挠值

依据 JGJ 7-2010《空间网格结构技术规程》［2］规定，双层网壳在恒荷载与活荷载标准值作用下的最大挠度值不宜超过结构跨度的 1/250，该网壳南跨跨度为 92 250 mm，容许挠度值为 369 mm，通过表 3 数据可知，网壳南跨的局部区域仅在恒荷载下挠度值已 ＞369 mm，超出了规范的限值要求。

3 网壳承载能力计算分析

依据现场检测数据和原设计图纸等资料，采用midas Gen 建立空间力学计算模型。

模型按现行荷载规范施加恒荷载、风雪荷载、温度荷载及地震等作用，对 C 轴、D 轴支座施加强制水平位移（位移值为现场检测所得支座实际水平位移，如图 7、8 所示，网壳最不利工况下变形如图 10、11 所示，杆件应力分布如图 12 所示。

通过对计算结果的分析可知：网壳考虑现有支座水平位移，最不利工况下，南跨局部区域将产生 ＞600 mm 的下挠变形，超过 JGJ 7-2010《空间网格结构技术规程》规定的 369 mm 挠度限值；南跨部分杆件应力值将＞310 N/mm2，并主要分布于跨中；支座水平位移较大区域，网架挠度及杆件应力比也相对较大。

图10 网壳考虑强制支座位移整体变形图

图11 网壳考虑强制支座位移典型轴变形曲线

图12 网壳考虑强制支座位移典型轴杆件应力图

4 结论

通过对网壳结构现场调查检测和承载能力分析可知，网壳 C 轴支座产生了较大的水平向外位移，其中21×C 轴位移值最大，南跨局部区域现有挠度值超过了 JGJ 7-2010《空间网格结构技术规程》规定的挠度限值，考虑现有支座水平位移，最不利工况下，网壳南跨部分杆件计算应力值将＞310 N/mm2。

目前既有大跨度网壳结构存量巨大，网架在使用过程中受多种外界因素影响，难免出现过大变形和损伤，对已建成的网壳结构进行检测鉴定是排除安全隐患的重要手段和方法，本文概括了大跨度柱面网壳结构检测鉴定要点，可为以后类似结构检测鉴定工作的开展提供参考和帮助。