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某中学屋顶网壳安全性检测

某中学屋顶网壳安全性检测

作者:tsansan.com    发布时间:2019-05-15 16:55

  【摘要】某中学圆形会议厅屋顶钢网壳,因装修需增设吊顶,引起荷载变化,故需对该钢网壳进行安全性鉴定。本报告对屋顶钢网壳结构的构件尺寸、支座标高偏差、整体变形、网壳支承柱混凝土强度、钢网壳构件挠曲、网壳节点损伤与焊缝损伤和构件涂层完损等进行了复核检测,并结合原设计资料、根据实测数据建立结构计算模型,计算网壳结构现阶段及装修后的受力变形及安全状况,为后续装修改造工作提供有效数据与依据。

 

  1. 检测概述

  某中学圆形会议厅屋顶钢网壳结构,总面积518.5m2。会议厅建于1997年,至今未进行过相关维护及检测。目前拟对该会议厅进行整体装修。由于装修需增设吊顶,将引起网壳结构荷载变化,为了了解网壳结构的安全性态,业主委托对会议厅屋顶钢网壳结构进行安全性检测鉴定,以便为后续装修改造工作提供技术依据和数据资料。

  1.1检测鉴定范围

  本次检测鉴定范围为某中学主教学楼顶层圆形会议厅屋顶的钢网壳结构及其构件、节点、支座以及影响钢网壳结构安全使用的附属构件。网壳结构具体位置参见总平面示意图1-1。

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  1.2主要工作内容

  本次检测鉴定主要工作内容包括:

  1、复核屋顶钢网壳结构布置,复核构件尺寸、构造;

  2、对网壳结构支座节点标高偏差进行检测;

  3、对网壳结构整体变形进行检测;

  4、对网壳结构支座下混凝土支柱的强度进行检测;

  5、对网壳结构构件挠曲变形进行检测;

  6、对鉴定范围内网壳结构构件、节点、焊缝、涂层的完损进行检查和检测;

  7、对钢网壳结构进行内力分析和验算;

  8、根据检测和验算结果,提出检测鉴定结论;

  9、提出建议加固处理措施。

 

  2.房屋概况

  钢网壳结构基本概况见表2-1,钢网壳结构平面布置见图2-2。

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  3、现场检测情况

  3.1网壳建筑与结构尺寸复核

  现场复核结果表明,网壳结构布置、支座混凝土柱平面布置与原设计图纸吻合。网壳杆件截面尺寸实测结果与原设计资料相符。

  3.2网壳结构支座节点标高偏差检测

  采用拓普康GTS-102R型全站仪,检测网壳结构4个柱支座的标高偏差(含施工误差)。测量结果表明,网壳相邻支座间最大标高偏差为37.1mm,所测4组支座标高偏差中有2组大于国家现行标准《钢结构工程施工质量验收规范》(GB50205-2001)中关于多点支承网壳相邻支座高差的限值L1/800=15000/800=18.75mm(L1为相邻支座间距)。

  3.3网壳结构整体变形检测

  采用拓普康GTS-102R型全站仪,通过测量网壳结构下弦节点标高来推算网壳结构整体变形。由测量结果可知,网壳结构下弦节点竖向最大相对挠度达到1/217(含施工误差),基本满足《空间网格结构技术规程》(JGJ7-2010)及《钢结构工程施工质量验收规范》(GB50205-2001)的规定,即最大挠度不应大于短向跨度的1/217。

  3.4支座柱混凝土强度检测

  采用回弹法,按照《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》(JGJ/T23-2011),对网壳结构全部4个支座下混凝土柱进行混凝土强度检测。现场检测发现,混凝土现状良好,根据《既有建筑物结构检测与评定标准》(DG/TJ-08-804-2005),综合评定支座柱混凝土强度为38.4MPa。

  3.5构件挠曲变形检测

  采用拓普康GTS-102R型全站仪,根据《钢结构检测与鉴定技术规程》(DG/TJ08-2011-2007)的规定,对网壳结构杆件的挠曲变形进行测量。检测结果表明,杆件最大挠度达到了2.5‰;共检测杆件86根,其中30根杆件挠度超过《钢结构工程施工质量验收规范》(GB 50205-2001)中杆件相对挠曲的限值1.0‰。挠曲变形超限的杆件位置见图3-1、图3-2。

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  3.6网壳结构完损状况检测

  根据《钢结构检测与鉴定技术规程》(DG/TJ08-2011-2007)的规定,对结构构件、螺栓球节点连接、涂层、焊缝等进行损伤检测。

  3.6.1构件完损状况检测

  现场检测发现,大部分结构构件无明显变形或局部损伤现象。但存在部分附属构件悬挂于网壳杆件节间,使得网壳杆件除节点力外还承受了节间力,不符合网壳结构设计要求,应及时予以拆除。

  3.6.2节点检测

  现场检测结果表明,钢网壳结构的螺栓球节点连接基本完好,构件未发现有松动、脱离、损伤等现象。但支座节点与支座预埋板连接采用传统螺栓球与杆件的连接方式连接(如图3-3),无法承受支座节点处的弯矩及水平剪力,不符合设计构造要求,建议采取加固措施。

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  3.6.4构件防腐与防火涂层质量检测

  现场检测发现,结构构件防腐涂层基本完好;多数构件防火涂层已严重老化(图3-4),且存在剥离现象,使得结构防火存在安全隐患。

  3.6.5焊缝检测

  采用焊缝尺规及CTS-2020型超声波检测仪分别对结构中各类焊缝的尺寸及其损伤情况进行抽样检测,其中焊缝内部损伤情况按《钢结构超声波探伤及质量分级法》(JG/T203-2007)中B Ⅲ级检测标准进行检测。现场检测结果表明,该钢网壳结构杆件各类焊缝连接完好,无超标缺陷,且焊缝尺寸符合设计要求。

 

  4. 网壳结构安全性鉴定

  4.1结构验算模型

  参考委托方提供的原设计资料并结合结构现场检测数据建立考虑当前结构实际状况的计算模型,并进行结构验算。

  4.1.1结构模型

  该网壳结构计算根据结构实测节点坐标、实测杆件截面及考虑杆件变形、实测支座标高偏差结果建立。钢材均为Q235钢,按规范取得其设计强度为215MPa,弹性模量2.06×1011N/m2,泊松比0.3,密度7850 kg/m3。结构中混凝土支承柱简化为弹性支座,经计算得支承柱侧移刚度为59.51kN/mm。具体荷载取值见表4-1。

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  4.1.2荷载组合

  由《建筑结构荷载规范》(GB50009-2012)确定的主要荷载组合见表4-2。

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  4.2验算结果

  4.2.1结构动力特性

  结构基本周期为0.22s,对应的振型为结构整体竖向振动。

  4.2.2静力荷载下结构变形

  考虑实测支座标高偏差的结构变形计算结果见表4-3.

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       由计算结果可知,结构变形满足规范要求。

  4.2.3 静力荷载下结构承载力

  1)网壳杆件验算结果

  考虑实测数据,结构各类构件的承载能力验算结果如表4-4所示。

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       5. 安全性鉴定结论及建议

  5.1结论

  5.1.1现场检测结果

  根据对某中学教学楼圆形会议厅屋顶钢网壳结构的现场检测结果,得出如下结论:

  1)网壳结构支座平面布置与构件尺寸与原设计图基本相符,满足设计要求;

  2)网壳结构相邻支座间最大标高偏差为37.1mm,出现在9轴和1轴支座之间,大于国家现行标准《钢结构工程施工质量验收规范》(GB50205-2001)关于多点支承网壳相邻支座高差限值为L1/800=15000/800=18.75mm的规定(L1为相邻支座间距),超过《钢结构工程施工质量验收规范》要求;

  3)由测量结果可知,抽测节点竖向相对挠度最大值达到1/217,基本满足《空间网格结构技术规程》(JGJ7-2010)规定;

  4)网壳结构支座柱混凝土强度推定值为38.4MPa,由于混凝土龄期已超出测强曲线的时间限定,故检测结果仅供参考;

  5)部分上、下弦杆件相对挠曲超过《钢结构工程施工质量验收规范》(GB 50205-2001)中第12.3.1条中关于杆件相对挠曲的限值1.0‰,不满足规范要求;6)部分附属构件通过抱箍方式连接于网壳构件跨中,应及时予以拆除;

  7)钢网壳结构的螺栓球节点连接基本完好;

  8)网壳结构支座节点采用传统螺栓球与杆件连接方式连接,不能传递支座水平剪力及弯矩,构造设计不合理。

  9)构件防腐涂层基本完好;防火涂层已严重老化,且存在剥离现象,使得结构防火性能存在安全隐患。

  10)钢网架结构各类焊缝连接基本完好,无超标缺陷;焊缝尺寸符合设计要求。

  5.1.2结构鉴定验算结果

  根据现场实测数据,对某中学教学楼圆形会议厅屋顶钢网壳结构验算结果表明:

  1)整体结构在恒荷载和活荷载标准组合作用的挠度满足规范要求;

  2)静力荷载作用下,构件承载力校核验算结果表明,网壳结构承载力满足规范要求;

  3)吊顶天花安装前,结构在原荷载作用下,支座处存在较大水平反力,而支座节点螺栓球与锥头间螺栓连接不能传递水平力;锥头与底板间角焊缝连接承载力不足,过渡板与预埋板间角焊缝连接安全;吊顶天花安装后,结构在新增荷载后,支座处仍存在较大水平反力,而支座节点螺栓球与锥头间螺栓连接不能传递水平力;且锥头与底板间角焊缝承载力不足,过渡板与预埋板间角焊缝承载力不足,支座节点承载力不足。

  4)地震作用下,构件承载力校核验算结果表明,网壳结构承载力满足规范要求。

       5.2建议

  根据结构现场检测及验算结果,宜采取以下结构修复和加固措施:

  1)加固或改造网壳结构支座节点,保证支座节点水平剪力和弯矩的有效传递;

  2)及时拆除通过抱箍方式与网壳构件连接的附属构件;

  3)对网壳结构所有构件及节点重新涂刷防火层。

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