馬俊朋，李向宇，劉落落

（1.河北省建筑工程質(zhì)量檢測中心有限公司，河北 石家莊 050021；2.河北省既有建筑綜合改造工程技術(shù)研究中心，河北 石家莊 050021；3.快樂沃克人力資源股份有限公司，河北 石家莊 050021）

0 引言

隨著我國環(huán)保要求的不斷提高，大跨度網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用于大空間儲料庫、儲煤庫等建筑，該類網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)具有跨度大、高度大、地面存在大面積堆載等特點。當(dāng)堆載地基未有效處理或超載嚴(yán)重時，可造成網(wǎng)殼支座移位，對網(wǎng)殼的正常使用產(chǎn)生較大影響。文章結(jié)合工程實例，對受嚴(yán)重支座位移影響的大跨度柱面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)進(jìn)行了檢測鑒定，為以后類似結(jié)構(gòu)的鑒定提供參考。

1 工程概況

該網(wǎng)殼為規(guī)整柱網(wǎng)兩跨對稱柱面網(wǎng)殼，平面形狀呈矩形，長約 220 m，設(shè)置 26 排支座柱，標(biāo)準(zhǔn)柱距 5 m，單跨跨度 92.25 m，矢高 32.5 m，跨中厚度約 3.0 m，其南跨地面因堆載產(chǎn)生了較大下沉變形。網(wǎng)殼剖面及地面下沉示意圖如圖 1 所示。

圖1 剖面及地面下沉示意圖（單位：mm）

2 現(xiàn)場檢測及結(jié)果分析

2.1 建筑及結(jié)構(gòu)復(fù)核

現(xiàn)場對柱距、網(wǎng)殼厚度、球節(jié)點布置、上下弦桿及腹桿布置情況進(jìn)行詳細(xì)復(fù)核，結(jié)果表明網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)構(gòu)件布置與原設(shè)計吻合，網(wǎng)殼網(wǎng)格體系采用正方四角錐形式，桿件為鋼管，節(jié)點主要采用螺栓球節(jié)點。

按比例抽取適當(dāng)數(shù)量的球節(jié)點和桿件，采用游標(biāo)卡尺和超聲波測厚儀復(fù)核其直徑和壁厚，螺栓球、鋼管的截面尺寸符合設(shè)計和相關(guān)規(guī)范允許偏差的要求。

2.2 網(wǎng)殼構(gòu)件損傷檢測

現(xiàn)場檢測發(fā)現(xiàn)，網(wǎng)殼南跨 22 軸東西兩側(cè)附近區(qū)域部分下弦球節(jié)點處桿件錐頭底板與套筒間接縫和螺栓球與套筒間接縫存在脫開現(xiàn)象，脫開最大位置位于 22 軸，縫寬 3 mm，20 軸～22 軸以外區(qū)域脫開程度呈逐漸降低趨勢，表現(xiàn)為接縫位置的輕微松動（接縫寬度＜ 1 mm），下弦球接縫脫開區(qū)域分布如圖 2 所示，下弦球節(jié)點接縫脫開狀態(tài)如圖 3 所示；網(wǎng)殼上弦球節(jié)點僅個別位置桿件錐頭底板與套筒間接縫和螺栓球與套筒間接縫存在輕微松動；其他區(qū)域桿件和球節(jié)點未見明顯變形、松動和損傷。

網(wǎng)殼 12×C 軸～24×C 軸混凝土支座柱頂部存在混凝土開裂現(xiàn)象，裂縫位于埋板東西兩端區(qū)域，開裂狀態(tài)如圖 4 所示，裂縫位置示意圖如圖 5、6 所示。

圖2 下弦球節(jié)點接縫脫開明顯區(qū)域平面分布圖（單位：mm）（僅示意下弦桿件）

圖3 下弦球節(jié)點桿件錐頭底板與套筒間接縫脫開

圖4 支座柱頂部裂縫

圖5 支座柱頂部側(cè)視圖（單位：mm）

圖6 柱頂裂縫分布示意圖（支座柱頂俯視圖）（單位：mm）

網(wǎng)殼焊接部位主要為錐頭封板與鋼管的等強(qiáng)連接對接焊縫，焊縫質(zhì)量要求為二級，現(xiàn)場按比例抽取適當(dāng)數(shù)量的錐頭封板與鋼管的等強(qiáng)連接對接焊縫，采用超聲波探傷儀檢測焊縫內(nèi)部質(zhì)量狀況。依據(jù) GB 50205-2001《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》表 5.2.4［1］規(guī)定，質(zhì)量等級為二級的焊縫內(nèi)部缺陷評定等級不得低于Ⅲ 級，網(wǎng)殼所抽取的焊縫內(nèi)部質(zhì)量超聲探傷檢測結(jié)果均滿足 GB 50205-2001《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》的規(guī)定。

2.3 支座節(jié)點位移檢測

采用三維掃描儀對網(wǎng)殼南跨的支座節(jié)點坐標(biāo)進(jìn)行掃描，確定網(wǎng)殼支座球節(jié)點相對的水平和豎向位置。網(wǎng)殼 C 軸支座球節(jié)點豎向標(biāo)高最大值與最小值間差值為42 mm，C 軸各支座節(jié)點相對標(biāo)高示例如表 1 所示；D 軸支座球節(jié)點豎向標(biāo)高最大值與最小值間差值為 54 mm，D 軸各支座節(jié)點相對標(biāo)高如表 2 所示。

表1 C 軸各支座節(jié)點相對標(biāo)高

表2 D 軸各支座節(jié)點相對標(biāo)高

通過對表 1、表 2 的分析，可知網(wǎng)殼支座球節(jié)點相對標(biāo)高差值較小，地面堆載未使網(wǎng)殼支座柱產(chǎn)生較大的不均勻豎向位移。

采用網(wǎng)殼支座節(jié)點坐標(biāo)的三維掃描，確定網(wǎng)殼支座節(jié)點位移現(xiàn)狀，C 軸、D 軸各支座節(jié)點相對于原設(shè)計位置水平位移量如圖 7、圖 8 所示。

圖7 C 軸各支座節(jié)點相對于原設(shè)計位置水平位移量

圖8 D 軸各支座節(jié)點相對于原設(shè)計位置水平位移量

通過分析網(wǎng)殼 C 軸、D 軸各支座節(jié)點相對于原設(shè)計位置水平位移量可知。

1）地面堆載對網(wǎng)殼 C 軸支座柱造成了嚴(yán)重的不利影響，支座節(jié)點產(chǎn)生了嚴(yán)重的水平向外位移，因地面堆載量的不同，各節(jié)點位移量不同，C 軸支座球節(jié)點相對于原設(shè)計位置最大水平位移點位于 21×C 軸，為 670 mm。

2）地面堆載對網(wǎng)殼 D 軸支座柱未造成太大的不利影響，考慮因 D 軸為中柱且北跨網(wǎng)殼內(nèi)地面存在有利堆載造成；D 軸支座球節(jié)點相對于原設(shè)計位置最大水平位移點位于 25×D 軸，為 83 mm。

2.4 網(wǎng)殼整體變形檢測

采用三維掃描儀對網(wǎng)殼南跨各節(jié)點球的坐標(biāo)進(jìn)行掃描，確定網(wǎng)殼南跨各軸的撓曲線狀態(tài)，通過與網(wǎng)殼原設(shè)計拱曲線相比較，發(fā)現(xiàn)網(wǎng)殼部分軸跨中發(fā)生了較大下?lián)?，網(wǎng)殼拱曲線變形狀態(tài)示意如圖 9 所示，部分下?lián)陷^大軸線的下?lián)现等绫?3 所示。

圖9 26 軸網(wǎng)殼下弦拱曲線變形狀態(tài)圖（南跨）

表3 部分下?lián)陷^大軸線的下?lián)现?/p>

依據(jù) JGJ 7-2010《空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》［2］規(guī)定，雙層網(wǎng)殼在恒荷載與活荷載標(biāo)準(zhǔn)值作用下的最大撓度值不宜超過結(jié)構(gòu)跨度的 1/250，該網(wǎng)殼南跨跨度為 92 250 mm，容許撓度值為 369 mm，通過表 3 數(shù)據(jù)可知，網(wǎng)殼南跨的局部區(qū)域僅在恒荷載下?lián)隙戎狄?＞369 mm，超出了規(guī)范的限值要求。

3 網(wǎng)殼承載能力計算分析

依據(jù)現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)和原設(shè)計圖紙等資料，采用midas Gen 建立空間力學(xué)計算模型。

模型按現(xiàn)行荷載規(guī)范施加恒荷載、風(fēng)雪荷載、溫度荷載及地震等作用，對 C 軸、D 軸支座施加強(qiáng)制水平位移（位移值為現(xiàn)場檢測所得支座實際水平位移，如圖 7、8 所示，網(wǎng)殼最不利工況下變形如圖 10、11 所示，桿件應(yīng)力分布如圖 12 所示。

通過對計算結(jié)果的分析可知：網(wǎng)殼考慮現(xiàn)有支座水平位移，最不利工況下，南跨局部區(qū)域?qū)a(chǎn)生 ＞600 mm 的下?lián)献冃危^ JGJ 7-2010《空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》規(guī)定的 369 mm 撓度限值；南跨部分桿件應(yīng)力值將＞310 N/mm2，并主要分布于跨中；支座水平位移較大區(qū)域，網(wǎng)架撓度及桿件應(yīng)力比也相對較大。

圖10 網(wǎng)殼考慮強(qiáng)制支座位移整體變形圖

圖11 網(wǎng)殼考慮強(qiáng)制支座位移典型軸變形曲線

圖12 網(wǎng)殼考慮強(qiáng)制支座位移典型軸桿件應(yīng)力圖

4 結(jié)論

通過對網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)現(xiàn)場調(diào)查檢測和承載能力分析可知，網(wǎng)殼 C 軸支座產(chǎn)生了較大的水平向外位移，其中21×C 軸位移值最大，南跨局部區(qū)域現(xiàn)有撓度值超過了 JGJ 7-2010《空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》規(guī)定的撓度限值，考慮現(xiàn)有支座水平位移，最不利工況下，網(wǎng)殼南跨部分桿件計算應(yīng)力值將＞310 N/mm2。

目前既有大跨度網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)存量巨大，網(wǎng)架在使用過程中受多種外界因素影響，難免出現(xiàn)過大變形和損傷，對已建成的網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測鑒定是排除安全隱患的重要手段和方法，本文概括了大跨度柱面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)檢測鑒定要點，可為以后類似結(jié)構(gòu)檢測鑒定工作的開展提供參考和幫助。