張?jiān)数? 柳小光 汪東林

【摘? ? 要】：某網(wǎng)架結(jié)構(gòu)廠(chǎng)房投入使用后，由于各料倉(cāng)堆載及基礎(chǔ)持力層粉質(zhì)黏土厚度不均勻、地層中存在高壓縮性、弱透水性的淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，導(dǎo)致部分柱基產(chǎn)生了過(guò)大的豎向沉降。通過(guò)分析并及時(shí)采取相應(yīng)處治措施，使沉降較大的支座得到墊高處理、翹起的支座得到糾偏處理、變形較大的桿件得到加固處理，及時(shí)消除了網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的薄弱點(diǎn)隱患，阻止了網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的受力惡化。

【關(guān)鍵詞】：廠(chǎng)房； 網(wǎng)架; 堆載; 不均勻沉降

【中圖分類(lèi)號(hào)】：TU375【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】：C【文章編號(hào)】：1008-3197（2023）01-41-05

【DOI編碼】：10.3969/j.issn.1008-3197.2023.01.012

Study on Influence and Treatment Measures of Differential Settlement of Plant Spatial Grid Structure

ZHANG Yunlong1， LIU Xiaoguang1， WANG Donglin2

（1.Anhui Shui'an Construction Group Co. Ltd.， Hefei 230601， China；2. College of Civil Engineering， Anhui Jianzhu University，

Hefei 230601， China）

【Abstract】：After a grid structure workshop was put into use， due to the differential stacking of silos， the differential thickness of silty clay in the foundation bearing layer， and the existence of high compressibility and weak permeability of muddy silty clay in the stratum， excessive vertical settlement of some column foundations was caused. Through analysis and take timely corresponding treatment measures， the bearings with large settlement can be raised， the warped bearings can be corrected， and the bars with large deformation can be strengthened. The hidden danger of the differential part of the grid structure can be eliminated in time， and the stress deterioration of spatial grid structure can be prevented.

【Key words】：plant； grid； preloading； differential settlement

網(wǎng)架結(jié)構(gòu)具有自重輕、剛度及跨度大、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、工期短等優(yōu)點(diǎn)，在大跨度結(jié)構(gòu)，如廠(chǎng)房、體育館、影院、工業(yè)車(chē)間等工程中得到廣泛應(yīng)用[1～5]。

網(wǎng)架結(jié)構(gòu)桿件分為上弦桿、下弦桿與腹桿，數(shù)量眾多，屬于高次超靜定結(jié)構(gòu)，具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)特性。由于網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的柱網(wǎng)間距較大，相鄰柱基之間發(fā)生不均勻沉降時(shí)，誘發(fā)上部網(wǎng)架結(jié)構(gòu)不同部分桿件產(chǎn)生不同的附加內(nèi)力與變形；當(dāng)桿件附加內(nèi)力與變形過(guò)大時(shí)，必然對(duì)整個(gè)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與安全性產(chǎn)生影響。張運(yùn)田[6]探討了支座不均勻沉降對(duì)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響并提出了一些減小和防止支座不均勻沉降的具體措施。王小盾等[7]研究了老齡化升降網(wǎng)架結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的檢測(cè)和評(píng)估方法，分析了吊頂在升降過(guò)程中重要構(gòu)件的應(yīng)力變化。楊明飛等[8]以某既有網(wǎng)架為例，對(duì)其損害情況進(jìn)行客觀(guān)有效的結(jié)構(gòu)檢測(cè)評(píng)定，對(duì)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)作出了安全性鑒定。張亞民[9]通過(guò)不同支座力學(xué)模型假定，考察不同支座剛度對(duì)網(wǎng)架變形、桿件內(nèi)力及支座內(nèi)力的影響。

雖然大量學(xué)者[10～14]對(duì)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了深入研究，也發(fā)展出了適應(yīng)不均勻沉降的施工技術(shù)；但關(guān)于不均勻沉降對(duì)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的影響，尚存在受力機(jī)理不明確、影響幅度難以確定的問(wèn)題。為此，本文以某廠(chǎng)房網(wǎng)架結(jié)構(gòu)不均勻沉降為例，探討不均勻沉降的原因及處治措施，分析不均勻沉降對(duì)桿件內(nèi)力的影響，為同類(lèi)工程提供一定的參考。

1 工程概況

某廠(chǎng)房為輕鋼一層，頂部為網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)約107.4 m、寬約67.1 m，主要作為砂石骨料堆場(chǎng)大棚。廠(chǎng)房采用柱下獨(dú)立基礎(chǔ)，共26根柱子，邊柱尺寸為600 mm×600 mm，中柱尺寸600 mm×800 mm；鋼筋混凝土獨(dú)立基礎(chǔ)，基礎(chǔ)埋深約2.0 m，邊柱基礎(chǔ)尺寸為4.0 m×4.0 m，其余為3.6 m×3.6 m。見(jiàn)圖1。

屋蓋為四角錐網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，網(wǎng)架高度1.9～3.2 m，柱點(diǎn)支承，節(jié)點(diǎn)為螺栓球，由下部框架柱支承。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全等級(jí)為二級(jí)，屋面為單層0.5 mm厚820型平波板。鋼管采用Q235B碳素結(jié)構(gòu)鋼，鋼球采用45#優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，封板、錐頭、套筒均采用Q235B碳素結(jié)構(gòu)鋼。見(jiàn)表1和圖2。

2 網(wǎng)架變形及原因分析

廠(chǎng)房投入使用后，多個(gè)柱子發(fā)生下沉，誘發(fā)網(wǎng)架桿件產(chǎn)生一定變形；其中最大豎向沉降發(fā)生⑤軸交 [D]軸處，柱基標(biāo)高沉降為-0.484 m，該位置為料倉(cāng)填料區(qū)，填料高度約為3～4 m。見(jiàn)圖3和表4。

1） 廠(chǎng)房整體沉降呈中間大、四周小的特征。一般廠(chǎng)房建成后，受上部網(wǎng)架荷載的影響，中間柱子承受的荷載相對(duì)較大，故導(dǎo)致中部柱基產(chǎn)生的工后沉降相對(duì)較大。

2）廠(chǎng)房投入使用后，各料倉(cāng)堆載不均勻，中間料倉(cāng)堆載較大且物料使用進(jìn)度也各不相同，是導(dǎo)致廠(chǎng)房產(chǎn)生不均勻沉降的主要原因。

3）廠(chǎng)房柱子中間沉降大、兩邊沉降小，間接改變了連續(xù)梁超靜定結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)，導(dǎo)致中間部分柱子出現(xiàn)反力，現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)個(gè)別柱頂端網(wǎng)架已經(jīng)與柱端脫離。

4） ③淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土屬于高壓縮性土、弱透水性，在堆載作用下易產(chǎn)生彈性狀態(tài)下的瞬時(shí)沉降且主固結(jié)沉降進(jìn)展緩慢。廠(chǎng)房地面大部分堆載消除后，部分柱頂上升，正是土層在彈性狀態(tài)下卸載回彈引起的。

5）勘察發(fā)現(xiàn)②層粉質(zhì)黏土厚度不均勻，在場(chǎng)地東西側(cè)較厚，中間較薄且硬狀態(tài)不均勻，在勘探孔2#、5#、9#孔沿線(xiàn)該層土軟塑較多，其余可塑較多，整體呈現(xiàn)軟塑～可塑的不均勻狀態(tài)。把②層粉質(zhì)黏土作為柱下獨(dú)立基礎(chǔ)持力層，其厚度及軟硬程度的不均勻狀態(tài)也間接加劇了廠(chǎng)房的不均勻沉降。

3 網(wǎng)架桿件受力分析與處治措施

3.1 受力分析

根據(jù)廠(chǎng)房設(shè)計(jì)資料，建立三維有限元分析模型，考察各柱基不均勻沉降對(duì)上部網(wǎng)架結(jié)構(gòu)桿件內(nèi)力的影響。網(wǎng)架桿件采用梁?jiǎn)卧M(jìn)行模擬，混凝土柱采用線(xiàn)彈性材料進(jìn)行模擬。見(jiàn)表5和圖4。

有限元計(jì)算主要探討不均勻沉降對(duì)網(wǎng)架桿件的影響，計(jì)算步驟：初始應(yīng)力平衡；激活混凝土柱、獨(dú)立基礎(chǔ)與網(wǎng)架，位移清零；根據(jù)實(shí)際沉降情況，指定相應(yīng)混凝土柱發(fā)生一定數(shù)值的豎向沉降，考察網(wǎng)架內(nèi)力的變化。

通過(guò)有限元計(jì)算，可得到柱基發(fā)生沉降前后任意桿件的內(nèi)力數(shù)值及變化情況。由于桿件數(shù)量眾多，以某沉降較大的柱基為例，給出其周邊桿件的軸力與彎矩分布情況。見(jiàn)圖5。

對(duì)比柱基不均勻沉降前后網(wǎng)架桿件的內(nèi)力值，可得到桿件的內(nèi)力變化幅度。見(jiàn)表6和表7。

計(jì)算表明：內(nèi)力增幅較大的桿件往往位于沉降較大的柱基頂部附近。這與現(xiàn)場(chǎng)的觀(guān)察結(jié)果是一致的。

鋼材具有較大的抗壓（抗拉）屈服強(qiáng)度，能承擔(dān)較大的軸力，軸力承載力具有較大的安全儲(chǔ)備；故不均勻沉降雖然導(dǎo)致桿件軸力增加，但大多數(shù)桿件軸力荷載仍小于其抗拉（抗拉）承載力，現(xiàn)場(chǎng)也未見(jiàn)被拉壞（壓壞）的桿件。網(wǎng)架桿件屬于長(zhǎng)細(xì)結(jié)構(gòu)，抗彎承載力有限，故彎矩增加幅度對(duì)桿件影響較大，現(xiàn)場(chǎng)已發(fā)現(xiàn)部分桿件產(chǎn)生了明顯的彎曲變形。見(jiàn)圖6。

3.2 處治措施

1）對(duì)部分沉降較大的支座進(jìn)行頂升處理，具體做法：清理柱頭松散混凝土并調(diào)整網(wǎng)架支座，支座底部由直徑150 mm的鋼管支撐，采用M22長(zhǎng)絲螺桿穿過(guò)網(wǎng)架支座底板的螺栓孔，垂直焊接在原柱頭預(yù)埋件上，在支座板底預(yù)留一個(gè)螺帽，擰緊到支座板，在支座板上面留置2個(gè)螺帽，距離支座板面3～5 cm；柱頭支座范圍內(nèi)澆筑C30細(xì)石混凝土，混凝土澆筑范圍留出調(diào)整網(wǎng)架支座千斤頂?shù)奈恢眉安僮骺臻g，混凝土澆筑至支座底板下螺帽下口。見(jiàn)圖7。

2）個(gè)別網(wǎng)架桿件翹曲較大，應(yīng)進(jìn)行修補(bǔ)及外包槽鋼加固，外包槽鋼與螺栓球頂緊焊接。見(jiàn)圖8。

3）網(wǎng)架邊支座部分位置有翹起，可臨時(shí)采用優(yōu)質(zhì)木材楔形墊板塞緊，后期采用鋼質(zhì)楔形墊板塞緊，采用M22長(zhǎng)絲螺桿穿過(guò)網(wǎng)架支座底板的螺栓孔，垂直焊接在原柱頭預(yù)埋件上，在支座板底預(yù)留一個(gè)螺帽，擰緊到支座板，在支座板上面留置2個(gè)螺帽，距離支座板面3～5 cm；柱頭支座范圍內(nèi)澆筑C30細(xì)石混凝土。見(jiàn)圖9。

4）料倉(cāng)內(nèi)回填土壓實(shí)度不佳，而建筑地坪為200 mm后細(xì)石混凝土地面，為防止料倉(cāng)堆料過(guò)高傳遞多余荷載至獨(dú)立基礎(chǔ)，可將建筑地坪在獨(dú)立基礎(chǔ)位置切割開(kāi)來(lái)，降低料倉(cāng)堆載難以直接傳遞給獨(dú)立基礎(chǔ)，從而減小獨(dú)立基礎(chǔ)的沉降。

5）料倉(cāng)堆料高度控制在2.5～3.0 m之間，不應(yīng)超過(guò)3 m。料倉(cāng)應(yīng)隔倉(cāng)儲(chǔ)料、隔倉(cāng)清料，間隔交替使用，倉(cāng)庫(kù)的地面堆載應(yīng)相對(duì)均勻，避免集中堆載對(duì)各別柱基產(chǎn)生過(guò)大附加應(yīng)力。

4 結(jié)論

根據(jù)地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范有關(guān)規(guī)定，相鄰柱基的允許傾斜偏差為2/1 000柱距，反算得到本工程相鄰基礎(chǔ)允許沉降差為3.0 cm；而實(shí)際沉降差遠(yuǎn)大于該限值。由于相關(guān)措施處理得當(dāng)，使過(guò)大的沉降差并未對(duì)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)造成嚴(yán)重影響。

1）柱基的不均勻沉降發(fā)現(xiàn)及時(shí)，早期就介入病害處治，減小了影響。部分支座在柱基沉降達(dá)到最大值之前就已局部頂升處理，使網(wǎng)架支座的實(shí)際不均勻沉降差最終小于表4中的柱基沉降最大值。

2）采用了圖7-圖9的處治措施，將沉降較大的支座墊高處理、翹起的支座糾偏處理、變形較大的桿件加固處理，及時(shí)消除了網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的薄弱點(diǎn)隱患，阻止了網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的受力惡化。

3）本廠(chǎng)房是為周邊工程提供攪拌混凝土的攪拌站砂石骨料堆場(chǎng)大棚，在周邊工程竣工后將喪失使用功能，屬于臨時(shí)構(gòu)筑物。采用圖7-圖9的處治措施，綜合費(fèi)用較低，能確保廠(chǎng)房在壽命期內(nèi)安全使用，是一種務(wù)實(shí)的做法；如果廠(chǎng)房為永久性結(jié)構(gòu)，則需進(jìn)一步對(duì)地基進(jìn)行加固處理。加固處治后的廠(chǎng)房結(jié)構(gòu)能正常使用，所提處治方法為同類(lèi)工程提供了參考。

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收稿日期：2022-08-22

基金項(xiàng)目：2021年度安徽省住房城鄉(xiāng)建設(shè)科學(xué)技術(shù)計(jì)劃項(xiàng)目資助（2021-YF39）

作者簡(jiǎn)介：張?jiān)数垼?963 - ）， 男， 學(xué)士， 安徽亳州人， 高級(jí)工程師， 從事巖土工程勘察與設(shè)計(jì)工作。