空间桁架屋盖厂房的抗震鉴定

2022-04-13陈乐

广东建材 2022年3期

关键词：桁架屋面抗震

陈乐

（广东省建筑材料研究院有限公司）

0 引言

空间桁架屋盖结构通常为倒三角形截面，与平面桁架结构相比，它能够具有更大的跨度，且三角形桁架稳定性好，扭转刚度大且外表美观，在现实生活中得到了广泛的应用。

本文结合一个空间桁架屋盖厂房鉴定的工程实例，探讨其是否满足现行规范的要求。

1 工程概况

本工程为两层钢筋混凝土结构和弧顶空间桁架屋面，房屋建造于2000 年初，厂房用途，平面类型是矩形，结构高度9.30m，结构平面尺寸35m×84m，基本风压0.5kN/m2，地面粗糙度B 类，设防分类标准丙类，设计地震分组第一组，抗震鉴定分类C 类，抗震设防烈度为7度，场地类别II 类，抗震等级为三级，抗震措施设防烈度7 度，特征周期0.35s，设计基本地震加速度0.10g。委托单位未能提供原设计结构施工图和原设计结构计算书。

2 检查和检测情况

2.1 结构体系检查及使用情况调查

由于委托方未能提供该建筑的原始结构图纸，现场对该建筑实际结构进行检测，结果表明该建筑两层混合结构，首层为混凝土框架，二层为混凝土柱与弧顶倒三角形空桁架混合，平面尺寸为35m×84m，平面布置规整，东西方向中部设置了分隔缝将该建筑划分成两个结构单元，该建筑混凝土结构首层层高为5.00m，二层混凝土柱顶高度为4.3m。

从结构体系角度，现场检查发现问题如下：

⑴屋面纵向支撑由设置于跨中1/3 处的两榀通长平面钢桁架组成，但空间桁架端部未设置纵向支撑，空间桁架端部纵向支撑事实上由混凝土柱头伸出的纵筋围箍及外墙烧结砖提供。

⑵房屋二层山墙处未设置空间钢桁架，而将屋面檩条搭于山墙顶，现场对山墙钢筋进行钢筋扫描的结果表明，二层9.3m 圈梁以上墙体均未设置圈梁，山墙砖墙悬臂最大高度达3.9m，该部分砖墙无平面外稳定保证措施。

⑶屋面C 型檩条跨度7m，仅在檩条跨中设置一道拉条，不满足《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》（GB 51022-2015）[1]第9.3.1 条规定的：“当檩条跨度大于6m时，宜在檩条跨度三分点处各设一道拉条或撑杆”的要求，同时也未设置构造措施保证檩条下翼缘在风吸力工况下的稳定性。

2.2 主体结构变形测量

现场选取该建筑部分柱位进行侧向位移测量。测点一：观测高度9.2m，测点位移2.2mm，倾斜比值1/4182；测点二：观测高度8.6m，测点位移6.4mm，倾斜比值1/1343；测点三：观测高度8.0m，测点位移2.5mm，倾斜比值1/3200。测量结果表明所抽测的混凝土结构柱位侧向最大倾斜率为1/1343，均未超过《工业建筑可靠性鉴定标准》（GB50144-2019）[2]第7.3.9 条关于多层厂房上部承重结构的使用性等级按结构水平位移影响评定时的A 级界限（≤H/500）。

2.3 混凝土构件钢筋配置检测

现场随机抽取40 根混凝土构件，采用和混凝土钢筋探测仪（HC-GY71）进行钢筋扫描，同时，随机抽取10个混凝土构件，采用局部凿开的方法，用游标卡尺实测钢筋的直径。根据现场检测情况，框架柱的b 面和h 面各有3 根钢筋，钢筋为直径20 的二级钢，箍筋为直径8的一级钢；框架梁截面250×600 的梁底钢筋有4 根，钢筋为直径25 的二级钢，框架梁截面250×600 的梁底钢筋有4 根，钢筋为直径18 的二级钢。

2.4 混凝土构件强度检测

本工程采用钻芯法对结构构件的混凝土抗压强度进行检测，所抽检的14 个芯样中，框架柱混凝土抗压强度值介于27.6～42.1MPa，框架梁混凝土抗压强度值介于17.6～48.9MPa，其中一个芯样抗压强度小于《混凝土结构设计规范》（GB 50010-2010）[3]第4.1.2 条钢筋混凝土结构的最小混凝土强度等级C20 的要求，混凝土强度检测结果较为离散，不满足推定条件。

2.5 钢构件及节点连接构造检查

根据现场实际检测条件，对现场钢构件及节点连接构造检查情况如下：

⑴该建筑二层屋面为空间倒三角桁架，上下弦杆截面尺寸为Φ88×3，腹杆截面尺寸均为Φ48×3，桁架底部设置拉索，拉索采用直径20mm 带肋钢筋。

⑵桁架节点采用圆支管端部压扁与主管焊接的形式，现场检查，焊缝未见明显的裂纹等缺陷。

2.6 钢材品种检测

按照《钢结构现场检测技术标准》（GB/T 50621-2010）[4]第11 章推荐方法，在同一个屋盖的钢材选取了3 个不同部位进行取样，每个部位的试样重量不少于5g。根据检验报告的结果，C 的含量为0.062%，Si的含量为0.063%，Mn 的含量为0.206%，P 的含量为0.010%，S 的含量为0.004%，各类元素的含量均满足Q235B 的要求。

3 结构计算

根据现行国家的设计规范，下部的混凝土部分采用PKPM 系列软件进行验算，上部空间桁架屋盖采用3D3S进行验算，计算模型如图1、图2。

图1 计算模型（一）

图2 计算模型（二）

3.1 参数取值

楼面附加恒载1.5kN/m2；屋面附加恒载0.15kN/m2，楼面活荷载：3.0kN/m2、屋面活荷载：0.3kN/m2（不上人）；恒荷载分项系数：1.2；活荷载分项系数：1.4，梁端弯矩调幅系数：0.85。混凝土强度等级：首层柱C25，二层柱及以上C25，二层梁及以上C25。钢材采用Q235。构件截面尺寸按实测值。

3.2 地基基础

根据《建筑抗震鉴定标准》（GB 50023-2009）[5]第4.2.2 条规定，7 度时地基基础现状无严重静载缺陷的乙类、丙类建筑，可不进行地基基础的抗震鉴定。经现场检查，上部结构构件无不均匀沉降裂缝和明显的倾斜现象，故被检测房屋基础现状可评为无严重静载缺陷的丙类房屋，符合上述条件，故可不进行地基基础的抗震鉴定。

3.3 抗震措施鉴定

根据《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2010）[6]，按多层钢筋混凝土房屋逐条核查抗震措施，核查结果表明：受检房屋的结构抗震构造措施满足该规范的要求。

3.4 抗震承载力验算

根据《建筑抗震鉴定标准》（GB 50023-2009）[5]第1.0.4～1.0.5 条，现有C 类建筑，应按现行国家标准《建筑抗震设计规范》（GB 50011）[6]的要求进行抗震鉴定，按本标准第3.0.5 条的规定进行构件承载力验算。

本次根据现场检测结果对该建筑结构的承载力进行验算分析，其中屋面倒三角空间桁架采用3D3S 结构计算软件单独验算；其余混凝土结构部分采用中国建筑科学研究院结构研究所PKPM 系列SATWE 模块验算。由于委托方未能提供该项目的图纸资料，无法确定拉索的设计张拉力，为确保屋顶桁架安全，本次验算屋顶三角桁架承载力时，拉索按零初应力考虑，但该假定会造成二层柱顶水平推力过大，无法通过验算。基于现场检测发现二层混凝土柱并未出现明显的水平位移，也未出现因水平推力而导致的柱子开裂或其余变形，可认为二层混凝土柱目前处于正常工作状态，本次不对其进行承载力验算。

3.5 结构承载力验算结果

⑴根据屋面弧顶空间三角桁架长细比验算结果，该建筑空间下弦杆侧向稳定仅靠两榀纵向桁架，导致计算长度过大（约12m)，造成下弦杆侧向长细比达399.1，大于《钢结构设计标准》（GB 50017-2017）第7.4.6 条受压杆长细比150 限值的要求，同时也大于受拉杆长细比350 的限值要求；侧向长细比超限导致下弦杆部分节间杆件侧向稳定应力比超限。

⑵根据框架梁柱承载力验算结果，首层混凝土梁柱所抽检的配筋均满足承载力验算要求。