論當(dāng)今霧霾現(xiàn)狀及建議

代長(zhǎng)俠++楊江++陳光升++李然

[摘 要]廠房?jī)?nèi)大面積地面堆載下，廠房地面各區(qū)域發(fā)現(xiàn)有不同程度的沉降，鋼梁和屋面板局部下?lián)?，鋼柱傾斜。為了確保結(jié)構(gòu)安全，對(duì)地面進(jìn)行加固處理；處理后發(fā)現(xiàn)柱傾斜加劇。為了確保結(jié)構(gòu)的安全，結(jié)合工程實(shí)例分析廠房加固前和加固后損傷原因，并評(píng)價(jià)廠房現(xiàn)有狀態(tài)的可靠性。

[關(guān)鍵詞]大面積堆載 不均勻沉降 傾斜 加固 可靠性鑒定

中圖分類號(hào)：V412.41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）11-0395-02

引言

浙江省紹興市一廠房為單層門式鋼架結(jié)構(gòu)建筑，主體地基采用Φ500mm預(yù)應(yīng)力管樁，樁長(zhǎng)約45～50米，樁尖持力層選在強(qiáng)風(fēng)化巖層。地面地基采用Φ550mm水泥攪拌樁處理，樁長(zhǎng)12米。投產(chǎn)后，廠房地面各區(qū)域均發(fā)現(xiàn)有不同程度的沉降，最嚴(yán)重區(qū)域最大沉降45cm左右；并發(fā)現(xiàn)部分鋼構(gòu)件產(chǎn)生變形，其中屋面鋼梁和屋面板局部下?lián)?。后期采用靜壓錨桿方樁加固和預(yù)應(yīng)力管樁加固。

本文針對(duì)上述存在的問題，對(duì)產(chǎn)生現(xiàn)狀的原因進(jìn)行分析并按《工業(yè)建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》GB50144-2008評(píng)估其是否還能安全使用。

1 工程背景

1.1 建筑結(jié)構(gòu)概況

廠房采用單層五跨輕鋼結(jié)構(gòu)，平面呈現(xiàn)矩形，跨度均為25mm，柱距8m，軸網(wǎng)尺寸為176m×82m，建筑面積為約23600 m2，參見圖1。鋼柱柱腳標(biāo)高為±0.00，A、F軸柱頂標(biāo)高9.50m，B、E軸柱頂標(biāo)高9.70m，C、D軸柱頂標(biāo)高10.90m。鋼柱采用H480×220×5×10、H326×260×5×12和H330×250×5×10焊接H型鋼。鋼柱、梁采用Q345鋼，其余構(gòu)件采用Q235鋼。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)堆載物品、單位重量以及占地面積等對(duì)地坪堆載情況對(duì)地坪堆載情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，地面堆載為0.9KPa～23.4KPa，參見圖1。

1.2 工程地質(zhì)概況

廠房場(chǎng)地土類型屬軟弱場(chǎng)地土，所在場(chǎng)地屬于Ⅲ類場(chǎng)地，地基土自地表往下各土層的厚度及主要物理力學(xué)性能詳見表1。

2 現(xiàn)場(chǎng)勘驗(yàn)檢測(cè)情況

2.1 地面、柱頂及屋脊標(biāo)高測(cè)量

現(xiàn)場(chǎng)采用水準(zhǔn)儀對(duì)廠房地面進(jìn)行標(biāo)高測(cè)量，共設(shè)置沉降點(diǎn)85個(gè)。測(cè)量結(jié)果表明廠房加固后地面跨中標(biāo)高與邊柱標(biāo)高高差平均值約46mm?，F(xiàn)場(chǎng)采用全站儀對(duì)廠房各軸線柱頂及局部屋脊相對(duì)標(biāo)高進(jìn)行測(cè)量，相對(duì)高差、測(cè)點(diǎn)布置和測(cè)量結(jié)果見圖2、3。測(cè)量結(jié)果表明：軸相鄰柱沉降差基本滿足規(guī)范要求。12軸、13軸屋脊出現(xiàn)永久變形，變形量分別為157mm、184mm。

2.2 鋼構(gòu)件變形檢測(cè)

采用全站儀對(duì)鋼立柱進(jìn)行傾斜檢測(cè)，共計(jì)測(cè)點(diǎn)78個(gè)，5個(gè)測(cè)點(diǎn)滿足規(guī)范C級(jí)側(cè)向位移限值>H/700要求。各觀測(cè)點(diǎn)水平位移情況計(jì)算結(jié)果詳見圖1。

采用全站儀對(duì)部分屋架梁跨中撓度進(jìn)行檢測(cè)， 8處屋架梁構(gòu)件跨中撓度超出規(guī)范限值（≤L/400）要求；其中3/A-B跨中撓度79.2mm， 4/A-B跨中撓度82.4mm， /E-F跨中撓度69.5mm， 8/C-（1/C）跨中撓度59.4mm， 13/A-B跨中撓度77.2mm， 14/A-B跨中撓度74.9mm， 18/A-B跨中撓度71.6mm， 20/C-（1/C）跨中撓度39.6mm。

3 結(jié)構(gòu)驗(yàn)算

3.1 剛架結(jié)構(gòu)承載力驗(yàn)算

對(duì)廠房21榀剛架進(jìn)行計(jì)算（以20～22軸為例），當(dāng)結(jié)構(gòu)水平位移過大達(dá)到C級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的嚴(yán)重情況時(shí)，考慮水平位移引起附加內(nèi)力對(duì)結(jié)構(gòu)承載力的影響。采用中國建筑科學(xué)研究院結(jié)構(gòu)研究所PKPM系列的STS計(jì)算軟件建模，按圖1將各柱柱頂增加結(jié)構(gòu)水平位移計(jì)算。柱腳采用地腳螺栓連接，建模時(shí)假定為鉸接，其它部位為剛接。計(jì)算時(shí)，梁柱軸線尺寸、截面尺寸、材料強(qiáng)度均取設(shè)計(jì)值。？屋面恒載標(biāo)準(zhǔn)值：？0.20？kN/m2？，屋面活載標(biāo)準(zhǔn)值：0.50？kN/m2？。計(jì)算結(jié)果表明：21/A-B、21/E-F屋架梁最大應(yīng)力比為1.01，22/A-B、22/E-F屋架梁最大應(yīng)力比為1.02，不滿足現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范要求；其余鋼構(gòu)件最大應(yīng)力比≤1，滿足現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范要求。

3.2 水泥攪拌樁復(fù)合地基承載力及變形計(jì)算

根據(jù)廠房的堆載和地基處理情況對(duì)水泥攪拌樁復(fù)合地基下臥層承載力及變形進(jìn)行計(jì)算。選取地面堆載20.6KPa，尺寸8m×24m，水泥攪拌樁樁長(zhǎng)12m，矩形布樁，Φ550@2000。采用分層疊加法和角點(diǎn)法計(jì)算，計(jì)算結(jié)果表明，復(fù)合地基下臥層承載力滿足規(guī)范要求；攪拌樁復(fù)合土層矩形基礎(chǔ)中心點(diǎn)的平均壓縮變形S1= 155mm，S2=229mm，S= 384mm。

4 原因分析

4.1 地面沉降分析

該廠房地基采用12mφ550m水泥攪拌樁處理，位于淤泥層中部，攪拌樁處理范圍以下仍有約20m軟弱下臥層。在大面積地面荷載的作用下，下臥軟弱層將會(huì)發(fā)生長(zhǎng)期而緩慢的次固結(jié)沉降和壓縮變形。廠房水泥攪拌樁復(fù)合地基變形理論計(jì)算表明該復(fù)合地基最終沉降量約為38cm，考慮施工誤差與實(shí)際最大沉降量45cm基本吻合。加固改造前的地面沉降主要原因是設(shè)計(jì)對(duì)豎向承載攪拌樁復(fù)合地基的變形未提出有效的處理措施。

4.2 柱和梁變形分析

對(duì)于樁基礎(chǔ)，大面積地面荷載一方面會(huì)在樁身產(chǎn)生負(fù)摩擦阻力，增加樁的豎向荷載并產(chǎn)生不均勻沉降，另一方面土體發(fā)生水平側(cè)移，使樁撓曲、水平變形，產(chǎn)生彎矩，從而使上部結(jié)構(gòu)柱傾斜等損傷。

加固施工采用大量的擠土類型樁，由于大量樁體積的壓入，破壞了土體的相對(duì)平衡狀態(tài)，在不排水條件下樁必須向外擠開與自身體積相等的土體體積。這就造成樁周土體中產(chǎn)生很大的應(yīng)力增量。擠土類樁在沉樁過程中，由于樁自身的體積“占用”了土體原有的空間，使樁周的土體向四周排開，加劇柱上部結(jié)構(gòu)柱傾斜等損傷。

柱傾斜導(dǎo)致梁柱節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生一定的附加彎矩，導(dǎo)致相關(guān)梁荷載增加，構(gòu)件變形增加。根據(jù)剛架結(jié)構(gòu)承載力驗(yàn)算可知，邊跨鋼構(gòu)件應(yīng)力比增加明顯。

5 綜合鑒定評(píng)級(jí)

結(jié)合《工業(yè)建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》GB50144-2008及其他相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范對(duì)該廠房主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行如下分析及評(píng)定：

5.1 構(gòu)件的鑒定評(píng)級(jí)

（1）構(gòu)件安全性等級(jí)：2～5單元a級(jí)構(gòu)件16個(gè)，b級(jí)構(gòu)件1個(gè)，占比分別為0.94和0.06；6、7、10、11、16、17、20～22單元a級(jí)構(gòu)件13個(gè)，b級(jí)構(gòu)件1個(gè)，占比分別為0.93和0.07；8、9單元a級(jí)構(gòu)件18個(gè)，占比分別為1.00；12～15單元a級(jí)構(gòu)件15個(gè)，占比分別為1.00；18、19單元a級(jí)構(gòu)件14個(gè)，占比分別為1.00。

（2）構(gòu)件使用性等級(jí)：屋架梁共8處跨中撓度變形超過相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范要求，尚不明顯影響正常使用；按變形項(xiàng)目評(píng)定其為b級(jí)，其余鋼屋架梁為a級(jí)。12、13軸屋脊由于地面下沉造成屋架永久性變形，尚不明顯影響正常使用；按偏差項(xiàng)目評(píng)定其為b級(jí)，其余鋼構(gòu)件為a級(jí)。鋼構(gòu)件表面防腐層完好，未發(fā)現(xiàn)鋼構(gòu)件嚴(yán)重腐蝕致使截面削弱材料性能降低的現(xiàn)象；按腐蝕和防腐項(xiàng)目評(píng)定其為a級(jí)。

5.2 結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的鑒定評(píng)級(jí)

（1）地基基礎(chǔ)：相鄰柱沉降差基本滿足規(guī)范要求；加固后地面跨中與邊柱高差平均值約46mm，沉降速率約為0.024mm/d小于0.04mm/d的限值要求。綜合評(píng)定地基基礎(chǔ)安全性及使用性等級(jí)均為B級(jí)。

（2）上部承重結(jié)構(gòu)

結(jié)構(gòu)布置合理，形成完整的體系；考慮到部分鋼柱平面內(nèi)、外水平位移超限，雖然承載力驗(yàn)算滿足規(guī)范要求，但對(duì)結(jié)構(gòu)整體性存在影響；評(píng)定該結(jié)構(gòu)整體性為B級(jí)。b級(jí)構(gòu)件16個(gè)，未出現(xiàn)c、d級(jí)構(gòu)件，各計(jì)算單元b級(jí)構(gòu)件含量不多于30%，承載功能符合規(guī)范A級(jí)要求。根據(jù)其所含構(gòu)件使用性等級(jí)的百分比確定，b級(jí)構(gòu)件15個(gè)，未出現(xiàn)c級(jí)構(gòu)件，使用狀況符合A級(jí)要求。上部結(jié)構(gòu)水平位移使用性等級(jí)參照結(jié)構(gòu)的承載功能等級(jí)評(píng)定其使用性等級(jí)為B級(jí)。綜合評(píng)定上部承重結(jié)構(gòu)安全性等級(jí)及使用性等級(jí)為B級(jí)。

（3）圍護(hù)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)：屋面構(gòu)造及排水設(shè)施完好，外墻及面層外觀局部脫落變形，尚不影響使用功能，門窗外觀完好，地下防水基本完好。綜合評(píng)定圍護(hù)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)安全性及使用性等級(jí)均為B級(jí)。

6 結(jié)論

綜上所述，目前廠房工程可靠性等級(jí)評(píng)定為二級(jí)；地面沉降是由于設(shè)計(jì)對(duì)豎向承載攪拌樁復(fù)合地基的變形未提出有效的處理措施；柱和梁變形主要是地面加固改造前大面積地面堆載和加固改造過程擠土樁施工所致。

參考文獻(xiàn)

（1）張偉平，顧祥林，陳濤 大面積地面堆載下廠房結(jié)構(gòu)安全性的評(píng)估 上海：同濟(jì)大學(xué)，2007.