某傾斜鋼結(jié)構(gòu)別墅的安全性鑒定

牛 寅，張 強(qiáng)，方力強(qiáng)

（國家建筑工程質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，北京 100013）

0 引 言

近年來鋼結(jié)構(gòu)裝配式住宅發(fā)展十分迅速，具有施工質(zhì)量高、施工工期短、抗震性能好等諸多優(yōu)點(diǎn)。但實(shí)際安裝生產(chǎn)過程中，由于施工隊(duì)伍裝配式建筑施工經(jīng)驗(yàn)少、水平參差不齊等原因，鋼結(jié)構(gòu)裝配式住宅常出現(xiàn)各種施工質(zhì)量問題。其中，鋼柱傾斜是鋼結(jié)構(gòu)施工中較難控制的一類常見問題，經(jīng)常需要對存在此類問題的房屋進(jìn)行安全性鑒定。本文通過對存在鋼柱傾斜的鋼結(jié)構(gòu)住宅進(jìn)行安全性鑒定實(shí)例，為技術(shù)人員進(jìn)行同類項(xiàng)目的鑒定提供參考。

1 工程概況

某鋼結(jié)構(gòu)別墅項(xiàng)目位于南京市，該樓主體結(jié)構(gòu)為地上 2 層的鋼筋混凝土剪力墻與鋼框架混合承重結(jié)構(gòu)，建筑面積約 400 m2，該樓東西長 30.1 m，南北寬 9.4 m，1 層層高為 3.6 m，2 層層高為 3.3 m，除電梯井及樓梯間采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土剪力墻外，其余部分均采用鋼框架結(jié)構(gòu)，該別墅的結(jié)構(gòu)平面布置如圖1所示。主體結(jié)構(gòu)施工完畢后，發(fā)現(xiàn)該樓部分鋼柱垂直度超過 GB 50205－2001《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》［1］中H/1000 的要求，傾斜最嚴(yán)重的鋼柱傾斜率為 H/326，為確保結(jié)構(gòu)安全，建設(shè)單位委托檢測單位對該樓進(jìn)行了檢測鑒定。

2 施工質(zhì)量檢測

圖1 結(jié)構(gòu)平面布置圖（單位：mm）

對該樓主體結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量進(jìn)行抽樣檢測，主要檢測項(xiàng)目包含：混凝土構(gòu)件截面尺寸、混凝土強(qiáng)度、鋼筋配置；鋼構(gòu)件截面尺寸、材料強(qiáng)度、鋼梁撓度。除抽樣檢測項(xiàng)目外，還對該樓鋼柱垂直度進(jìn)行了全數(shù)檢測。經(jīng)檢測，該樓除鋼柱垂直度不滿足 GB 50205－2001《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》的要求（H/1 000 且≤ 10.0 mm）外，其余檢測項(xiàng)目均滿足設(shè)計(jì)及相關(guān)規(guī)范要求。

所測 32 根鋼柱的垂直度為 0～H/326，其中有 21 根鋼柱垂直度滿足 GB 50205－2001《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》的要求，有 11 根鋼柱垂直度超出 GB 50205－2001《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》的要求。檢測發(fā)現(xiàn)，該樓鋼柱無明顯向一側(cè)傾斜的趨勢，鋼柱傾斜主要由施工質(zhì)量較差引起，可以排除因基礎(chǔ)不均勻沉降引起鋼柱的傾斜。

依據(jù) GB 50292－2015《民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》［2］的要求，鋼結(jié)構(gòu)框架不適于繼續(xù)承載的層間位移限值為 H/150，該樓鋼結(jié)構(gòu)柱垂直度不滿足 GB 50205－2001《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》的要求，但鋼柱傾斜未超出 GB 50292－2015《民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》中鋼結(jié)構(gòu)框架不適于繼續(xù)承載的層間位移限值要求。為確定鋼柱傾斜對結(jié)構(gòu)承載能力的影響，評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)安全性，采用有限元軟件對該樓承載能力進(jìn)行驗(yàn)算。

3 計(jì)算分析

結(jié)構(gòu)計(jì)算分析采用中國建筑科學(xué)研究院有限公司的 PKPM 系列軟件進(jìn)行。

3.1 PKPM 模型的建立

依據(jù)委托方提供的施工圖紙進(jìn)行建模，荷載布置按照設(shè)計(jì)要求及 GB 50009－2012《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》的相關(guān)要求確定，PKPM 模型如圖2所示。該樓豎向受力構(gòu)件為鋼筋混凝土剪力墻及鋼框架柱，雖然部分鋼框架柱的垂直度超出了規(guī)范的允許范圍，但樓梯間、電梯井位置鋼筋混凝土剪力墻垂直度符合施工驗(yàn)收規(guī)范的要求，檢查未發(fā)現(xiàn)鋼構(gòu)件節(jié)點(diǎn)存在變形、摩擦面脫開失效等現(xiàn)象。因此鋼柱傾斜對混凝土構(gòu)件承載力的影響可以忽略，僅在模型中的鋼柱上增加附加彎矩來考慮鋼柱傾斜對結(jié)構(gòu)安全的影響。

圖2 PKPM模型

由于柱身發(fā)生傾斜，上層鋼柱傳下的軸力、剪力和彎矩將對下層結(jié)構(gòu)的內(nèi)力產(chǎn)生影響，如圖3所示。即上層柱身傾斜對下層結(jié)構(gòu)的影響在整體計(jì)算時(shí)可以通過在下層結(jié)構(gòu)柱頂處增加附加彎矩的方式來考慮，附加彎矩值 ΔM 的大小為軸力 N 與實(shí)際的垂偏值 Δ 的乘積Nh Δ。

3.2 驗(yàn)算結(jié)果

通過對比施加附加彎矩的模型（以下簡稱為模型1）和無附加彎矩的模型（以下簡稱為模型 2）計(jì)算結(jié)果，分析垂直度偏差對構(gòu)件承載力造成的影響。

圖3 柱身傾斜對下層結(jié)構(gòu)影響示意圖

考慮鋼柱傾斜后，1 層柱的軸壓比為 0.04～0.15、應(yīng)力比為 0.11～0.39；2 層柱的軸壓比為 0.01～0.06、應(yīng)力比為 0.07～0.32。該樓鋼柱具有較大的安全儲(chǔ)備，考慮鋼柱傾斜后，鋼柱軸壓比、應(yīng)力比、穩(wěn)定性仍滿足規(guī)范要求。代表性鋼柱效應(yīng)與抗力比值如表1所示。

表1 代表性鋼柱的效應(yīng)與抗力比值

從模型1的構(gòu)件效應(yīng)與抗力比值中可以看出，雖然鋼柱發(fā)生了傾斜，但所有鋼柱的強(qiáng)度、穩(wěn)定性仍滿足規(guī)范要求。該別墅在考慮附加彎矩后，其鋼柱應(yīng)力比增幅為 0～7.1 %。其中，柱身垂直度偏差最大的 2 層 5～D 柱，考慮鋼柱傾斜后，其效應(yīng)與抗力比值為0.25，應(yīng)力比增幅為 4.2 %。應(yīng)力比增幅最大的柱為 1 層6～A 柱，其增幅為 7.1 %。

從計(jì)算結(jié)果可以看出：部分構(gòu)件計(jì)算應(yīng)力比與理想狀態(tài)相比有所增加，但因原結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)富余量較大，考慮傾斜后構(gòu)件承載力仍滿足規(guī)范要求。應(yīng)力比增幅最大的鋼柱并非傾斜最嚴(yán)重的鋼柱，還應(yīng)考慮到鋼柱截面特性、垂偏值△和軸力。另外，該樓電梯井、樓梯間、設(shè)備管道井采用鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)，鋼構(gòu)件與剪力墻筒體相連接，進(jìn)一步增大了結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。

同時(shí)，PKPM 的計(jì)算結(jié)果表明，混凝土構(gòu)件只需要按照構(gòu)造配筋，而且實(shí)際配筋遠(yuǎn)大于構(gòu)造配筋，因此鋼柱傾斜不會(huì)影響到混凝土構(gòu)件的安全性。

4 鑒定結(jié)論

經(jīng)驗(yàn)算，部分構(gòu)件計(jì)算應(yīng)力比與理想狀態(tài)相比有所增加，但該樓主體結(jié)構(gòu)的承載力仍滿足 GB 50017－2017《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》［3］、GB 50010－2010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》［4］及 GB 50011－2010《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》［5］的要求，鋼柱傾斜對結(jié)構(gòu)承載能力影響不大，可不進(jìn)行鋼柱糾偏加固處理。

5 處理建議

經(jīng)驗(yàn)算，該樓主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載能力滿足規(guī)范要求，不必進(jìn)行鋼柱糾偏處理，但后續(xù)施工中，還應(yīng)采取以下措施，確保結(jié)構(gòu)安全：

1）采取有效措施避免因鋼柱傾斜引起鋼構(gòu)件節(jié)點(diǎn)連接失效；

2）房屋后續(xù)施工中，應(yīng)采取有效措施防止鋼柱進(jìn)一步傾斜。

6 結(jié) 語

文中對傾斜鋼結(jié)構(gòu)承載力的計(jì)算是通過在柱頂添加附加彎矩的 PKPM 模型實(shí)現(xiàn)的，除 PKPM 系列軟件外，計(jì)算時(shí)還可應(yīng)用 SAP 2000、ETABS 等有限元軟件建立與實(shí)際情況相符的比對模型，進(jìn)一步對結(jié)構(gòu)安全性進(jìn)行驗(yàn)證。鑒定人員在房屋安全性鑒定工作中，應(yīng)依據(jù)現(xiàn)場檢測與計(jì)算結(jié)果，對傾斜房屋的安全性做出合理判定，避免不必要的加固施工。