钢网架结构安全性评估实例分析

钢网架结构安全性评估实例分析
1、 概述
钢网架结构能形成大空间而被广泛应用在大型场馆和工业厂房的屋盖建筑中，其结构形式有平板网架和壳体网架之分，都是由杆件（钢管）和球形节点（有螺栓球和焊接球之分）组成空间结构。

如图1所示。

钢网架结构技术相对成熟，产业化程度较高，使一般的钢结构企业都能从事网架工程项目。

但同时由于各企业的工程技术水平和经验良莠不齐，或工程管理不规范，近几年出现了个别网架结构坍塌事故。

例如，2005年7月内蒙某电厂的钢网架在施工中突然坍塌，造成的事故在内蒙引起较大反响，其他电厂有网架工程的业主们
担心自己的钢网架结构安全与否，并纷纷采取各
种措施，据说有停建的、有改建的、甚至有拆除
的，也有委托专业部门进行安全评估咨询的。

我
们就曾受某电厂业主委托，到内蒙对几座电厂的
汽机房钢网架进行安全性评估咨询工作，在此做
一些简单的总结交流，探讨钢网架结构工程在设
计、施工和验收中各环节容易出现的问题和结构
安全性如何判定，旨在抛砖引玉，共同积累工程
经验。

2、结构安全性评定方案
对已建成的结构，要求明确回答它是否安全，以现有的科学技术水平，该做哪些工作才能较为准确地下结论呢？这涉及到包括我们自己在内的各方利益。

给出的结论要经得起质疑，提出的建议既要经济合理又要切实可行。

我们认为，计算复核是必要的。

计算结果是设计的主要依据，通过复核计算，可以了解荷载取值、边界条件、材料选取、计算软件、应用规范、应力水平和变形控制等重要情况是否合理。

但是，计算的力学模型是理想化的，实际结构是有缺陷的，如构件尺寸偏差、杆件弯曲、焊缝质量不合格等，不可能带缺陷建模，因此，光有计算复核是远远不够的。

实际结构有缺陷，现场检测也是必要的。

通过检测，可以了解到结构缺陷的种类和缺陷的量化程度，为确定结构实际承载力提供分析依据。

但是，检测的样本数量是有限的，检测有误差和局限性，有些“死角”也不能检测到。

而且，检测结果只是对所检测构件的某一量负责，不能将检测结果随意扩大。

因此，检测也不能对整体结构安全下结论。

除计算复核、现场检测外，我们认为还有必要查阅施工资料，调查施工过程，与设计、施工、监理和业主一起座谈，了解加工制作、安装、现场管理等每一环节的详细情况。

根据我国《建筑工程施工质量验收统一标准》（GB50300--2001），坚持“完善手段、过程控制”的指导思想，通过对施工资料的分析，能够判断出该施工过程是否符合规范，进而对工程的安全性进行综合评价提供参考依据。

例如，有两座网架的全部支座螺栓球（45号钢）与十字加劲板（Q235B 钢），经询问是在现场未采取任何保护措施下直接焊接的，它不仅容易产生焊接裂纹，而且易受现场操作空间的限制无法满焊。

类似这类情况很难通过检测查出来（检测仪器难以实施）。

还有一些其他工作，最后初步拟定对结构安全性评定方案简略表达如下：
图1 网架结构
现场勘测、座谈、访问
文件查阅
调查————试验
检测
结构分析
鉴定
围护修复
施工——复原——
措施（建议）——拆除加固
监测
控制——
变更
3、方案实施和存在的主要问题
上述方案中每一步都有具体执行细则，限于篇幅，这里就文中实例具体情况仅作部分介绍。

例如在结构计算分析中，不仅要依据国家有关标准规范和规定，而且还要查阅有关单位的合同要求和来往有关文件、现场测定实际现有荷载和边界等情况。

不仅要计算复核该网架原设计是否符合国家规范的要求、是否满足委托设计要求，而且还要在确定新的计算标准下，计算复核现实带缺陷的该网架是否能承受现有荷载，以及现实带缺陷的该网架实际承载能力究竟是多少。

最后要给出处理意见：如何减荷、加固的可行性建议。

按照上述方案工作，最后查出存在的主要的问题有：
1）设计遗漏荷载，并且在施工时超载。

在我们的调查中，有一座厂房网架设计遗漏荷载，根据建筑做法要求屋面恒载为2.6kN/㎡，而网架设计图纸中为1.9kN/㎡。

另有一座厂房的屋面为现浇钢筋混凝土结构，经取若干点检测，施工时浇注混凝土的平均厚度超出设计值，再经坡面自然流淌导致厚度不均匀，再由保温层过雨吸水增加了自重，这些都使网架超载。

结构超载是很危险的。

2）计算边界条件不确切，水平荷载效应不清楚。

一般取门式刚架计算模型，可是钢筋混凝土柱刚度对水平力影响较大。

由于厂房连有附属建筑，门式刚架应为多跨，最好整体建模计算地震效应。

3）网架挠度超标。

例如某一厂房中共检测37组网架下弦相对挠度，其中1轴-10轴，抽测8组下弦，3组下弦相对挠度最大值超过检测时计算挠度允许值；10´轴-19轴，抽测9组下弦，4组下弦相对挠度最大值超过检测时计算挠度允许值；19´轴-27轴，抽测8组下弦，2组下弦相对挠度最大值超过检测时计算挠度允许值；27´轴-36轴抽测12组下弦，7组下弦相对挠度最大值超过检测时计算挠度允许值。

其中，检测时计算挠度是按实测屋面恒载计算的，用此检查网架安装质量。

例如，某一厂房的网架屋面恒载检测结果见表1。

超声波探伤部分钢管杆件与锥头对接焊缝，有的不满足二级焊缝质量要求。

尤其是支座过渡板与柱头预埋件焊缝缺焊较多，有的存在空隙，如图2所示；部分支座螺栓球与十字加劲板未焊，如图3所示。

网架下弦节点及钢管杆件的外观质量检测结果表明：a.部分套筒松动并与螺栓或锥头（封板）之间存在较大间隙，或者固定螺钉缺失；b.少量间隙较大的套筒，不适当地采用了焊接方法进行修补（如图4所示），将会对10.9s 高强度螺栓造成损伤（退火或淬火裂缝），存在安全隐患。

有的较大间隙用杂物填充（图5），有的杆件安装不上就将套筒切割（图6）；c.部分杆件弯曲，轴线平直度大于5mm 。

施工资料不全。

未见到项目经理证书及其法人委托书；未见到施工资质证书等文件；未见到物资材料进场报验单。

重要产品复验不全。

4、处理建议 图2 支座底板与柱预埋板未焊
图3 支座焊接缺陷
经试验、检测、座谈访问等一系列调查研究，以及计算分析和查阅施工资料后，本着“尊重计算、遵守规范、减少损失”的原则，根据各工程实际情况，在安全的前提下，提出的主要处理建议有： 1） 屋面应降载。

对某一厂房实际带缺陷网架的承载力，经综合计算分析得出该屋面恒载标准值不得超过2.2kN/㎡。

例如表1所示的屋面，具体做法可铲除保温层及其以上的各层，在混凝土板上重做单层压型钢板带保温棉的建筑屋面即可。

2） 更换在套筒或螺栓球施焊的构件、弯曲的杆件、严重锈蚀的杆件。

更换不了的节点要加固，加固方案另议。

3）支座要加固。

根据各自情况，设计加固方案。

4）补齐主要的资质文件、材质单，并要原件归档。

5、体会
钢网架结构是一种成熟的技术，我国不仅有《网架结构设计施工规程》，而且还有《网架结构工程质量检验评定标准》、《螺栓球节点钢网架焊接
超声波探伤及质量分级法》等专门技术标准。

钢网
架工程只要荷载不超、安装顺利，就不可能出现坍
塌之类的恶性事故。

图4 套筒缝隙用焊接填补缺陷
图5 套筒缝隙用杂物填充
图6 套筒被切割。