上海世博俄羅斯館改造前抗震鑒定

0 引言

隨著世博會的落幕，世博建筑服務(wù)于世博會的功能已圓滿完成。但世博建筑不只是承載一場盛會的絢爛而短暫的煙火，更可以通過后續(xù)利用促進城市發(fā)展、實現(xiàn)城市功能的提升[1]。根據(jù)上海市政府《關(guān)于同意〈浦東新區(qū)耀華地塊Z000101單元（黃浦江沿岸ES2單元）世博文化公園（暫定名）控制性詳細(xì)規(guī)劃（實施深化）〉的批復(fù)》，建設(shè)世博文化公園，是上海完善生態(tài)系統(tǒng)，提升空間品質(zhì)，延續(xù)世博精神，建設(shè)卓越全球城市的重大舉措之一。世博文化公園突出生態(tài)性、文化性與公共性，定位為生態(tài)自然永續(xù)的大公園、文化融合創(chuàng)新的大公園、市民歡聚共享的大公園[2]。由于大部分展館都是按照臨時建筑設(shè)計，若要作為保留建筑進行改造，根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求，應(yīng)首先按C類建筑、后續(xù)使用50年的現(xiàn)行設(shè)計規(guī)范要求進行抗震鑒定。本文將結(jié)合上海世博俄羅斯館的改造項目，介紹該場館改造前的抗震鑒定工作。

1 工程概況

1.1 設(shè)計理念

上海世博俄羅斯館的設(shè)計靈感來源于蘇聯(lián)兒童文學(xué)作家尼古拉·諾索夫的三部曲童話作品《小無知歷險記》，力求呈現(xiàn)一個美麗、精湛、充滿童話色彩的兒童花園城。以“小無知漫游未來”為主題構(gòu)思，將展館劃分為童年城、青年城、大世界3部分，分別展示“花的城市”“太陽城”“月亮城”3個主題，在充滿詼諧、童趣的布景下，使參觀者在館內(nèi)隱秘的小路上感受到許多神秘又有趣的發(fā)現(xiàn)[3]。

1.2 建筑概況

俄羅斯館位于原世博會C片區(qū)，建造于2010年，占地面積為6 000 m2，建筑面積約6 480.9 m2，建筑外包總尺寸為70.00 m×70.00 m，主要作為展館使用。其建筑平面由12個充滿俄羅斯風(fēng)情的“花瓣”塔樓和“懸浮在空中”的立方體組成，外形設(shè)計類似古代斯拉夫人的小村落，象征著生命之花、太陽和世界樹（斯拉夫人枝葉繁茂的橡樹）的根。展館建筑既似花朵，又似“生命樹”，頂部的鏤空圖案則表現(xiàn)了俄羅斯各民族的裝飾特色。房屋外立面塔樓由白、金、紅三種顏色構(gòu)成，白色和金色塑造了俄羅斯建筑的歷史形象，而紅色底色加上富有俄羅斯各民族元素的圖案，則賦予了塔樓頂部鏤空部分以生命力。

房屋中部立方體部分為2層（外圈設(shè)檢修馬道）的鋼框架結(jié)構(gòu)房屋；外圍12座塔樓圍繞中部立方體環(huán)向布置，且各塔樓都近似呈L形，水平部分連接到標(biāo)高5.20 m處的巨大中央廣場。中央廣場與象征摩天大廈的塔樓、周圍的自然景觀一起，共同構(gòu)成現(xiàn)代大都市的“三位一體”。

房屋中部立方體部分主屋面高18 m，其中，一層層高5.2 m，二層層高12.8 m；塔樓部分一層層高主要為3.6 m，二層層高主要為3.65～4.52 m，三層層高主要為2.88～5.95 m等。

房屋原設(shè)計中，①將中央立方體部分一層作為展覽廳使用，中部為象征貝加爾湖的水景（圖1）；②二層作為展覽廳使用；③各塔樓主要用作商店、展廳、餐廳、辦公、控制室等（圖2）；④共設(shè)7部鋼結(jié)構(gòu)樓梯、1部扶梯、1部垂直電梯，且鋼結(jié)構(gòu)樓梯分別位于各塔樓，扶梯位于1#塔樓，垂直電梯位于中部立方體東北角。房屋典型剖面見圖3。

1.3 結(jié)構(gòu)概況

圖1 一層建筑平面圖

圖2 二層建筑平面圖

圖3 典型剖面圖

本次鑒定場館為主體2層（外圈設(shè)檢修馬道）的鋼框架結(jié)構(gòu)房屋。其外圍12座塔樓圍繞主體環(huán)向布置，主要為4～5層的鋼框架結(jié)構(gòu)；塔樓結(jié)構(gòu)與主體區(qū)域主要采用底層結(jié)構(gòu)相連、上部脫開的結(jié)構(gòu)做法，底層采用共用柱的方式與主體結(jié)構(gòu)相連。房屋主體中部設(shè)有3個鋼筒體結(jié)構(gòu)，并依托中部筒體設(shè)置環(huán)向走道，連接室內(nèi)地面與二層展廳。二層展廳為大空間，其豎向依靠圓鋼管柱承重，水平向為型鋼梁、壓型鋼板混凝土組合樓板承重；二層展廳內(nèi)圈不規(guī)則弧形區(qū)域為懸挑結(jié)構(gòu)，部分弧形梁采用H型截面，兩端為鉸接連接（圖4）；屋面采用鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，屋架擱置于主體結(jié)構(gòu)及中部筒體頂部。

上部結(jié)構(gòu)鋼柱主要采用A 500 mm ×12 mm、A 400 mm× 12 mm、A 35 mm×12 mm、H 200 mm×200 mm×8 mm× 10 mm等；鋼梁主要采用H 1 000 mm×300 mm×12 mm× 16 mm、H550 mm×200 mm× 8 mm×12 mm、H400 mm× 200 mm×6 mm×12 mm、H550 mm ×250 mm×8 mm×16 mm等；樓面主要采用壓型鋼板混凝土組合樓面，型號為YXB51-226-678，板厚主要為130 mm、波高51 mm。屋面采用鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)坡屋面，桿件截面尺寸主要有98 mm×5 mm、114 mm×5 mm等；主體部分采用壓型鋼板巖棉夾芯板屋面，塔樓部分屋面為壓型鋼板鋼筋混凝土組合屋面。鋼材強度除圓管柱采用Q345B外，其余均采用Q235級鋼材。

圖4 主體5.05 m標(biāo)高樓面結(jié)構(gòu)平面圖

該場館基礎(chǔ)采用樁基礎(chǔ)，承臺底標(biāo)高主要為-2.00 m；抗壓樁主要采用PHC-AB400-80-18，樁長18 m，單樁豎向抗壓承載力特征值為500 kN。矩形承臺截面尺寸主要有：1 000 mm×1 000 mm、1 000 mm× 2 400 mm、1 000 mm×2 800 mm、1 000 mm×3 200 mm等；三 角 形承臺截面尺寸主要有：2 210 mm× 2 534 mm、2 610 mm×2 534 mm、1 000 mm×2 800 mm等；承臺厚度以800 mm為主。

2 初步改造方案

本次改造方案以原有建筑設(shè)計概念為基礎(chǔ)，在盡可能保留和恢復(fù)原場館樣貌的同時，結(jié)合世博文化屬性及現(xiàn)有公園景觀規(guī)劃，重新使世博場館煥發(fā)新的生機和活力。改造后建筑主要用于歡聚VENUE、商店、餐廳等，主要改造內(nèi)容及功能如下。

（1）將一層主體區(qū)域展演廳改造為歡聚VENUE。其中，2#、3#、4#塔樓局部購餐間改造為后廚，7#、9#塔樓展廳改造為主題手工坊，10#塔樓接待處改造為辦公區(qū)，12#塔樓商店改造為主題手工坊。

（2）將二層主體區(qū)域展演廳改造為歡聚VENUE。主體四角改造為設(shè)備間，2#、3#塔樓局部改造為后廚，10#塔樓改造為辦公區(qū)，11#塔樓改造為衛(wèi)生間。

（3）拆除二層以上中庭區(qū)域，保留走道，并將與走道無關(guān)的穿層柱拆除；拆除原中庭上方網(wǎng)架屋蓋，重新設(shè)計為采光屋頂。

（4）在二層及屋頂?shù)乃膫€角部增加設(shè)備機房。

（5）在2#塔樓5.07 m（結(jié)構(gòu)標(biāo)高）處增加樓梯夾層。

3 結(jié)構(gòu)檢測

根據(jù)俄羅斯館的原設(shè)計施工圖紙，對該館建筑結(jié)構(gòu)圖紙進行復(fù)核，主要包括建筑平面尺寸、樓層層高、結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸、承重構(gòu)件材料強度、鋼構(gòu)件銹蝕率、連接焊縫質(zhì)量、結(jié)構(gòu)損傷情況、型鋼構(gòu)件變形及撓度測量等，明確現(xiàn)階段情況。其主要檢測結(jié)果如下。

（1）建筑平面布置與原設(shè)計圖紙基本相符，存在局部區(qū)域增設(shè)分隔墻及取消樓梯的情況。

（2）結(jié)構(gòu)體系、結(jié)構(gòu)構(gòu)件布置及截面尺寸與原設(shè)計圖紙基本相符。

（3）圓管柱鋼材的強度基本滿足Q345B的設(shè)計要求；框架梁鋼材強度均滿足Q235B的設(shè)計要求。

（4）對銹蝕較為明顯的鋼構(gòu)件進行抽測，其銹蝕深度平均值為0.6 mm，鋼材銹蝕率平均值為4.3%。經(jīng)分析，房屋抽測的主體結(jié)構(gòu)銹蝕深度較輕微，對構(gòu)件承載力無明顯不利影響。

（5）對鋼柱、鋼梁抽測的共計6條對接焊縫進行超聲檢測，均未發(fā)現(xiàn)可記錄性缺陷。

（6）外立面主要存在裝飾蓋板局部老化缺損、有墜落隱患等問題。室內(nèi)主要存在設(shè)備、連接節(jié)點、幕墻龍骨普遍銹蝕，分隔墻滲水受潮等損壞現(xiàn)象，其中，鋼構(gòu)件、連接節(jié)點等普遍銹蝕，部分鋼構(gòu)件涂裝老化，未發(fā)現(xiàn)因承載力不足或不均勻沉降引起的開裂或變形現(xiàn)象。

（7）抽測柱垂直度偏差基本滿足《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》（GB 50205—2001）允許的偏差要求，抽測的大跨梁及懸挑梁撓度基本滿足《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50017—2017）的要求。

（8）對主樓二層樓面進行相對高差測量，結(jié)果表明：主樓傾斜方向無明顯一致性，僅個別存在一定規(guī)律性；其相對傾斜率較小，介于0.4‰～0.7‰。

4 抗震鑒定

4.1 抗震設(shè)防基本要求

根據(jù)《建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo) 準(zhǔn)》（GB 50223—2008）、上海市工程建設(shè)規(guī)范《現(xiàn)有建筑抗震鑒定與加固規(guī)程》（DGJ 08—81—2015）、上海市工程建設(shè)規(guī)范《建筑抗震設(shè)計規(guī)程》（DGJ 08—9—2013）、國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（GB 50011—2010）的規(guī)定，被鑒定場館按照標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防（丙類）、抗震設(shè)防烈度7度、基本地震加速度0.10g、地震分組第二組、場地類別IV類、抗震鑒定分類C類建筑（后續(xù)使用年限50年）等，從地基和基礎(chǔ)、一般規(guī)定、抗震構(gòu)造措施等方面進行抗震鑒定。

4.2 抗震構(gòu)造措施復(fù)核

對被鑒定場館進行一般規(guī)定及抗震構(gòu)造措施復(fù)核，結(jié)果表明：該館整體高度、建筑高寬比、樓屋蓋等一般規(guī)定均滿足規(guī)范要求；框架柱長細(xì)比、梁與柱的連接構(gòu)造等抗震構(gòu)造措施等基本滿足現(xiàn)行規(guī)范要求，但在現(xiàn)有荷載作用下，局部鋼梁高厚比不滿足規(guī)范要求。

4.3 結(jié)構(gòu)承載力驗算

根據(jù)改造方案及建筑、結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀檢測結(jié)果，按照《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50068—2018）、《建筑抗震設(shè)計規(guī)程》（DGJ 08—9—2013）、《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（GB 50011—2010）、《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB 50009—2012）、《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50017—2017）等現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)，采用YJK軟件計算，計算模型如圖5所示。

4.3.1 主要參數(shù)

（1）圓管柱取設(shè)計值Q345B，其余構(gòu)件取設(shè)計值Q235；彈性模量為2.06×105 N/mm2，泊松比0.30，線膨脹系數(shù)為1.20×10-5，質(zhì)量密度為7 850 kg/m3。

（2）恒載：屋面恒載0.3 kN/m2（不含網(wǎng)架自重，此次屋面網(wǎng)架采用3D3S單獨計算，支座反力以點荷載形式加到主結(jié)構(gòu)上），樓面附加恒荷載1.5 kN/m2，主體建筑外墻荷載1.0 kN/m2（按墻面面積），主體建筑外墻鱗片荷載0.5 kN/m2（按墻面面積），塔樓玻璃幕墻荷載1.5 kN/m2（按墻面面積），塔樓外皮和金屬網(wǎng)荷載1.0 kN/m2（包括找形、固定用鋼支架）。

（3）活荷載：辦公2.0 kN/m2、后廚4.0 kN/m2、樓梯及樓梯間4.0 kN/m2、洗手間3.5 kN/m2、設(shè)備間7.0 kN/m2、歡聚AVENUE3.5 kN/m2、馬道1.5 kN/m2、屋面0.5kN/m2。

（4）溫度荷載取值為30℃。

（5）地震作用：設(shè)防烈度7度（0.1g），設(shè)計地震分組二組，場地類別IV類，特征周期0.9s，鋼框架抗震等級四級。

（6）風(fēng)荷載：基本風(fēng)壓取值0.55 kN/m2，地面粗糙度類別B類。

4.3.2 主要計算結(jié)果

（1）在地震力作用下，主樓結(jié)構(gòu)以扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期與以平動為主的第一自振周期之比為：0.9397/1.0840=0.87<0.9，滿足規(guī)范要求。

（2）在X向地震作用下，主樓結(jié)構(gòu)樓層的最小剪重比為5.449%（有效質(zhì)量系數(shù)為99.98%）；在Y向地震作用下，結(jié)構(gòu)樓層的最小剪重比為5.408%（有效質(zhì)量系數(shù)為99.85%）。兩者均大于規(guī)范要求的最小剪重比1.6%，故滿足規(guī)范要求。

（3）在地震力作用下，主樓X方向偶然偏心作用下的最大樓層位移比為1.14，Y方向偶然偏心作用下的樓層最大位移比為1.12，均小于1.2，且位移角均小于規(guī)范限值1/250，滿足規(guī)范要求。

圖5 計算模型

（4）根據(jù)抗震驗算結(jié)果，被鑒定場館主樓及12座塔樓構(gòu)件的強度除部分構(gòu)件外，均滿足要求；但主樓抗風(fēng)柱的穩(wěn)定應(yīng)力不滿足要求。根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50017—2017）第5.4 節(jié)規(guī)定，對其進行考慮初始缺陷的整體屈曲分析，結(jié)果表明：各階模態(tài)屈曲因子均大于1.0，表明構(gòu)件穩(wěn)定承載力均滿足要求；主樓除個別抗風(fēng)柱強度有不足外，其余抗風(fēng)柱均可以滿足要求；主樓屋面在現(xiàn)有網(wǎng)架屋面荷載作用下，存在局部鋼梁高厚比不滿足規(guī)范要求。

4.4 基礎(chǔ)承載力評估

選取該場館典型樁基，進行基礎(chǔ)承載力及樁基抗震承載力復(fù)核。經(jīng)驗算，在標(biāo)準(zhǔn)組合下，柱底最不利處基礎(chǔ)承載力基本滿足要求；在地震作用效應(yīng)和其他作用效應(yīng)的基本組合下，低承臺樁基抗震驗算中的單樁豎向承載力滿足要求。

4.5 典型節(jié)點連接驗算

為明確典型鉸接連接節(jié)點受力情況，對受力特點具有普遍性、荷載較為不利梁的梁連接節(jié)點進行復(fù)核驗算。結(jié)果表明：典型梁梁鉸接節(jié)點的梁抗剪、節(jié)點板、螺栓單面受剪、螺栓群最大剪力、節(jié)點板焊縫、加勁板焊縫承載力均滿足要求，但梁鉸接節(jié)點處的螺栓垂邊距、螺栓中心距不滿足現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)要求。

5 鑒定結(jié)論

根據(jù)檢測鑒定情況，按照初步改造方案，被鑒定場館主體結(jié)構(gòu)無明顯損壞現(xiàn)象，存在部分梁強度不足、部分梁穩(wěn)定不滿足要求、個別柱強度不足、局部鋼梁高厚比不足的情況；大部分構(gòu)件的強度及穩(wěn)定性滿足要求，一般規(guī)定及抗震構(gòu)造措施基本滿足現(xiàn)行設(shè)計規(guī)范要求，初步改造方案可行。

場館外立面外皮及外墻鱗片存在多處老化缺損且局部存在墜落隱患，應(yīng)采取措施對外墻裝飾進行全面修復(fù)保養(yǎng)，確保房屋使用安全；對于普遍存在鋼構(gòu)件銹蝕、涂層起皮脫落等損壞，應(yīng)結(jié)合此次改造，做好鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的除銹涂裝工作，定期對主要承重構(gòu)件進行維護保養(yǎng)。對于二層懸挑區(qū)域存在的安全隱患，建議維持目前使用現(xiàn)狀，不宜作為主要承重構(gòu)件。后續(xù)屋面改造過程中對擱置點支座反力進行精確計算，充分考慮對主體結(jié)構(gòu)及相關(guān)基礎(chǔ)受力的不利影響，減小鋼梁水平軸力。

6 加固建議

（1）建議對強度不足或穩(wěn)定性不足的構(gòu)件，采取適當(dāng)?shù)姆椒ㄟM行加固。

（2）場館主樓屋面在現(xiàn)有網(wǎng)架屋面荷載作用下，存在局部鋼梁高厚比不滿足規(guī)范要求，建議在后續(xù)屋面改造過程中，對擱置點支座反力進行精確計算，減小鋼梁水平軸力；同時，充分考慮對原結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的不利影響，必要時，對原結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)進行加固處理。

（3）根據(jù)初步改造方案，建議屋面改造設(shè)計充分考慮原有屋面擱置點及對主體結(jié)構(gòu)受力的不利影響。加固工程應(yīng)保證新增構(gòu)件及部件與原結(jié)構(gòu)的可靠連接，新增構(gòu)件與原結(jié)構(gòu)結(jié)合牢固，形成整體共同工作，避免對其余為加固構(gòu)件及基礎(chǔ)產(chǎn)生不利影響。

7 結(jié)語

上海世博會雖然已經(jīng)落幕。對于那些尚未拆除的特色場館建筑，在后續(xù)改造利用的過程中，不僅應(yīng)考慮其作為展館建筑的使用價值，更要讓其代表的世博精神得以延續(xù)并發(fā)揚。根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范，場館的荷載分項系數(shù)等較原設(shè)計均有所提高，可能會存在部分承重構(gòu)件承載力不滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。因此，在改造前對場館進行抗震鑒定工作是非常必要的，能夠提供房屋的整體現(xiàn)狀及抗震性能，為后續(xù)改造設(shè)計提供技術(shù)依據(jù)。