裝配式建筑傾斜檢測和可靠性評估分析

毛東建，朱成雨，邵進(jìn)虎，陳新杰 (江蘇方測建筑工程技術(shù)有限公司，江蘇 南京 210000)

1 概述

裝配式建筑具有節(jié)材、節(jié)能、節(jié)水及污染少、工期短等特點(diǎn)[1]，且有利于提升勞動(dòng)生產(chǎn)效率和質(zhì)量安全水平，有利于促進(jìn)建筑業(yè)與信息化工業(yè)化深度融合、培育新產(chǎn)業(yè)新動(dòng)能、推動(dòng)化解過剩產(chǎn)能，在我國進(jìn)入快速發(fā)展階段。傳統(tǒng)的檢測標(biāo)準(zhǔn)有很多，如《建筑結(jié)構(gòu)檢測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50344）等相關(guān)原材料檢測的標(biāo)準(zhǔn)仍然適用于裝配式建筑，但裝配式結(jié)構(gòu)現(xiàn)場檢測方面的相應(yīng)檢測標(biāo)準(zhǔn)需要進(jìn)一步完善。

本文以裝配式建筑因堆積荷載導(dǎo)致建筑物圍護(hù)墻體局部開裂、承重構(gòu)件傾斜變形為例，探討裝配式結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場檢測以及傾斜變形對裝配式建筑結(jié)構(gòu)適用性和安全性的影響進(jìn)行評估。

某裝配式建筑為一幢單層雙跨框排架結(jié)構(gòu)廠房，豎向承重構(gòu)件為預(yù)制混凝土柱，水平向承重構(gòu)件為預(yù)制折線型屋架+大型預(yù)應(yīng)力屋面板，預(yù)制混凝土柱和預(yù)制折線型屋架采用干式連接，無吊車梁，基礎(chǔ)為樁基礎(chǔ)，該建筑的屋面支撐系統(tǒng)和柱間支撐系統(tǒng)均齊全，場地設(shè)計(jì)荷載為4t/㎡等。該廠房北側(cè)9.5m位置堆積大量鋼材，目前室內(nèi)使用功能為倉庫（儲存鉀肥），鉀肥堆積最高處高度約4.5m～5m，該廠房使用荷載最大約為7t/㎡，廠房外觀、內(nèi)部實(shí)景見圖1～2所示，平面布置示意圖見圖3所示（編號從上到下：1至21，從左到右A-C）。在2017年05月至2020年07月期間，甲方委托檢測單位對該建筑物進(jìn)行沉降監(jiān)測，監(jiān)測結(jié)果表明該建筑物產(chǎn)生傾斜變形，基礎(chǔ)產(chǎn)生不均勻垂直位移，并發(fā)現(xiàn)該建筑部分承重構(gòu)件開裂、混凝土剝落等損傷現(xiàn)象。建筑物傾斜變形過大時(shí)，會對結(jié)構(gòu)的適用性能造成影響，也會對結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的內(nèi)力造成影響，從而影響上部結(jié)構(gòu)的承載能力的評定。

圖1 某裝配式建筑外觀

圖2 某裝配式建筑內(nèi)景

圖3 平面布置示意圖

2 損傷情況檢查

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，對該裝配式建筑的開裂、混凝土剝落等損傷情況進(jìn)行詳細(xì)檢查。經(jīng)檢查，未發(fā)現(xiàn)豎向構(gòu)件出現(xiàn)明顯開裂、混凝土剝落等損傷現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)該裝配式建筑部分屋架于底部、側(cè)面均出現(xiàn)開裂、混凝土剝落、鋼筋外露等損傷現(xiàn)象，呈現(xiàn)特點(diǎn)在該建筑兩側(cè)輕、中間嚴(yán)重；屋架端部嚴(yán)重、跨中附近輕。實(shí)況見圖4所示。

圖4 混凝土屋架開裂實(shí)況

3 傾斜變形檢測方法及數(shù)據(jù)分析

裝配式建筑的傾斜變形可用經(jīng)緯儀投點(diǎn)法或全站儀建站進(jìn)行測量，現(xiàn)場檢測時(shí)需要區(qū)分偏差和變形或位移[2]。建筑物的周邊距離較小或有遮擋物不能使用經(jīng)緯儀（全站儀）測量時(shí)，可采用懸掛吊錘測量，懸掛吊錘測量法易受氣候影響，高層建筑、風(fēng)力較大時(shí)不宜采用。構(gòu)件的傾斜變形可采用多功能檢測尺或懸掛吊錘的方法進(jìn)行測量，測量的長度應(yīng)大于等于構(gòu)件高度的2/3。墻或柱構(gòu)件的傾斜應(yīng)以其上端對應(yīng)的下端的偏離距離表示，當(dāng)構(gòu)件高度小于10m時(shí)，可用經(jīng)緯儀或線墜測量；當(dāng)構(gòu)件高度大于或等于10m時(shí)，應(yīng)使用經(jīng)緯儀測量，檢測時(shí)宜分別檢測構(gòu)件在兩個(gè)正交軸線方向的水平距離，并同時(shí)給出相對于該變形的標(biāo)高(或高度)及傾斜方向。

受該建筑物施工等因素影響，墻體或柱體構(gòu)件兩側(cè)的傾斜率并非為等值，兩側(cè)傾斜率如圖4所示，不規(guī)則梯形表示墻體或柱體的橫截面，虛線為過倒梯形的左、右兩個(gè)頂點(diǎn)和上底邊中點(diǎn)的垂直線，點(diǎn)劃線為過倒梯形上、下底邊中點(diǎn)的連接中線，垂直線與倒梯形（橫截面）的左、右兩邊線及中線的夾角（即所測傾斜角）分別為β、α和γ。在圖5所示狀態(tài)（兩側(cè)傾斜方向不同時(shí)）時(shí)，γ=（a-β）/2，即構(gòu)件的傾斜率等于構(gòu)件兩面同一對應(yīng)位置處表面測得傾斜率之差的二分之一，傾斜方向與傾斜率較大的一側(cè)相同。在示意圖5所示狀態(tài)（兩側(cè)傾斜方向相同時(shí)）時(shí)，γ=（a+β）/2，即構(gòu)件的傾斜率等于構(gòu)件兩對面同一對應(yīng)位置處表面測得傾斜率之和的二分之一，傾斜方向相同[3]。

圖5 示意圖

根據(jù)損傷普查情況，優(yōu)先選取屋架開裂、混凝土剝落等損傷嚴(yán)重的位置，對其豎向構(gòu)件的傾斜變形進(jìn)行檢測。

根據(jù)實(shí)際情況，采用經(jīng)緯儀投點(diǎn)法對裝配式建筑的傾斜變形進(jìn)行測量，并根據(jù)定期的觀測數(shù)據(jù)區(qū)分偏差和變形或位移[2]，分析裝配式混凝柱傾斜的出現(xiàn)屬于一種系統(tǒng)性效應(yīng)的非獨(dú)立事件，與整個(gè)結(jié)構(gòu)及毗鄰構(gòu)件有關(guān)，其中軸線A位置裝配式混凝柱整體向內(nèi)（A-B跨）變形；軸線B裝配式混凝柱整體向內(nèi)（A-B跨）變形；軸線C裝配式混凝柱整體向內(nèi)（B-C跨）變形。其中傾斜量最大為18/A軸柱36.5mm，最小為8/A軸柱1.0mm，受場地限制，觀測區(qū)段為0.0m～8.0m，如果傾斜率不變，按總高度計(jì)算，從基礎(chǔ)到總高度約為9.5m,則傾斜量最大為18/A軸柱為43.3mm,傾斜率為 1/219,最小為 8/A 軸柱 1.2mm,傾斜率為1/800。

4 適用性和安全性影響評估分析

4.1 適用性影響評估

根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》(GB50068-2018附錄A)適用性評定原則：結(jié)構(gòu)構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)應(yīng)以現(xiàn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)限定的變形和位移值為基準(zhǔn)對結(jié)構(gòu)構(gòu)件的狀況進(jìn)行評定。

目前國內(nèi)外對結(jié)構(gòu)適用性的評定技術(shù)和研究不如安全性成熟、完善，現(xiàn)行的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)針對裝配式建筑傾斜變形的規(guī)定較少。

裝配式建筑產(chǎn)生傾斜變形，對正常生產(chǎn)工藝會產(chǎn)生影響，依據(jù)《工業(yè)建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》（GB50144-2019），傾斜對適用性的影響分為A、B、C三級，見表1。

結(jié)構(gòu)側(cè)向(水平)位移評定等級 表1

根據(jù)傾斜檢測結(jié)果，傾斜量最大為18/A軸柱為43.3mm,傾斜率為1/219,最小為8/A軸柱1.2mm,傾斜率為1/800，該裝配式建筑的傾斜變形已對正常生產(chǎn)產(chǎn)生影響，建議繼續(xù)定期沉降觀測。

4.2 安全性影響評估

已有建筑結(jié)構(gòu)的安全性評定可細(xì)劃成結(jié)構(gòu)體系、構(gòu)件承載力和構(gòu)造措施三項(xiàng)工作，其中構(gòu)件承載能力是結(jié)構(gòu)安全性評定的重點(diǎn)，本文重點(diǎn)討論對構(gòu)件承載能力的影響。

根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)的建議，結(jié)合我國的具體情況，已有建筑結(jié)構(gòu)承重能力的目標(biāo)安全性水平應(yīng)以《建筑結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》（GB50068-2018）規(guī)定的結(jié)構(gòu)構(gòu)件承重能力極限狀態(tài)的可靠性指標(biāo)為準(zhǔn)，見表2。也就是說，已有結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載能力的實(shí)際可靠性指標(biāo)β。大于上表規(guī)定值才能評定為安全，達(dá)不到要求的構(gòu)件應(yīng)評為不安全。

結(jié)構(gòu)構(gòu)件可靠指標(biāo)β 表2

考慮到結(jié)構(gòu)構(gòu)件的可靠指標(biāo)與實(shí)際的作用(荷載)、材料性能取值及結(jié)構(gòu)抗力計(jì)算的精確度有關(guān)，則該建筑上的作用標(biāo)準(zhǔn)值按照現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定取值，結(jié)構(gòu)、構(gòu)件的材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值以及幾何尺寸使用現(xiàn)場實(shí)測值等等；另外當(dāng)柱傾斜過大時(shí)，會對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不可忽略的附加內(nèi)力，應(yīng)考慮水平位移對結(jié)構(gòu)承載功能的影響[4]。根據(jù)柱傾斜的出現(xiàn)與整個(gè)結(jié)構(gòu)的關(guān)系不同，考慮其對承載能力的影響也不一樣，當(dāng)該位移與整個(gè)結(jié)構(gòu)及毗鄰構(gòu)件有關(guān)時(shí)，對柱的承載能力的驗(yàn)算，需采用該結(jié)構(gòu)考慮附加位移作用算得的內(nèi)力，當(dāng)該位移只是孤立事件時(shí)，應(yīng)在柱的承載能力驗(yàn)算中，考慮位移對該構(gòu)件所引起附加彎矩。

根據(jù)檢測結(jié)果，柱傾斜的出現(xiàn)與整個(gè)結(jié)構(gòu)有關(guān)，軸線A位置混凝柱整體向內(nèi)（A-B跨）變形；軸線B混凝柱整體向內(nèi)（A-B跨）變形；軸線C混凝柱整體向內(nèi)（B-C跨）變形；采用有限元軟件ANSYS對該廠房按照結(jié)構(gòu)實(shí)際受力和構(gòu)造狀況建立計(jì)算模型，考慮到過大的水平位移（考慮最不利，18/A軸柱為43.3mm），會對結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的內(nèi)力造成影響，從而影響對上部結(jié)構(gòu)承載功能最終的評定，故模型中考慮傾斜變形產(chǎn)生的附加內(nèi)力，經(jīng)驗(yàn)算承載能力的實(shí)際可靠性指標(biāo)β。大于表2的規(guī)定值，即對結(jié)構(gòu)的承載能力影響尚不明顯。

5 結(jié)語

裝配式建筑在我國進(jìn)入快速發(fā)展階段，但裝配式結(jié)構(gòu)現(xiàn)場檢測方面的相應(yīng)檢測標(biāo)準(zhǔn)處于需要進(jìn)一步完善階段。本文結(jié)合工程實(shí)例，介紹了裝配式建筑傾斜變形的現(xiàn)場檢測方法、變形量和傾斜率的計(jì)算方法，根據(jù)定期的觀測數(shù)據(jù)區(qū)分偏差和變形或位移，判斷單個(gè)構(gòu)件的傾斜出現(xiàn)與整個(gè)結(jié)構(gòu)及毗鄰構(gòu)件是否有關(guān)，對傾斜變形對裝配式建筑適用性和安全性的影響進(jìn)行了評估，對后續(xù)處理堆載對裝配式建筑具有現(xiàn)實(shí)意義和社會價(jià)值。同時(shí)，堆載對裝配式建筑的影響可以進(jìn)行有效的預(yù)測，及時(shí)控制堆載大小，減少堆載對裝配式建筑的影響。