[關(guān)鍵詞]大面積堆載 不均勻沉降 傾斜 加固 可靠性鑒定 

　　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，樁長約45～50米，樁尖持力層選在強風化巖層。地面地基采用Φ550mm水泥攪拌樁處理，樁長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)稀：笃诓捎渺o壓錨桿方樁加固和預(yù)應(yīng)力管樁加固。 

　　本文針對上述存在的問題，對產(chǎn)生現(xiàn)狀的原因進行分析并按《工業(yè)建筑可靠性鑒定標準》GB50144-2008評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。鋼柱柱腳標高為±0.00，A、F軸柱頂標高9.50m，B、E軸柱頂標高9.70m，C、D軸柱頂標高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)場堆載物品、單位重量以及占地面積等對地坪堆載情況對地坪堆載情況進行統(tǒng)計，地面堆載為0.9KPa～23.4KPa，參見圖1。 

　　1.2 工程地質(zhì)概況 

　　廠房場地土類型屬軟弱場地土，所在場地屬于Ⅲ類場地，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)場勘驗檢測情況 

　　2.1 地面、柱頂及屋脊標高測量 

　　現(xiàn)場采用水準儀對廠房地面進行標高測量，共設(shè)置沉降點85個。測量結(jié)果表明廠房加固后地面跨中標高與邊柱標高高差平均值約46mm�，F(xiàn)場采用全站儀對廠房各軸線柱頂及局部屋脊相對標高進行測量，相對高差、測點布置和測量結(jié)果見圖2、3。測量結(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 

　　采用全站儀對鋼立柱進行傾斜檢測，共計測點78個，5個測點滿足規(guī)范C級側(cè)向位移限值>H/700要求。各觀測點水平位移情況計算結(jié)果詳見圖1。 

　　采用全站儀對部分屋架梁跨中撓度進行檢測， 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)驗算 

　　3.1 剛架結(jié)構(gòu)承載力驗算 

　　對廠房21榀剛架進行計算（以20～22軸為例），當結(jié)構(gòu)水平位移過大達到C級標準的嚴重情況時，考慮水平位移引起附加內(nèi)力對結(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計算軟件建模，按圖1將各柱柱頂增加結(jié)構(gòu)水平位移計算。柱腳采用地腳螺栓連接，建模時假定為鉸接，其它部位為剛接。計算時，梁柱軸線尺寸、截面尺寸、材料強度均取設(shè)計值。？屋面恒載標準值：？0.20？kN/m2？，屋面活載標準值：0.50？kN/m2？。計算結(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)計規(guī)范要求。 

　　3.2 水泥攪拌樁復(fù)合地基承載力及變形計算 

　　根據(jù)廠房的堆載和地基處理情況對水泥攪拌樁復(fù)合地基下臥層承載力及變形進行計算。選取地面堆載20.6KPa，尺寸8m×24m，水泥攪拌樁樁長12m，矩形布樁，Φ550@2000。采用分層疊加法和角點法計算，計算結(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)中心點的平均壓縮變形S1= 155mm，S2=229mm，S= 384mm。 

　　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，下臥軟弱層將會發(fā)生長期而緩慢的次固結(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)計對豎向承載攪拌樁復(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 

　　對于樁基礎(chǔ)，大面積地面荷載一方面會在樁身產(chǎn)生負摩擦阻力，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)承載力驗算可知，邊跨鋼構(gòu)件應(yīng)力比增加明顯。

　　5 綜合鑒定評級 

　　結(jié)合《工業(yè)建筑可靠性鑒定標準》GB50144-2008及其他相關(guān)標準規(guī)范對該廠房主體結(jié)構(gòu)進行如下分析及評定： 

　　5.1 構(gòu)件的鑒定評級 

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

　�。�2）構(gòu)件使用性等級：屋架梁共8處跨中撓度變形超過相關(guān)設(shè)計規(guī)范要求，尚不明顯影響正常使用；按變形項目評定其為b級，其余鋼屋架梁為a級。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；按偏差項目評定其為b級，其余鋼構(gòu)件為a級。鋼構(gòu)件表面防腐層完好，未發(fā)現(xiàn)鋼構(gòu)件嚴重腐蝕致使截面削弱材料性能降低的現(xiàn)象；按腐蝕和防腐項目評定其為a級。 

　　5.2 結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的鑒定評級 

　　（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。綜合評定地基基礎(chǔ)安全性及使用性等級均為B級。 

　�。�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，雖然承載力驗算滿足規(guī)范要求，但對結(jié)構(gòu)整體性存在影響；評定該結(jié)構(gòu)整體性為B級。b級構(gòu)件16個，未出現(xiàn)c、d級構(gòu)件，各計算單元b級構(gòu)件含量不多于30%，承載功能符合規(guī)范A級要求。根據(jù)其所含構(gòu)件使用性等級的百分比確定，b級構(gòu)件15個，未出現(xiàn)c級構(gòu)件，使用狀況符合A級要求。上部結(jié)構(gòu)水平位移使用性等級參照結(jié)構(gòu)的承載功能等級評定其使用性等級為B級。綜合評定上部承重結(jié)構(gòu)安全性等級及使用性等級為B級。 

　　（3）圍護結(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。綜合評定圍護結(jié)構(gòu)系統(tǒng)安全性及使用性等級均為B級。 

　　6 結(jié)論 

　　綜上所述，目前廠房工程可靠性等級評定為二級；地面沉降是由于設(shè)計對豎向承載攪拌樁復(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 

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