有很多人会问,检测检测分为几个等级?其实这个早就已经由国家出具《危险房屋检测标准》明确规定,危险房屋是指房屋主体结构已严重损坏,或重要构件已属危险构件,随时可能丧失稳定和承载能力,不能保证居住和使用安全的房屋。从房屋地基基础、主体承重结构、围护结构的危险程度,结合环境影响以及发展趋势,经安全性检测和估,可将房屋定为A、B、C、D四个等级,其中C、D级就是通常说的危房。如果是危房的话就可能会设置房屋加固或者房屋翻建,甚至拆除。
A级:结构承载力能满足正常使用要求,无危险点,房屋结构安全。
B级:结构承载力基本能满足正常使用要求,个别结构构件处于危险状态,但不影响主体结构,基本满足正常使用要求。
C级:部分承重结构承载力不能满足正常使用要求,局部出现险情,构成局部危房,一般需要加固或局部改造。
D级:承重结构承载力已不能满足正常使用要求,房屋整体出现险情,构成整幢危房,一般应整体拆除。
通过对某牌钢构架的受力分析,指出对于那些位于建筑顶部的牌应该进行计算分析,以确保在大风荷载下的安全性。
1、钢构架概况
某钢构架牌,位于长江边某建筑顶部,高12m ,宽30m ,是一个霓虹灯。甲方将牌委托给一个小公司制作安装。该公司初凭经验设计了该牌的钢构架,选用的是 50 等边角钢。后来甲方觉得牌所处位置太高,又在江边,风荷载很大,故又委托作者验算该钢构架是否安全。由于牌钢构架是一个空间结构,作者采用着名的有限元程序ANSYS5. 6 进行了计算。钢构架的立面和轴侧。构架底部支座位于主体结构的梁上,通过膨胀螺栓连接。右边缺口部分是建筑物的水箱,钢筋混凝土做成,构架支座也可用膨胀螺栓与其连接。
2. 2 计算分析方法
钢构架主要承受风荷载,其参数取值如下:
(1) 根据《建筑结构荷载规范》G009 - 2001 ,维护结构的风荷载标准值按下式计算:
w k = βgz μs μz w0 (1)
(2) 根据G009 - 2001 ,取地面粗糙度为B类,牌距地面90~95m ,阵风系数βgz为1. 515 ,风压高度变化系数μz 为2. 055 。由于牌附属在主体结构表面部分的局部风压会超过平均风压,取局部风荷载体型系数μs 为- 2. 0 (负风压) 。风荷载体型系数μs 为1. 3 (正风压) 。
(3) 由于该牌钢架结构表面所设铝合金扣板(每块宽度为100mm) 为隔一设一,故牌钢架的实际受风面积为50 %总面积。根据G009 -2001 规定的“桁架”的体型系数的计算方法,该牌钢架结构可以乘以挡风系数(或透风系数) Φ。挡风系数Φ取为0. 5 。
(4) 根据G009 - 2001 中的全国基本风压分布图,基本风压w0 取为0. 3kN/ m2 。
(5) 按照式(1) 中所列风荷载标准值计算公式,其中μs 为(μs (正风压) + μs (负风压) ) ×Φ。后算得风荷载标准值w k 为1. 541kN/ m2 。经过分析,发现钢构架在风荷载和竖向荷载(重力荷载)作用下,除个别部位以外,杆件的弯矩和剪力都不太大,对多数杆件内力起控制作用的是轴力。计算结果表明,原设计存在以下问题:
(1) 全部采用 50 等边角钢的方案是不安全的。正风作用下杆件大轴压力为147kN ,反风作用下更达到152kN。如果用 50 等边角钢,应力已经超过了容许应力235N/ mm2 。因此,将其中一些部位改用 70 和 63 等边角钢,包括正立面两侧边跨和挑出部分的横杆( 70) ,该部位由于有悬挑,受弯矩和剪力控制;背后斜撑部分的竖直杆、水平杆和竖斜杆( 70) ,轴力控制;正立面两侧挑出部分的斜拉杆( 63) ,轴力控制;背后斜撑部分的中间斜杆( 63) ,轴力控制。
(2) 原设计方案两侧挑出部位没有加斜拉杆,这样会导致该部位的内力更大,更不安全。
(3)原设计支座与建筑主体连接的膨胀螺栓均采用六个,每个螺栓能承受20kN 的拉力,即支座能承受的大拉力为120kN。而计算出来的不少支座的拉力都大于120kN ,正风和反风作用下大的支座拉力分别达到kN 和144kN。估计这正是牌经常被整体吹落的原因。作者根据计算出来的每个支座反力,给出了相应的螺栓数量和布置的建议。根据上述计算分析结果修改后,各杆件的变形和应力均能满足要求。
结构安全复核计算户外牌的安全检测中应对钢结构的设计图纸和计算书给予强度,刚度和稳定(包括抗倾覆)验算复核,但如检测的结构与设计图纸不符或者无计算书则应重新给予结构计算、复核。
1、结构安全复核计算方法
1)原钢结构的设计图纸与计算书比较完善的情况下.而且现场钢结构的勘察与设计图纸又基本符合,这时可以参照原计算书与设计图纸进行安全复核计算。复核的主要内容:对各构件与连接件进行强度、刚度与稳定复核计算.牌整体倾覆稳定性验算与支座的约束反力计算,以及钢结构与基础之间连接件的强度验算与混凝土基础的强度验算。
2)原钢结构的设计图纸与计算书比较完善,但现场钢结构的勘察与设计图纸略有不同,这时可以按现场钢结构的勘察实际结构.并参照原计算书的情况下,按现行设计规程的要求,重新确定户外牌的风荷载与其他主要荷载值.然后运用刚体静力学的平衡方程来计算牌倾覆稳定性.并求解出支座的约束力,再将户外牌的钢结构分解成若干平面桁架,平面钢架结构,按结构力学求解出各构件杆与节点处的轴向力、剪力、弯矩值,随后按钢结构设计规范与《规程》中的设计规定,对各构件与连接件进行强度、刚度与稳定复核。除此之外。还要按空间钢结构的要求来复核各个平面结构的联结杆、剪刀支撑强度、稳定与连接节点的构造要求。所有户外牌的钢结构计算必须满足强度、刚度、稳定(包括倾覆稳定性)的技术要求。接着再根据求解到支座约束反力来验算联接件的强度与混凝土基础与强度。
3)如原钢结构的图纸与现场钢结构的勘察差异较大,而且原计算书又不完善的情况下,甚至设计图纸仅是粗糙的草图。这时应该对现场钢结构重新勘绘.详细画出钢结构实际图纸,必要时应由户外牌的所有权单位请有钢结构设计单位确认后.再进行户外牌钢结构的安全计算。所有的户外牌钢结构安全计算必须明确给出强度、刚度、稳定(包括倾覆稳定性)是否满足设计要求的结论性意见,对不满足设计要求的构件应有具体的计算步骤说明,必要时应提供增强构件承载能力的计算方案与计算结果。
2、结构安全计算程序户外牌钢结构可以使用现有的钢结构计算程序进行分析。计算一般分成结构的线性计算和非线性计算,线性计算针对户外牌钢结构的强度、刚度、位移进行计算;非线性计算还可以对整体钢结构的稳定进行复核。由于目前很多牌存在着安全隐患,牌的安全事故和由此引起的责任纠纷在全国各地越来越多。因此。有关管理部门与牌业主应对户外牌的安全引起关注,特别应该对牌的定期安全检测给予足够的重视。从源头上控制户外牌质量安全事故的发生。
常见的屋顶牌由面板结构、支承体系和支座锚栓组成。
1.1面板结构问题
面板结构由面板和纵横梁组成,面板必须布置纵向和横向支撑。面板结构的问题表现为:面板纵向支撑和横向支撑不完整,面板纵、横梁锈蚀严重,构造连接不到位。
1.2支承体系问题
1.2.1结构布置不合理
屋顶牌钢桁架结构布置不合理,表现为缺失杆件或部分杆件不能与其他杆件有效连接形成桁架,杆件安装
存在随意搭接现象。
例如:某电力公司办公屋顶牌钢桁架杆件布置存在杆件随意搭接、杆件缺失现象。对于缺失杆件的情况,采取的基本方法是补加杆件和节点,使之成为完整的桁架结构,以便完整桁架体系,合理传递风荷载。
1.2.2钢结构杆件长细比偏大
部分屋顶牌采用的杆件长细比偏大,如某办公屋顶牌中,一根受压杆件采用单根角钢L50×4,长为
5.04 m,计算其长细比λ=327,远超过《户外设施钢结构技术规程》第5.4.5条规定的长细比限值。对于长细比超限的情况,通常采用单角钢变双角钢、增加附加杆件、直接选择大截面杆件替代,解决钢结构杆件稳定问题。
1.2.3支撑系统的缺陷
钢桁架与面板结构均需布置支撑系统。布置支撑是为了保证结构的空间工作,提高结构的整体刚度,避免压杆的侧向失稳,承担和传递风荷载水平力,防止风振杆件产生过大的振动,以及保证牌结构的整体稳定性。
从检测实例看,很多公司对牌结构支撑系统不重视,忽略支撑系统的重要性,屋顶牌桁架间支撑不全或支撑缺失,具体表现为:部分屋顶牌设置部分支撑,部分仅采用通长系杆连接各个桁架。
1.3支座设置问题
屋顶牌支座设置位置是首要任务,包括其坐落房屋的屋顶高度(以便确定风载)、结构形式、建造年代。《规程》要求,屋顶牌钢桁架支座与屋顶的柱网布置相协调,以能直接有效承担牌结构传来的支座反力,包括压力、拔力和剪力。检测调查中发现,很多屋顶牌支座位置设置不当,严重超出挑檐沟的承载能力,如遇强台风易导致挑檐沟产生结构性失效,引起牌倒塌事故。《规程》要求:屋顶牌支座可用焊接、结构螺栓或锚栓与屋顶梁或柱中的预埋件连接,且“严禁采用摩擦型膨胀螺栓连接”。但实际中的屋顶牌支座钢板与屋顶之间的连接普遍的做法就是采用膨胀螺栓锚固连接。
结构安全估与处理建议根据现场实测结果,结合相关规范对屋面钢结构设施设计及使用要求的有关规定,该牌现状基本复核相关规范要求,但也存在一定的问题,具体如下所述:
现场根据CJJ 149-2010和CE148:2003等相关规范对牌设置的规范性进行调查。根据检测结果,该牌结构体系在基本规定、结构设计、结构构造以及电气系统设计方面基本满足规范要求,但面板结构纵横向支撑设置不足,防雷系统未与建筑主体防雷系统有效连接。另外,在设施设置要求方面,该牌底部构件高度超过规范适宜高度限值。
根据现场检测结果,该户外钢结构屋面牌设施由西立面主牌和南端副牌两部分组成,面板结构由纵横梁组成,采用镀锌面板及喷绘灯布,但无纵横支撑设置。支撑体系采用悬臂格构式支撑柱,以建筑主体女儿墙作为固定点,支撑柱间上部设置一道格构式纵向支撑,并增设三道格构式支撑柱拉结构件。
根据材料强度检测计算结果,所有测试构件材料强度测试均值为519.6MPa,其中,测试均值为626.2MPa,测试均值为4.4MPa,满足材质为Q345级钢的要求。
根据构件截面尺寸检测数据,参照标准《热轧型钢》(GB/T 706-2008)对型钢尺寸偏差允许值范围的要求,抽检的结构构件的截面尺寸部分肢长不满足规范限值要求。
根据构件涂层厚度检测数据,参照行业标准《城市户外设施技术规范》(CJJ 149-2010)和协会标准《户外设施钢结构技术规程》(CE148:2003)关于钢结构牌构件涂装防腐涂层厚度的要求,本项目所有抽检钢构件表面涂层厚度基本不满足规范要求。
参照协会标准《户外设施钢结构技术规程》(CE148:2003)对立柱安装允许偏差为H/1000的要求,本工程大部分测点均已达到或超过该规范限值要求,但现场未发现因牌结构倾斜造成的焊缝开裂或螺栓松动问题。说明该牌支撑桁架立柱安装误差较大。
根据表观病害现场普查结果,该屋顶设施结构体系表观病害主要表现为以下方面:部分支撑结构节点处存在涂层损伤,构件轻微锈蚀现象;部分面板内侧涂层起皮,个别面板上部区格轻微锈蚀;主面板南部两个立柱下端未设水平支撑(横梁),下部斜杆各缺失一根等。
1、现场进行测绘技术结构设计平面图和框架立面图。对房屋建筑结构平面图和框架立面图的测绘是为检测房屋的混凝土内部结构分析是否能够符合重力和平衡力的要求。 2.识别混凝土结构的组成比例。 一般情况下,为满足居民对墙体坚固性和耐久性的要求,墙体施工中钢筋用量与混凝土用量的比例应为1:2或1:2.5。 根据这一要求,可以使用估师来识别混凝土结构的组成比例。图3。 确定混凝土柱或梁的质量。 在建筑结构检测过程中,如果混凝土结构出现倾斜或裂缝,则可将房屋归类为危险房屋。 确定混凝土结构的承载能力。 建筑结构中的混凝土结构并不单独存在,它的存在是与砌体结构和钢结构并存,对混凝土结构进行荷载估,有利于控制混凝土结构的使用寿命。 在建筑结构砌体结构的检测过程中,检测人员需要对砌体结构的抗震性能、抗倾性能和抗风性能进行检测。
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