构件强度
处理完结构的稳定性问题,其次就是构件的强度问题。我们要根据不同的结构形式采取不同的现代测试技术获取必要的结构功能参数指标,如排架柱为钢筋混凝土柱时采用钻芯法、回弹法、回弹法加钻芯强度修正的方法检测混凝土抗压强度;焊缝强度采用超声波探伤检测焊缝内部缺陷;钢板强度采用里氏硬度检测钢材牌号。
强度问题其实就是指结构或者单个构件在稳定平衡状态下由荷载所引起的大应力是否超过建筑材料的极限强度,因此,这是一个应力问题。极限强度的取值取决于材料的特性,对混凝土等脆性材料,可取它的大强度,对钢材则常取它的屈服点。构件强度低,则会使结构承载力不足,显着影响结构正常使用功能和抗震能力。
处理完上部结构检测工作后,就是基础的稳定问题了。一般采用高精度全站仪对排架柱、房屋四角的倾斜量进行量测判断结构变形状况;必要时对房屋进行沉降观测以判断基础是否稳定。
该钢结构牌位于商场顶楼,主体结构为钢结构,牌安为单面牌。为了解该牌目前的使用状况及是否满足安全性要求,受深圳市宝安区委宣传部委托,深圳市建筑工程检测检测有限公司依据《户外设施钢结构技术规程》CE148:2003等现行相关标准于2016年10月赴现场进行了检测,现根据现场检测和分析计算结果提出该牌的结构安全性检测报告。
1 检测检测的内容、仪器及依据
2.1 检测检测内容
根据委托方提供的资料,结合本工程的具体情况,检测检测的主要内容如下:
(1) 对钢结构主要构件尺寸核查;
(2) 钢结构外观变形、锈蚀情况检查;
(3) 检查钢结构使用过程中的损伤情况;
(4) 检测钢结构焊缝的外观质量;
(5) 柱脚锚栓检查;
(6) 根据实际检测结果以及相关资料对结构进行整体验算,给出安全检测结论和使用建议。
2.2 检测检测仪器
(1)焊缝检验尺(I型)
(2)涂层测厚仪(MINIEST2100)
(3)磁粉探伤仪(Y1-AC Y0KE)
(4)超声测厚仪MVX
(5)手持式激光测距仪(PD30型)
(6)游标卡尺(0.02mm)
(7)钢卷尺(5m)
(8)电子经纬仪(ET-02型)
2.3 检测检测依据
对该项目的检测主要依据以下标准进行:
1、《钢结构设计规范》(GB 50017-2003)
2、《钢结构工程施工质量验收规范》(GB 50205-2001)
3、《工程测量规范》(GB 50026-2007)
4、《建筑结构荷载规范》(GB 50009-2012)
5、《户外设施钢结构技术规程》(CE 148:2003)
6、《焊缝无损检测超声检测技术、检测等级和定》(GB/T 11345-2013)
7、《建筑钢结构焊接技术规程》(JGJ 81-2002);
8、委托方提供的相关资料;
9、检测检测合同。
3 钢柱脚预埋板、地脚螺栓检测
柱脚预埋板与钢柱角焊缝焊接,肋板与钢管柱及底板均采用焊缝焊接,肋板厚20.0mm
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。
1、户外广告牌结构的钢材选用,应符合GB 50017的规定。
2、采用牌号为Q235、Q345的钢材时,其性能应分别符合GB/T 700和GB/T 1591的规定。
3、户外广告牌结构的钢材采用冷弯薄壁型钢,应符合GB 50018的有关规定。
4、手工焊接采用的焊条,应符合GB/T 5117或GB/T 5118的规定。选择的焊条型号应与主体金属强度相适应。
5、自动焊接或半自动焊接采用的焊丝和焊剂,应与主体金属强度相适应。焊丝应符合GB/T 14957的规定。
6、普通螺栓应符合GB/T 5780和GB/T 5782的规定。
7、高强度螺栓应符合GB/T 1228、GB/T 1229、GB/T 1230、GB/T 1231或GB/T 3632、G13/T 3633的规定。
8、混凝土的强度等级、力学性能指标和质量标准应分别符合GB 50010和GBJ 107的规定。
9、当户外广告牌结构选用钢管混凝土作立柱时,钢管混凝土结构可采用普通混凝土,其强度等级不应低于C30。
10、当采用其他新材料时,应符合现行有关标准的规定。
户外钢结构牌的安全事故主要有两种: 一是钢结构部分或整体垮塌; 二是电气安全, 包括电器漏电、防雷不当引起雷击。其中, 钢结构失效是常见的事故。牌钢结构的验收应考虑以下环节: 钢结构设计、钢结构施工、钢结构的维护。目前, 户外牌多设置在城市内, 使用期限一般少则3年, 多则10 年以上, 户外牌钢结构一旦发生事故, 极易造成群伤事故。为保证户外牌钢结构的安全, 就必须从钢结构设计、钢结构施工开始严格控制, 钢结构的日常维护必须严格按相关要求进行操作。我公司为第三方检测机构。通过了省技术审,通过了省技术认可,本公司内设行政办公室、经营管理室、建材检测室、结构检测室、功能检测室五个部门,所有检测人员均通过严格培训,并持证上岗。公司下设材料检测室、地基基础检测室、主体检测室、钢结构检测室、综合室及财务室。各种检测设备200余套。公司现有办公、试验场所建筑面积1070m2,其中恒温面积60 m2,室外面积200 m2,检测用房面积650 m2,各检测室采光充足,布局合理,线路整齐,面积及环境条件要求满足检测需要。钢结构设计:
钢结构的设计是重要的环节, 直接决定了整个钢结构的安全状况, 户外牌钢结构要求有的设计单位进行设计。在户外牌结构上的荷载分为荷载和可变荷载。荷载有结构自重、附着物重、水浮力、落地牌的土重、土压力或地基变形对结构承载力的影响。可变荷载有风荷载、常遇地震作用荷载、安装或检修荷载、温度变化等。在户外牌上的荷载应按《建筑结构荷载规范》G009 的规定采用。户外牌设计, 应根据可能同时出现的作用荷载, 选择下列荷载组合:
组合I: 可变荷载与荷载的组合。
组合II: 施工阶段, 应根据可能出现的施工荷载( 如结构
自重、脚手架、材料机具、人群、风力等) 进行组合。
组合Ⅲ: 重力荷载与地震作用荷载相组合。
风荷载是户外牌结构主要的可变荷载, 主要的户外
钢结构牌失效倒塌是由风荷载引起。作用在户外牌
结构上的高度z 处单位面积风荷载标准值Wk 按下式计算:
Wk =βzμsμzW0
Wk———风荷载标准值( kN/ m2) ;
Wo———基本风压( kN/ m2) ;
βz———高度 z处的风振系数;
μs———风荷载体型系数;
μz———高度 z处的风压高度变化系数。
落地牌结构应考虑由脉动风引起的风振影响, 当结构的基本自振周期小于0.25s 时, 可不考虑风振影响。建筑墙面上牌宜与建筑物一体考虑风振影响。建筑物屋顶上牌除应与建筑物一体考虑风振影响外, 还要考虑牌自身的基本自振周期来验算其风振影响。地震作用的计算可参照《建筑抗震设计规范》GB 50011的规定进行。在地震设防烈度为7 度地区的户外牌钢结构必须进行抗震设计。特别是、多层建筑的屋顶牌和墙面牌, 在有条件时应与建筑物同时考虑地震共同作用。对于牌的悬挑桁架、悬臂梁等外伸结构, 还应考虑竖向地震作用。户外牌钢结构的选型、布置和构造应便于制作、安装、安全维护并使结构受力简单明确, 减少应力集中。
房屋建筑结构复核:在委托方提供的设计图纸的基础上,对被检测区域进行结构复核。复核内容主要为:结构体系、构件材料类型、构件截面尺寸与设计图纸是否相同;房屋层高与设计图纸是否相同;检查B1层厨房间楼板的损伤状况;采用回弹法检测B1层楼板混凝土强度等级;采用钢筋探测仪抽查厨房间楼板配筋与原设计图纸是否一致;并采用局部破损的方式复核钢筋直径与原设计图纸是否相同。
(3)安全性计算:根据现场检测情况,复核楼板承载力是否满足安全性要求。
(4)根据检测计算结果,提出意见建议,出具楼板承载力专项检测报告。
位于虹口区东大名路某保险行业巨头企业委托我公司对其厨房间楼板承载力专项检测。地下3层,地上18层,主体为现浇框架-剪力墙结构该房屋2010年11月竣工验收,2012年10月入驻使用。本次检测楼板位于B1层,目前楼面铺设大理石地砖。该层楼板为现浇无梁楼盖形式,基本柱距为9000mm,柱帽尺寸统一为1600mm×1600mm。板、柱设计强度均为C30,楼板设计厚度为180mm,设计配筋为双层双向C14@150。 B1层厨房间区域原设计使用功能为综合用房,目前已将其改造成厨房间,使用功能发生改变。经介绍,本房屋未有火灾、结构大修等情况发生。 目前,已将B1层X3~X5/XQ~XS轴线附近区域改成厨房间,并增加轻质隔墙分隔各功能区域。为了解厨房间区域楼板的结构安全性情况,特委托我方检测站对厨房间区域的楼板承载力进行专项检测。
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