倪 源

(常州市金壇區(qū)建設工程管理中心，江蘇 常州 213200)

隨著我國經濟的迅猛發(fā)展，鋼結構屋面由于具備適用范圍廣、綜合經濟效益好、施工周期短、抗震性能好、綠色節(jié)能環(huán)保等優(yōu)越性而被廣泛運用。但由于極端風雪天氣發(fā)生的概率越來越大，對我國的鋼結構造成了不同程度的破壞，導致經濟受損甚至造成人員傷亡，無疑給中國鋼結構的研究學者敲響了警鐘[1]。為了加強輕鋼結構在極端風雪天氣下的承載能力，減少因為風雪天氣造成的損失，2001年路軍等人強調了堆雪效應對鋼結構屋面女兒墻產生一系列的安全隱患，2005年費立連等人通過對一輕鋼結構實例進行分析得出缺乏必要的屋面支撐將會影響鋼結構的整體穩(wěn)定性，2009年張?zhí)旆宓热搜芯堪l(fā)現一系列的設計失誤將導致鋼結構房屋在雪荷載達到69%的作用下倒塌，2011年李文嶺結合鋼結構的破壞實例分別從設計、施工、使用方面分析了鋼屋面破壞的機理。本文通過處理一起冰雪災害下某排架結構鋼屋面受損實例，避免其因設計和施工缺陷導致的質量問題，提出了相關的處理方案，通過優(yōu)化方案提出了該質量問題出現后的一系列整改措施，切實提升鋼結構屋面的抗冰雪能力[2]。

1 工程概況

鋼排架結構由于施工方便、造價低、自重輕、用鋼量少等優(yōu)點，逐漸取代了其他結構形式的廠房。但該類結構體系廠房的鋼結構屋面由于設計及施工較為簡單，在設計、施工甚至監(jiān)理過程中受到的重視程度不足，其由于自重較輕，成為雪災中遭受破壞較為嚴重的主要鋼結構形式。鋼結構廠房內一般都會存在生產設備，生產線上有工人，若一旦存在質量問題，將會造成廠房內設備損壞甚至人員傷亡等重大損失。該典型案例為23 m跨排架結構廠房，縱跨尺寸為72 m，屋蓋坡度為6%，兩端及中間部位設置了柱間支撐和屋面橫向水平支撐；屋面鋼檁條采用冷彎薄壁型鋼，材質為Q235-A，檁距為1.5 m；屋面拉條規(guī)格為φ14圓鋼，屋面拉條跨中設置一道，屋面撐桿為φ12圓鋼+φ32×2.0套管；斜拉條和壓桿組成的桁架結構體系分別設在檐口和屋脊處；隅撐規(guī)格為L50×5角鋼；屋面采用100 mm厚巖棉彩鋼夾芯板。

2 現場查勘

經現場查勘，2018年1月4日該建筑屋面邊跨發(fā)生了變形，檁條的翼緣及腹板發(fā)生彎扭屈曲破壞，進而導致檁條失穩(wěn)破壞，局部屋面拉條存在脫落現象，局部固定在屋面檁條上的屋面隅撐出現掉落現象，如圖1所示。

3 鋼屋面受損原因分析

3.1 設計方面原因

檁條的作用為固定屋面板使其形成整體的蒙皮效應，以加強屋面的整體剛度，并承擔屋面?zhèn)鱽淼暮奢d將其傳遞給鋼梁。核對設計施工圖紙，檁條表達方式存在問題，材料選用表中為Z型截面形式，但詳圖表達方式存在C型截面。屋面檁條的支撐方式主要為連續(xù)檁條和簡支檁條，Z型截面一般為連續(xù)檁條，其在支座處做一定的搭接來保證彎矩、剪力的完全傳遞，來更好的充分利用材料強度[3]；根據規(guī)范要求，搭接長度構造要求不小于跨度的10%，若檁條荷載較大，搭接長度應根據計算結果加大。C型截面一般為簡支檁條，簡支檁條在支撐處不產生彎矩，最大彎矩值出現在跨中屬靜定結構，所以相鄰檁條在支撐處不需要搭接[4]。

拉條詳圖中拉條的位置不滿足要求。由于屋面板與檁條間存在一定的位移，屋面板對檁條的上翼緣無法約束，導致檁條發(fā)生局部屈曲破壞。GB 51022—2015門式剛架輕型房屋鋼結構技術規(guī)范要求，拉條可設在距檁條1/3腹板高度范圍內，張緊的拉條能夠對檁條的上翼緣產生有效約束來避免發(fā)生屈曲破壞[5]，詳見圖2。

屋面邊跨的檁條強度不滿足要求。根據GB 50009—2012建筑結構荷載規(guī)范[6]第7.2.2條第1條：屋面板和檁條按積雪不均勻分布的最不利情況采用。該廠房為坡屋面，積雪分布不均勻，檁條設計應考慮積雪分布最不利情況，設計邊跨的檁條應給予適當加強。按照原設計施工圖紙復核，邊跨的受彎強度與擾度計算不滿足要求。

3.2 施工方面原因

由于施工圖表達不嚴謹，沒有明確說明檁條為連續(xù)檁條，僅僅在“隅撐連接詳圖”中有檁條套接，但支座處詳圖使用C型檁條。在工程開工前，設計單位未有針對性地實施設計交底，使得施工單位理解成簡支檁條，現場按照簡支檁條實施了施工。按實測截面復核計算，檁條的截面受彎強度與擾度計算不滿足要求。

施工時夾芯板與檁條的構造不滿足要求?，F場發(fā)現檁托板存在漏設現象，無法保證檁條擱置在鋼梁上的穩(wěn)定性。根據《壓型鋼板、夾芯板屋面及墻體建筑構造》01J925-1中夾芯板的相關要求，調查發(fā)現在夾芯板與檁條連接處未設置自攻螺釘，降低了夾芯板與檁條緊固連接點的穩(wěn)固性和剛度。

3.3 外部環(huán)境原因

由于該地區(qū)持續(xù)降雪，經統(tǒng)計該地區(qū)的降雪量、降雪的荷載超過了荷載規(guī)范雪荷載取值的2%，在較大的雪荷載作用下出現了屋面邊跨變形現象。

4 整改方案

根據現場的查勘與原因分析，施工單位提出了三種整改方案，見表1。

表1 三種整改方案

為了確保鋼結構屋面結構剛度和穩(wěn)定性符合要求，同時考慮整改的經濟性，建設單位邀請了有關建筑施工技術專家召開了整改方案會議，會議由建設單位負責主持召開，設計單位項目負責人、監(jiān)理單位總監(jiān)、鋼結構施工單位項目經理、專家等相關人員到場，會議分為以下幾步：

1)建設單位簡單介紹了屋面變形的情況及現場查勘的結果。2)專家查閱了相關圖紙及計算書，并從設計、施工、外部環(huán)境等分析了屋面變形的原因。3)施工單位介紹了三種整改方案。4)專家查閱了三種方案的計算書并分析了三種方案。

方案一采用鍍鋅方管替換后，鍍鋅方管的受力性能強于原檁條設計方案，但需替換所有屋面檁條，施工難度較高且改變原結構受力構件。方案二保持現有受力狀態(tài)的條件下對屋面進行加固，施工難度一般且綜合造價最優(yōu)，但需全面核實屋面板與檁條連接處是否設置自攻螺釘，以保證檁條與屋面板的可靠連接，對于變形較大的檁條，因受力性能已損失應放棄。方案三是建立在檁條扭轉變形可完全恢復其受力狀態(tài)，對其受力性能損失進行加固；但檁條的應力損失無法用數值估量，且該方案僅對檁條支座處進行了加固，未考慮檁條中間處變形損失。綜上所述，專家建議選擇方案二，但整改細節(jié)仍需完善，需增加屋面板變形后的恢復處理及屋面板恢復后其接縫處的相關整改措施。

5 整改情況

按照專家意見，經綜合考慮，建設單位選擇了方案二，由原施工單位制定了《排架屋面整改專項施工方案》，該方案包含了工程概況、編制依據、施工計劃、施工工藝技術、施工質量安全技術保障措施、施工管理及作業(yè)人員配備和分工、驗收要求、應急處置措施、計算書及相關施工圖紙等，并明確了以下幾點：1)側向變形和扭轉超過規(guī)范值的檁條應予以更換，建設單位與施工單位共同排查并通過現場測量來確定需要更換的檁條。2)側向變形和扭轉未超過規(guī)范值的檁條，施工單位實施糾正至原狀并按設計要求增加拉條數量。3)增加原規(guī)格檁條，并對檁條進場實施見證取樣檢測，進一步保證檁條的抗拉強度符合設計要求。4)檁條整改完成后，逐一核實屋面板與檁條連接處設置自攻螺釘情況，確保整體的剛度和穩(wěn)定性。該方案經施工單位技術負責人審核簽字、加蓋單位公章，并由總監(jiān)理工程師審查簽字、加蓋執(zhí)業(yè)印章后方可實施。施工單位在約定的期限內進場整改，監(jiān)理單位檢查、記錄整改過程，建設工程質量監(jiān)督人員定期檢查施工單位的整改進度。通過不斷的跟蹤落實，保證各責任單位履行整改職責。整改完畢后由建設單位組織責任主體共同檢查驗收，形成書面驗收文件。

6 結語

本文通過對該工程事故的調查處理，鋼結構屋面的設計應從構造措施、荷載取值等多方面綜合考慮，提升荷載組合提高輕鋼結構的安全儲備，同時根據工程的實際情況合理選取結構體系，應避免設計圖紙的失誤，工程開工前做好設計交底工作。施工單位在施工過程中應按圖施工，若發(fā)現存在設計問題應及時通過建設單位向設計單位反映，要求設計單位修改或優(yōu)化圖紙，以免造成更大的損失。