魏春明 WEI Chun-ming；吳凡宇 WU Fan-yu；張賀 ZHANG He；吳碧橋 WU Bi-qiao；蘆開春 LU Kai-chun；李勝才 LI Sheng-cai；姜治軍 JIANG Zhi-jun

（①江蘇省華建建設(shè)股份有限公司，揚(yáng)州 225000；②揚(yáng)州大學(xué)建筑科學(xué)與工程學(xué)院，揚(yáng)州 225000）

1 引論

建工科技園科技產(chǎn)業(yè)區(qū)項(xiàng)目位于揚(yáng)州市廣陵區(qū)文昌東路北側(cè)，臨灣路東側(cè)，迎賓路南側(cè)，總建筑面積約249168.99m2。如圖1 所示，本工程主要包括A1#、A2#、A3#、A4#四棟主樓，一棟綜合商業(yè)樓。其中A1#樓17 層，規(guī)劃高度84m，A2#、A3#樓23 層，規(guī)劃高度114m，A4#樓15 層，規(guī)劃高度69.9m，綜合商業(yè)樓5 層，規(guī)劃高度24m。所涉及鋼連廊如圖2 位于A2 與A3 樓之間，跨度43.7m，連廊上弦砼結(jié)構(gòu)標(biāo)高99.3m（屋面層），下弦砼結(jié)構(gòu)標(biāo)高90.45m（22 層），其中22 層層高4.5m，23 層層高4.35m，連廊主梁軸線寬度8.400m，兩側(cè)各外挑1.25m，梁端與主樓型鋼混凝土柱剛性連接。因鋼連廊的安裝高度高，結(jié)構(gòu)桿件自重較大。若采用常規(guī)的分件高空散裝，不但高空組裝、焊接工作量巨大，而且存在較大質(zhì)量、安全風(fēng)險(xiǎn)，施工的難度較大。故本工程參考已完成相似案例[1-2]，鋼連廊部分施工思路為通過場(chǎng)外加工、地面拼裝、高空整體拼裝的過程實(shí)現(xiàn)一次安裝成形。由于鋼連廊的板件和螺栓會(huì)存在負(fù)公差[3]、工人在焊接鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件時(shí)出現(xiàn)殘余應(yīng)力[4-5]以及高空整體安裝存在安裝誤差等因素，導(dǎo)致鋼連廊在施工完成后的承載力達(dá)不到設(shè)計(jì)承載力。為確保鋼連廊的承載力能夠滿足其使用要求，需對(duì)已完成施工后的鋼連廊進(jìn)行承載力評(píng)估。此次對(duì)鋼連廊承載力評(píng)估采用靜載試驗(yàn)[6-7]。靜載試驗(yàn)是利用物理力學(xué)方法來測(cè)定結(jié)構(gòu)在靜荷載作用下的反應(yīng)，分析、判定結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)與受力情況，評(píng)定結(jié)構(gòu)的可靠程度。由于靜載試驗(yàn)加載速度小，結(jié)構(gòu)變形緩慢，可以不考慮加速度引起的慣性力，使其成為工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn)中最基本和最廣泛使用的手段。

圖1 本項(xiàng)目總體規(guī)劃圖

圖2 鋼連廊現(xiàn)場(chǎng)圖

2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與準(zhǔn)備

2.1 試驗(yàn)方法與布置

依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的條件，因高層建筑的消防水易取且易排放，既保證了試驗(yàn)的可操作性、節(jié)約了成本，又保證了鋼連廊可以均勻的受荷載，故采用水壓靜載試驗(yàn)的方式來進(jìn)行加載。水荷載布置范圍如圖3 所示。

圖3 水荷載范圍及擋墻布置圖

測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)水管流量，根據(jù)水管位置，規(guī)劃引水管布置路線，確定每級(jí)加載所需注水時(shí)間。同時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備好若干寬度為0.5m 的長(zhǎng)方形模板。將其豎起，以模板寬為高，按圖3 所示擋墻位置，繞著頂板的水溝以及連廊與塔樓的交界處，豎起高0.5m 的四面環(huán)形模板擋墻如圖4。將準(zhǔn)備好的防水膜按圖3 所示范圍鋪開，并沿著擋墻向外延伸，直到將接觸水的一側(cè)的模板墻全部包住，并用丁基膠帶在模板墻外側(cè)固定住防水膜，起到底板與模板擋墻同時(shí)防水的作用。至此，放水條件已形成如圖5 所示。

圖4 擋墻安裝圖

圖5 水膜鋪設(shè)完成圖

2.2 加載制度

本次試驗(yàn)中，加載的總水均布?jí)毫δ繕?biāo)為1.5kN/m2，總加載的水壓力所對(duì)應(yīng)的蓄水高度為0.15m。本次試驗(yàn)采用三級(jí)分級(jí)加載制度。具體的分級(jí)如表1 所示。各級(jí)荷載靜置時(shí)間為70min，其中60min 為結(jié)構(gòu)充分變形時(shí)間，后續(xù)的10min 為測(cè)量、讀取頂板與底板的跨中處撓度數(shù)據(jù)時(shí)間。

表1 加載等級(jí)與蓄水高度對(duì)應(yīng)表

2.3 測(cè)量方法

本次對(duì)鋼連廊安全性的評(píng)估通過測(cè)量連廊頂板與底板的跨中處的撓度變化，來計(jì)算連廊整體的剛度。為了能夠準(zhǔn)確測(cè)量連廊頂板和底部跨中的撓度變化，在連廊頂部放置2 臺(tái)水準(zhǔn)儀，連廊頂部A2、A3 樓內(nèi)柱上各貼一個(gè)標(biāo)尺如圖6，連廊頂部跨中放置一把塔尺如圖7。底板處樓層（22F）處放置2 臺(tái)激光水準(zhǔn)儀，連廊底部（22F）A2、A3 樓內(nèi)柱上各貼一個(gè)標(biāo)尺，在連廊底部（22F）跨中位置放置一把塔尺。儀器具體放置位置如圖8 所示。儀器放置完成后，根據(jù)制定的分級(jí)加載使用消防水進(jìn)行加載如圖9 所示，用三角尺固定在地面上進(jìn)行水位測(cè)量如圖10，并按照預(yù)定方案進(jìn)行靜置和測(cè)量撓度。

圖6 樓內(nèi)標(biāo)尺圖

圖7 跨中塔尺圖

圖8 塔尺與水準(zhǔn)儀、水平儀布置圖

圖9 放水加載圖

圖10 測(cè)量水位圖

測(cè)量變量為連廊底板和頂板的跨中處撓度數(shù)據(jù)，撓度的變化是通過確定桁架上標(biāo)定點(diǎn)與樓內(nèi)標(biāo)尺標(biāo)定點(diǎn)高程差的變化，從而計(jì)算桁架撓度的變化。使用水準(zhǔn)儀或激光水平儀讀取跨中塔尺的數(shù)值，如圖11 所示，為保證可能存在的單次讀取誤差，應(yīng)對(duì)同一級(jí)加載的跨中撓度進(jìn)行多次測(cè)量取平均值，因此每一級(jí)加載每個(gè)測(cè)點(diǎn)可取得多個(gè)撓度數(shù)據(jù)。

圖11 讀取跨中塔尺數(shù)值圖

3 理論模型分析

3.1 分析模型

為了求得該結(jié)構(gòu)的理論承載能力和變形，本節(jié)對(duì)該連廊結(jié)構(gòu)進(jìn)行了有限元數(shù)值分析[8-9]，模型如圖12。因連廊兩端設(shè)計(jì)為與樓內(nèi)柱剛接，且樓內(nèi)型鋼混凝土柱剛度較大，故連廊主梁端部在模型中設(shè)置為固接支座約束。為了與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的一致性[10]，模擬分析采用與靜載試驗(yàn)相同的荷載與加載分級(jí)。水荷載的加載范圍如圖13。

圖12 鋼連廊模型圖

圖13 水荷載加載范圍圖

3.2 分析結(jié)果

使用模型按照與試驗(yàn)相同的各級(jí)加載方法進(jìn)行加載變形如圖14 所示。各級(jí)加載的相對(duì)撓度數(shù)據(jù)如表2 所示。其中相對(duì)撓度為各加載級(jí)較加載前測(cè)量點(diǎn)撓度的變化值。

表2 鋼連廊各級(jí)加載相對(duì)撓度表

圖14 各級(jí)加載后變形圖

4 試驗(yàn)結(jié)果與分析

4.1 測(cè)量結(jié)果

經(jīng)測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)所得到的標(biāo)高及根據(jù)標(biāo)高計(jì)算出的跨中撓度如表3 所示。1～3 級(jí)頂板跨中相對(duì)撓度平均值分別為：1.05mm、2mm、2.95mm；底板跨中相對(duì)撓度平均值分別為：0.2mm、0.45mm、0.65mm。

表3 試驗(yàn)結(jié)果記錄表

4.2 結(jié)果分析

依據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》GB50068-2018[11]的8.2.4 條：對(duì)持久設(shè)計(jì)狀況和短暫設(shè)計(jì)狀況，應(yīng)采用作用的基本組合。在可靠性檢驗(yàn)時(shí)，有限元分析所得撓度在與試驗(yàn)測(cè)得的撓度進(jìn)行對(duì)比時(shí)，應(yīng)采用基本組合值計(jì)算。以有限元分析所得撓度作為標(biāo)準(zhǔn)值，則基本組合值=標(biāo)準(zhǔn)值*分項(xiàng)系數(shù)，根據(jù)GB50068-2018 的8.2.9 條分項(xiàng)系數(shù)應(yīng)取1.5。所得基本組合值為理論撓度。有限元分析所得的數(shù)據(jù)及其對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值如表5。A 測(cè)點(diǎn)試驗(yàn)所得撓度與理論撓度對(duì)比如圖15、B 測(cè)點(diǎn)試驗(yàn)所得撓度與理論撓度對(duì)比如圖15。試驗(yàn)測(cè)得的A 測(cè)點(diǎn)最大撓度為3.1mm，A 測(cè)點(diǎn)撓度理論值為4.28mm；試驗(yàn)測(cè)得的B 測(cè)點(diǎn)最大撓度為0.7mm，B 測(cè)點(diǎn)撓度理論值為0.94mm。依據(jù)《城市橋梁檢測(cè)與評(píng)定技術(shù)規(guī)范》CJJ/T233-2015[12]對(duì)試驗(yàn)值和理論值進(jìn)行對(duì)比，作為結(jié)構(gòu)整體受力性能的評(píng)價(jià)依據(jù)，見公式（1）。

圖15 A、B 測(cè)點(diǎn)測(cè)量撓度與理論撓度對(duì)比圖

其中δ 為校驗(yàn)系數(shù)，Se為試驗(yàn)相對(duì)撓度，Ss為理論相對(duì)撓度。δ≤1，否則判定其承載能力不滿足要求。A、B 測(cè)點(diǎn)的校驗(yàn)系數(shù)如表4 所示，其中δmax=0.73，δmax≤1，鋼連廊承載能力滿足要求。

表4 A、B 測(cè)點(diǎn)校驗(yàn)系數(shù)表

根據(jù)公式（2）對(duì)連廊頂板跨中和底板跨中的等效剛度K 分別進(jìn)行計(jì)算：

表5 不同加載等級(jí)下的等效剛度值表

5 結(jié)論

通過理論分析與靜壓試驗(yàn)依據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》GB50068-2018 和《城市橋梁檢測(cè)與評(píng)定技術(shù)規(guī)范》CJJ/T233-2015 對(duì)揚(yáng)州建工科技園A2～A3 雙塔樓間高空鋼連廊的承載能力進(jìn)行評(píng)估。經(jīng)試驗(yàn)得到鋼連廊的最大校驗(yàn)系數(shù)為δmax=0.73≤1，連廊實(shí)測(cè)剛度為理想模型的96%，均滿足設(shè)計(jì)和驗(yàn)收要求。