符素娥

(上海市建筑科学研究院有限公司，上海市工程结构安全重点实验室，上海 200032)

1 工程概况

上海某剧院建造于2011年，房屋主要功能为以音乐剧为主的多功能剧院及其配套辅助用房，是目前国内最大的下沉式剧院。目前，本工程存在地下室地坪开裂、起砂，墙面开裂、渗水，混凝土构件钢筋锈胀外露，屋面渗漏，室外地坪下沉等现象，对其运营安全造成威胁。

本工程主要由剧院和停车库组成，两区域结构相连，中间未设变形缝，其中剧院地下5层、地上3层，建筑平面呈钻石状，地上部分设计呈流线形，房屋主体结构大部分处于地面以下，其上钢屋盖设计为不规则曲面穹顶，穹顶内设置漏斗形结构，穹顶周边通过不同高度柱斜向支撑于下部混凝土结构上，穹顶平面投影为蛋形，蛋形长短轴分别约为120，70m。

穹顶中间的舞台和观众厅中空，该部分穹顶支撑于舞台和观众厅周边墙体上，舞台和观众厅内部顶盖结构自成体系。停车库地下3层，建筑平面呈矩形，房屋外立面如图1所示。

房屋主体结构为现浇混凝土框架-剪力墙结构，采用钢结构(钢网架及钢桁架组合)屋面及大底板桩-筏基础。建筑抗震设防类别为乙类，设计使用年限为50年，建筑结构安全等级为二级，按7度进行抗震设计，设计基本加速度为0.10g，设计地震分组为第一组，建筑场地类别为Ⅳ类，特征周期为0.9s。剧院剪力墙抗震等级为一级，框架抗震等级为二级。停车库剪力墙抗震等级为三级，框架抗震等级为三级。基础、基础梁及上部结构混凝土构件设计混凝土强度等级为C35。

观众厅及主舞台区域屋面结构采用矩形方钢管交叉桁架结构，南北向为主桁架，如图2，3所示。

尾部悬挑区域、观众厅两侧及漏斗形区域采用双层钢网壳结构，钢网壳结构可根据其平面布置分为4个区域，其中中央靠北侧的漏斗形区域为A区，其余区域自北向南依次划分为B，C，D区(东西向结构对称布置)，如图4所示。

北侧网壳以斜柱和漏斗形区域刚性环为支撑，观众厅两翼处的网壳以斜柱和剪力墙为支撑，舞台四周的网壳以2道剪力墙为支撑，观众厅及舞台屋面钢桁架两端支撑在剪力墙上。

2 现场检测

2.1 建筑结构复核

现场对房屋建筑平面分隔、填充墙墙体材料、使用功能、结构平面布置等进行调查，对照原设计图纸发现，除剧院区域外围护墙内侧200mm厚离壁衬套砖墙改为轻钢龙骨板墙外，房屋建筑、结构平面布置与原设计基本相符。

采用钢卷尺、游标卡尺及测厚仪对主要承重构件截面尺寸、连接节点形式及混凝土构件钢筋配置进行检测，检测结果表明，房屋主要承重构件截面尺寸、钢结构主要连接节点形式及连接件截面尺寸、混凝土构件钢筋配置均与原设计基本相符。

2.2 材料强度检测

现场采用混凝土回弹仪对构件混凝土强度进行抽样测试，以混凝土强度推定值作为评定混凝土强度的标准，同时利用取芯机在部分构件上钻取芯样，用以修正回弹法测试结果。检测结果表明，剧院区域混凝土构件实测抗压强度推定值为36.4MPa，达到设计强度等级C35要求。停车库区域混凝土构件实测抗压强度推定值为39.1MPa，达到设计强度等级C35要求。

采用里氏硬度计抽样检测房屋观众厅屋面钢桁架、舞台屋面钢桁架、屋面钢网壳构件里氏硬度，对其抗拉强度进行推定。检测结果表明，观众厅屋面钢桁架构件抗拉强度特征值为475～496MPa，舞台屋面钢桁架构件抗拉强度特征值为493～512MPa，屋面钢网壳及幕墙构件抗拉强度特征值为449～503MPa，基本达到设计强度等级Q345要求。

2.3 钢构件焊缝质量检测

现场对桁架柱、桁架梁及平台梁连接节点焊缝外观质量进行抽样调查，结果表明，焊缝表面未见明显气孔、夹渣、裂纹、焊瘤等外观质量缺陷。

现场采用超声波探伤仪对典型桁架柱、桁架梁及平台梁连接节点焊缝内部缺陷进行检测，检测结果表明，抽检区域观众厅屋面桁架、舞台屋面钢桁架下弦与下弦间相贯焊缝及室外剧院下弦球中部相贯焊缝内部质量满足一级焊缝质量等级要求。

2.4 钢结构涂装质量检测

根据设计图纸及施工资料，观众厅屋面钢桁架、舞台屋面钢桁架采用厚型防火涂料涂装，其余区域采用超薄型防火涂料涂装，现场采用涂层厚度仪及游标卡尺抽样检测观众厅屋面钢桁架、舞台屋面钢桁架、屋面钢网壳等区域构件漆膜厚度。检测结果表明，观众厅及舞台屋面钢桁架涂层厚度为9.5～19.5mm，该厚度相对设计及施工要求偏小，且离散性较大；屋面钢网壳等区域涂层厚度为361.1～994.4μm，该厚度相对设计及施工要求偏小，且离散性较大。

2.5 房屋损伤状况调查

房屋损伤状况调查结果表明，停车库两端局部顶板开裂(表现为角部存在45°斜裂缝或沿框架梁边缘开裂)且伴有水渍(局部修补痕迹)，如图5所示；少量混凝土构件钢筋锈胀外露、混凝土剥落；舞台及观众厅屋面钢桁架多处钢构件表面防火涂料开裂、破损、局部脱落；屋面钢网壳结构多处杆件涂层老化、开裂、局部脱落且表面锈蚀，局部区域构件表面有水渍；地下结构外围护墙多处存在大面积渗水痕迹，涂料起皮剥落，剧院区域外围护墙内衬板墙龙骨普遍锈蚀严重；多处梁底粉料起鼓、局部脱落；局部区域轻钢龙骨吊顶变形、开裂、局部破损；存在掉落伤人的安全隐患；墙面出现竖向及斜向裂缝，裂缝宽度为0.3～2.0mm，无明显一致性规律；内部墙面及顶板多处有水渍、返潮或受潮、涂料起皮剥落、霉变现象；室内外地坪面层多处开裂、起砂、破损，其中停车库区域较严重；屋面铝合金板多处更换，且局部变形错位；多处密封胶老化、开裂、脱落；房屋四周侧面普遍伴有水渍，局部室外地坪相对下沉量较大，绿化区域室外地坪存在较严重的水土流失现象。

2.6 房屋变形测量

根据JGJ 8—2016《建筑变形测量规范》采用水准仪对剧院地下4层地坪及停车库地下3层顶板底的相对高差进行测量，结果表明，剧院地下4层地坪相对高差最大值为65mm，折算倾斜率较小，无明显一致性规律；停车库地下3层顶板底的相对高差最大值为40mm，折算倾斜率较小，无明显一致性规律。总体上，房屋目前无明显不均匀沉降现象。

采用水准仪，利用特征位置(如下弦底部)抽样测量舞台屋面钢桁架及观众厅屋面钢桁架相对挠度。测量结果表明，舞台屋面南北向钢桁架下弦跨中最大挠度约为8mm，观众厅屋面南北向钢桁架下弦最大挠度约为9.5mm，相对挠度较小，满足GB 50017—2017《钢结构设计标准》相关要求。

3 结构承载力验算

3.1 计算参数

结合原设计图纸、现场检测结果，分别采用PKPM系列结构设计软件及SAP2000软件对房屋下部混凝土结构及屋面钢结构进行建模验算，典型验算模型如图6，7所示。

混凝土强度等级按实测取C35，钢筋强度同原设计，考虑地震作用，抗震设防烈度取7度，设计地震分组为第一组，设计基本地震加速度为0.1g，场地类别为Ⅳ类；风荷载作用计算按100年重现期考虑，基本风压为0.6kN/m2，建筑物地面粗糙度类别为C类；对于屋盖钢结构，温度作用考虑最大升温差+35℃，最大降温差-35℃。

验算下部混凝土结构时，将上部钢结构荷载以节点荷载附加在主体结构上部；支撑在剪力墙上的支座及漏斗形结构底部全部为铰接，斜柱底端伸入底板或斜柱连续的部分设为固定支座，底端支撑在转换梁上的部分设为铰接；斜柱与网壳之间采用双向球铰连接，杆件之间均为固接。

3.2 验算结果与分析

房屋主体结构第1，2阶振型主要为平动，第3阶振型主要为扭转；x，y向振型参与质量之和均满足规范≥90%的要求；x，y向基底剪重比分别为3.30%，3.46%，均满足规范≥1.6%的要求；多遇地震作用下，各层最大层间位移角均较小，远小于规范≤1/800的限值要求；结构在考虑偶然偏心的规定水平力作用下，楼层最大水平位移比为1.36，最大层间位移比为1.83，结构存在扭转不规则；多遇地震作用下，剧院及停车库典型框架柱、混凝土墙、框架梁、楼板承载力均满足验算要求。

屋面钢网壳结构前50阶自振模态对应的周期为0.476～0.015s，典型自振模态如图8，9所示，其中第1阶模态为漏斗形区域附近结构短轴方向平动，与该区域幕墙斜钢柱较柔的结构特点相符。此外，x，y，z向前50阶振型累计质量参与系数分别为94%，93%，96%，满足规范≥90%的要求；多遇地震作用下，观众厅钢桁架、舞台钢桁架、屋面钢网壳、室外舞台钢网架杆件应力比均满足验算要求。

4 损坏原因分析

目前房屋地下结构渗漏水现象较普遍，其中地下室外围护墙及顶板渗漏相对较严重，外围护墙渗漏水主要出现在地下室外围护墙根部、柱墙交接处、地下室外墙中部及两端墙面等位置，顶板区域渗漏水主要出现在房屋角部顶板45°斜裂缝或近框架梁侧等位置。可见范围内地下室外围护墙渗水处无明显开裂现象，且渗水痕迹多呈点状，分析其主要原因有：①房屋地下深度较大，水压较大，导致其易产生渗水现象；②外围护墙较厚，施工难度较大，且房屋总长度约170m，易产生温度收缩裂缝；③剧院区域原设计采用在外围护墙内设空腔，空腔内部另设200mm厚离壁衬套砖墙，墙体间地面设排水沟，将渗入室内的水采用“排”的方式排至附近排水系统，现场实际将内部200mm厚离壁衬套砖墙改为轻钢龙骨板墙，导致该防水系统失效；④建筑外围排水系统局部失效，导致建筑物外表水不能及时排走而渗入地下；⑤局部施工处理不到位等。顶板渗水主要由于房屋较长产生温度收缩裂缝，且局部施工处理不到位等原因导致。

5 安全性分析

房屋结构布置、截面尺寸、连接构造、材料强度、配筋等抗震构造措施基本满足DGJ08—9—2013《建筑抗震设计规程》要求，房屋存在一定的不规则，主要表现为扭转不规则、凹凸不规则、楼板局部不连续、侧向刚度不规则。

综上所述，房屋主体结构安全性总体满足规范要求，房屋现有损伤对房屋主体结构尚无明显影响，但对房屋正常使用、耐久性及耐火性造成一定影响，应对房屋现有损伤采取合适措施进行维修处理，后续维修设计与施工应委托专业单位按现行相关管理规定进行，并应考虑后续房屋使用方对房屋功能及性能要求的完善与提升，维修方案确定后，维修单位应根据方案对结构承载力进行验算和校核，后续施工过程中建议对重要构件及节点应力状况和屋盖变形情况进行实时监测，并应采取相应的安全防护措施。

6 结语

为对上海某剧院主体结构安全性进行全面准确的评估，进行现场检测，检测内容主要包括建筑结构复核、材料强度检测、钢构件焊缝质量检测、钢结构涂装质量检测、房屋损伤状况调查、房屋变形测量，并结合现场检测结果、原设计图纸，采用大型计算软件对房屋主体结构进行验算，对房屋抗震性能、使用性能、损坏原因等进行分析，综合评估房屋主体结构安全性，为后续大修及改造提供技术依据，并为其他大型场馆类复杂结构安全性评估提供参考。