仇 伟，孟再生

（安徽省建院工程质量检测有限公司，安徽 合肥 230601）

0 引言

近年来，在全球绿色发展的理念推动下，分布式光伏发电规模得以快速发展，发电成本持续下降。在第十四个五年规划和 2035 年远景目标的大背景下，部分企业大力推进屋顶分布式光伏发电项目，助力实现碳达峰碳中和。

有研究表明建筑物长期使用后，容易出现结构安全性能下降［1］情况。屋顶布设分布式光伏板，会增大网架上弦恒荷载，且随着现行规范对结构安全要求的提高，荷载分项系数已于 2018 年由 1.2（1.35）、1.4 调整至 1.3、1.5，可能会存在部分建筑物屋顶承载能力不满足要求，尤其是 2018 年之前设计、建造的建筑可能难以满足现行规范对结构安全及使用方面的要求［2，3］。

钢网架屋盖具有跨度大、空间开阔等使用优势，同时兼备焊接量小、安装灵活等施工优势，是大跨度、大层高建筑物常用的结构形式，在工业建筑中被广泛使用［4］。有相关研究表明周边支撑网架和点支撑网架的抗连续倒塌性能较好［5］，压杆的屈曲失稳是引起网架结构连续倒塌的主要原因，破坏较突然［6］。

为避免盲目施工导致屋面破坏甚至结构坍塌，保障布设光伏板施工过程中施工完成后结构的安全性，对既有建筑物进行检测鉴定和评估，分析实施的可行性十分必要。

1 工程概况

某工业建筑为单层钢筋混凝土柱厂房，独立基础，排架结构，钢网架屋盖，建筑高度约 13 m，于 2009 年竣工后投入使用。网架平面尺寸 102 m×48 m，周边上弦支撑，正方四角锥，网格尺寸 3 m×3 m，网架矢高约 1.5 m。

该建筑混凝土排架结构经正规设计、施工，验收资料齐全，结构布置与设计文件及变更文件相符。钢网架设计单位不详，且未调查到相关资料。现拟布设屋面太阳能光伏板恒载为 0.213 kN/m2。

2 重难点及对策

2.1 重点

该建筑物混凝土结构资料齐全，但网架结构设计文件、工序资料、竣工图文件等缺失，不能采用随机抽样检测方法来复核网架结构与工程相关资料的符合性。网架结构为多次超静定结构，每个杆件的布置都对周边杆件受力有显著影响，对网架结构的实际布置进行图纸恢复是后续进行结构安全性鉴定和承载能力评估工作的前提。

2.2 难点及对策

钢网架的结构杆件和连接节点多，如何确定杆件规格、螺栓球直径、螺栓规格、节点连接状况等对检测鉴定和屋面结构承载能力评估至关重要。现场检测过程中主要存在的难点及相应对策如下。

1）覆盖范围。该建筑的建筑高度约 13 m，需采用汽车吊、升降车等登高措施，而厂房内部放置生产原料、产品和机械设备，汽车吊、升降车等登高措施活动范围受限，部分区域无法辐射，存在盲点。

对策：厂房内布置有桥式吊车，移动覆盖网架全范围，采用桥式吊车作为移动平台。

2）上弦杆及螺栓球、螺栓规格的检测。网架矢高约1.5 m，考虑汽车吊、升降车等登高措施防护高度和下弦杆、腹杆的空间布置，检测人员无法触及上弦杆，进一步否定了汽车吊、升降车等登高措施的可行性。厂房内桥式吊车平台高度 10 m，采用桥式吊车作为移动平台，距上弦杆最大高度仍有 3 m。

对策：下弦杆、腹杆直径和壁厚检测确认后，可确定不同直径对应的壁厚。对上弦杆直径进行检测后，即可推定其壁厚。采用游标卡尺测量杆件尺寸、螺栓球直径、螺栓规格。对游标卡尺进行加工改造，方法如图 1 所示。

图1 游标卡尺加工改造示意图

将游标卡尺下口与伸缩杆固定连接，游标卡尺上口绑上拉线、穿过限位环。检测上弦杆直径，首先，将上下口拉开距离大于预估杆件直径；然后，通过伸缩杆将游标卡尺送至受检杆件后，下口抵住杆件下方，拉动拉线使上口与杆件上部贴合；其次，水平移动伸缩杆使游标卡尺与杆件脱离，最后，收伸缩杆读取游标卡尺数值。检测螺栓球直径时，因可能存在直径较大的球节点，游标卡尺上下口可用钢尺等加长，固定平行。检测螺栓规格时，可通过测量套筒e或s尺寸，如图 2 所示。

图2 套筒尺寸示意图

依据GB/T 16939-2016《钢网架螺栓球节点用高强度螺栓》［7］推定螺栓规格，如表 1 所示。

表1 常用套筒尺寸与螺栓规格对应表 mm

3 鉴定过程

1）初步调查。查阅原设计施工资料，调查工业建筑物的历史情况，考察现场并按资料核对实物现状。

2）详细调查。对网架的杆件尺寸、网架变形及檩条尺寸、屋面材质等进行调查检测。

3）结构验算。根据结构布置、荷载等情况，建立计算模型，对结构承重构件进行承载力验算。

4）安全性鉴定。根据现场检测和计算分析结果，对结构构件评级、结构系统评级和鉴定单元评级。

5）结论。综合上述各种检测鉴定成果，得出结构安全性结论。

6）评估。结构安全性鉴定结论满足，进行下一步评估工作。再计算模型添加屋面光伏板荷载，进行承载能力评估。

4 调查与检测

4.1 调查

4.1.1 地基基础

该建筑物所在场地较平坦，无边坡和毗邻深基坑，未发现因地基基础不均匀沉降或承载力不足导致的建筑物上部结构的沉降裂缝、变形和位移。

4.1.2 上部承重结构

该建筑物上部结构混凝土构件未见因承载力不足等导致的受力裂缝、变形和损伤。

1）杆件变形。对钢网架结构杆件进行外观调查，重点调查是否存在变形杆件，现场调查发现存在部分杆件明显弯曲，如图 3 所示。

图3 上弦杆变形

2）螺栓球节点连接。对螺栓球节点连接处进行外观检查，重点检查对接焊缝质量和节点螺栓拧紧状态，未见明显异常。

3）支座节点连接。对支座节点连接处进行外观检查，重点检查支座螺栓球与肋板连接状况和支座预埋钢板与混凝土柱间是否脱空，未见明显异常。

4.1.3 围护结构系统

围护构件及其构造连接状况良好，未见明显老化损伤、破坏失效等现象。

4.2 检测

该建筑混凝土结构部分经正规设计和施工，结构布置与设计文件及变更文件相符，且工程资料齐全，对现场进行核查发现与设计文件、工程资料等相一致，故采信相关检测报告和验收记录，不再对混凝土结构进行现场检测。

4.2.1 网架挠度

使用全站仪对网架结构的挠度进行检测［8-10］，检测方法采用无棱镜法，跨度＞24 m，挠度测点分别位于网架结构长度方向和跨度方向的下弦端点、四分点和中点，布置如图 4 所示。

图4 钢网架结构挠度测点布置

该建筑物可分为两个鉴定单元，即两个钢网架结构，在布置测点时需分别布置。在进行挠度计算时，扣除了每个测点下弦杆的半径。实测挠度取长度方向和跨度方向的较大值。

4.2.2 构件尺寸检测

1）杆件。采用游标卡尺和超声波测厚仪对钢网架结构杆件尺寸进行检测，根据钢网架杆件实测结果和市场常用规格，推定杆件规格如表 2 所示。

表2 钢网架杆件规格 mm

2）檩条。采用钢卷尺、游标卡尺和超声波测厚仪对檩条尺寸进行检测，得到檩条尺寸及壁厚。

3）螺栓球节点。采用游标卡尺对螺栓球节点直径进行检测，采用超声波测厚仪对螺栓球节点壁厚进行检测，得到螺栓球节点规格。

4）螺栓。采用游标卡尺对套筒e或s尺寸进行检测，根据检测结果推定螺栓规格。

钢网架结构布置检测结果如图 5 所示。

图5 钢网架杆件布置

5 承载能力

5.1 验算参数

活荷载取值：上弦静载取 0.3 kN/m2，不上人屋面均布活荷载取 0.5 kN/m2，下弦静载取 0.05 kN/m2，基本风压取 0.35 kN/m2（R=50），基本雪压取 0.50 kN/m2（R=50），温差±30 ℃。

截面尺寸：按实测文件取值。

钢材等级：杆件和檩条按设计文件取 Q235，钢材设计强度按 193 MPa 计。

5.2 验算结果

依据相关技术标准［11，12］，建立模型进行复核验算，验算结果表明钢网架、檩条构件满足承载要求。

屋面增加太阳能光伏板，网架上弦恒载增加0.213 kN/m2，钢网架存在部分超应力杆件，不满足承载要求，檩条不满足承载要求。

6 安全性鉴定与承载能力评估

6.1 安全性鉴定

6.1.1 构件安全性评级

混凝土柱构件安全性等级评为 a 级。

弯曲的杆件安全性等级评为 c 级，占比＜20 %。其他杆件安全性等级评为 a 级。檩条的安全性等级评为 a 级。

6.1.2 结构系统安全性评级

1）地基基础。建设场地较为平整，非边坡地带，未发现显著变形和滑移迹象及地坪沉降。结合计算结果，综合评定地基基础的安全性等级为 A 级。

2）上部承重结构。上部承重结构的承载功能等级评定为 B 级；比较实测挠度值与计算挠度值大小，结合现场调查结果，结构整体性等级评定为 A 级。上部承重结构安全性等级评定为 B 级。

3）围护结构系统。围护结构的承载功能等级评定为 A 级，构造连接等级评定为 A 级。围护结构系统的安全性等级评定为 A 级。

6.1.3 鉴定单元安全性评级

综合地基基础、上部承重结构及围护结构系统的安全性等级，该建筑物结构安全性等级为二级，尚不明显影响整体安全。应对 c 级构件部位采取措施。

6.2 承载能力评估

依据 2001 版可靠度标准和 2018 版可靠性标准，按屋面增加恒载 0.213 kN/m2评估：檩条和部分钢网架杆件不满足承载要求。

该钢结构网架屋顶须经加固后方可布设分布式光伏发电设备。

7 结语

通过对该建筑物的结构安全性鉴定和承载能力评估，明确了该建筑物的结构安全性等级和是否可以直接在屋顶布设光伏板，为相关单位进行决策时提供了依据。

在对没有图纸的钢网架结构进行检测鉴定时，检测难度较大。登高措施的选择需视现场条件而定，需考虑登高措施的覆盖范围等。如何解决现场遇到的困难、提高检测效率和准确度、适时地对检测方法进行优化，对检测人员的综合能力要求较高。

依据标准进行网架挠度检测时存在若干问题，一是标准明确测点布置于跨度方向，未明确长度方向的挠度是否需检测；二是对于多跨网架结构，是否需分跨检测挠度；三是挠度计算时是否需要考虑下弦杆半径对计算结果的影响。建议检测人员对长度方向的挠度进行检测和分析，对网架结构整体变形掌握更多数据；多跨网架中间支座的下弦杆件一般不会有明显下挠，对网架挠度计算有较大影响，挠度计算值不能反映其真实的整体变形，建议对单跨≥ 24 m 的多跨网架结构的挠度分跨检测；网架结构跨度方向下弦杆件尺寸常见不一致，建议考虑杆件半径的影响，测挠度更趋于实际变形状况。Q