中华人民共和国国家标准
高耸与复杂钢结构检测与鉴定标准
Standard for inspection and appraisal of high-rise and complicated steel structures
GB 51008-2016
主编部门:中华人民共和国住房和城乡建设部
批准部门:中华人民共和国住房和城乡建设部
施行日期:2016年12月1日
中华人民共和国住房和城乡建设部公告
第1085号
住房城乡建设部关于发布国家标准《高耸与复杂钢结构检测与鉴定标准》的公告
现批准《高耸与复杂钢结构检测与鉴定标准》为国家标准,编号为GB 51008-2016,自2016年12月1日起实施。其中,第3.1.2、8.1.2条为强制性条文,必须严格执行。
本标准由我部标准定额研究所组织中国计划出版社出版发行。
中华人民共和国住房和城乡建设部
2016年4月15日
前言
根据住房城乡建设部《关于印发<2009年工程建设国家标准制订、修订计划(第一批)>的通知》(建标[2009]88号)的要求,编制组经广泛调查研究,认真总结实践经验,参考有关国际标准和国外先进标准,并在广泛征求意见的基础上,编制本标准。
本标准的主要技术内容是:总则、术语和符号、基本规定、材料的检测与评定、钢构件的检测与鉴定、连接和节点的检测与鉴定、专项检测与鉴定、钢结构系统可靠性鉴定、围护结构的检测与鉴定、钢结构抗震性能鉴定等。
本标准以黑体字标志的条文为强制性条文,必须严格执行。
本标准由住房城乡建设部负责管理和对强制性条文的解释,由同济大学负责具体技术内容的解释。执行过程中如有意见或建议,请寄送同济大学土木工程学院(地址:上海市四平路1239号,邮政编码:200092)。
本标准主编单位、参编单位、主要起草人和主要审查人:
主编单位:同济大学
中天建设集团有限公司
参编单位:中南建筑设计院股份有限公司
清华大学
中冶建筑研究总院有限公司
太原理工大学
中建钢构有限公司
西安建筑科技大学
湖南大学
上海市建筑科学研究院(集团)有限公司
华东建筑设计研究院有限公司
兰州理工大学
东南大学
宝钢钢构有限公司
陕西省建筑科学研究院
重庆大学
湖北武大珞珈工程结构检测咨询有限公司
上海市机械施工集团有限公司
上海建科建设监理咨询有限公司
天津大学
上海宝冶工程技术有限公司
江苏沪宁钢机股份有限公司
江苏永益铸管股份有限公司
深圳市建筑设计研究总院有限公司
深圳市清华苑工程结构鉴定有限公司
主要起草人:沈祖炎 罗永峰 蒋金生 陈雪庭 遇平静 姜迎秋 戴立先 李海旺 徐善华 石永久 舒兴平 王秀丽 李元齐 周建龙 张宣关 叶继红 张立华 陈晓明 郝际平 何英明 徐厚军 施刚 贺明玄 曹富荣 陈志华 刘玉涛 刘臣 吴欣之 王寅大 顾军 朱春明 戴国欣 胡俊勇 孟祥武 徐晗 郭小农 张岫文
主要审查人:周绪红 郁银泉 姚兵 梁坦 弓俊青 李天 卢亦焱 侯兆欣 高小旺 由世岐 刘琼祥 袁海军
1 总 则
1.0.1 为规范高耸与复杂钢结构检测与鉴定工作,加强技术管理,保证结构安全,制定本标准。
1.0.2 本标准适用于高耸与复杂钢结构的检测与鉴定。
1.0.3 高耸与复杂钢结构的检测与鉴定,除应符合本标准外,尚应符合国家现行有关标准的规定。
2 术语和符号
2.1 术 语
2.1.1 高耸与复杂钢结构 high-rise and complicated steel structure
10层及以上或高度24m及以上的高层钢结构以及塔架、桅杆等钢结构,结构体系较为复杂或很复杂的钢结构。
2.1.2 检查评估 general investigation and evaluation
对结构整体的普查和初步勘查以及对结构承载性能的宏观评估。
2.1.3 专项鉴定 appraisal of special items
针对钢结构中的某特定项目进行的鉴定。
2.1.4 主要构件与主要节点 primary structural member and primary joint
破坏后会造成结构严重损伤或破坏甚至可能倒塌的结构构件或节点。
2.1.5 一般构件与一般节点 general structural member and general joint
破坏后会造成结构损伤但不致导致结构破坏或倒塌的结构构件或节点。
2.1.6 主要焊缝 primary weld
破坏后会造成构件或节点严重损伤甚至可能破坏的焊缝。
2.1.7 一般焊缝 general weld
破坏后会造成构件或节点损伤但不致导致构件或节点破坏的焊缝。
2.1.8 结构体系 structural system
结构中所有承重构件及其共同工作的方式,包括组成结构的构件类型、构件的分布或布置方式、节点的构造方式、支座的构造与布置方式。
2.1.9 结构系统 structural segment
建筑或构筑物中可独立进行检测鉴定的钢结构或其部分,该部分具有独立结构功能。
2.1.10 腐蚀 corrosion
构件与环境中有害介质接触而产生化学变化,从而导致材料性能的退化或材料的破坏。
2 术语和符号
2.1 术 语
2.1.1 高耸与复杂钢结构 high-rise and complicated steel structure
10层及以上或高度24m及以上的高层钢结构以及塔架、桅杆等钢结构,结构体系较为复杂或很复杂的钢结构。
2.1.2 检查评估 general investigation and evaluation
对结构整体的普查和初步勘查以及对结构承载性能的宏观评估。
2.1.3 专项鉴定 appraisal of special items
针对钢结构中的某特定项目进行的鉴定。
2.1.4 主要构件与主要节点 primary structural member and primary joint
破坏后会造成结构严重损伤或破坏甚至可能倒塌的结构构件或节点。
2.1.5 一般构件与一般节点 general structural member and general joint
破坏后会造成结构损伤但不致导致结构破坏或倒塌的结构构件或节点。
2.1.6 主要焊缝 primary weld
破坏后会造成构件或节点严重损伤甚至可能破坏的焊缝。
2.1.7 一般焊缝 general weld
破坏后会造成构件或节点损伤但不致导致构件或节点破坏的焊缝。
2.1.8 结构体系 structural system
结构中所有承重构件及其共同工作的方式,包括组成结构的构件类型、构件的分布或布置方式、节点的构造方式、支座的构造与布置方式。
2.1.9 结构系统 structural segment
建筑或构筑物中可独立进行检测鉴定的钢结构或其部分,该部分具有独立结构功能。
2.1.10 腐蚀 corrosion
构件与环境中有害介质接触而产生化学变化,从而导致材料性能的退化或材料的破坏。
2.2 符 号
2.2.1 结构性能、作用、作用效应及抗力:
R——结构或构件、连接的抗力;
S——结构或构件、连接上的荷载或作用效应。
2.2.2 几何参数:
A0——未腐蚀截面的公称面积;
Hi——结构第i层层间高度;
HT——柱脚底面到吊车梁或吊车桁架顶面的高度;
t0——构件初始厚度;
△t——腐蚀深度。
2.2.3 计算系数:
γ0——结构重要性系数;
γra——承载力调整系数;
γRE——承载力抗震调整系数;
△σi——测量部位第i个级别的应力幅值。
2.2.4 时间参数:
n*i——测量时间内△σi的作用次数;
T*——测量时间;
T0——该结构已经使用的时间。
2.2.5 鉴定等级:
au、bu、cu、du——构件、连接、节点的安全性等级;
as、bs、cs——构件、连接、节点的适用性等级;
ad、bd、cd——构件、连接、节点的耐久性等级;
Au、Bu、Cu、Du——结构体系的安全性等级;
As、Bs、Cs——结构体系的适用性等级;
Ad、Bd、Cd——结构体系的耐久性等级。
3 基本规定
3.1 一般规定
3.1.1 高耸与复杂钢结构可靠性鉴定的内容应包括:安全性鉴定、适用性鉴定和耐久性鉴定。对于有抗震要求的地区,尚应对钢结构抗震性能进行鉴定。
3.1.2 高耸与复杂钢结构出现下列情况之一时,应进行检测与可靠性鉴定:
1 拟改变使用功能、使用条件或使用环境;
2 拟进行改造、改建或扩建;
3 达到设计使用年限拟继续使用;
4 因遭受灾害、事故而造成损伤或损坏;
5 存在严重的质量缺陷或出现严重的腐蚀、损伤、变形。
3.1.3 钢结构出现下列情况之一时,宜进行检测与可靠性鉴定:
1 对建筑或构筑物进行大规模维修或装饰装修;
2 正常使用中例行检查、维修时,发现劣化或损伤迹象。
3.1.4 当钢结构存在下列问题时,宜进行专项检测与鉴定:
1 存在影响使用功能的振动;
2 存在疲劳问题,影响疲劳寿命;
3 遭受火灾影响或损伤。
3.1.5 钢结构可靠性鉴定对象的范围,应按结构系统确定,鉴定对象应是整个建筑物的钢结构或建筑物中结构功能相对独立的钢结构部分。
3.1.6 在进行钢结构可靠性鉴定时,应明确建筑或构筑物的后续目标使用年限。
3.1.7 对钢结构进行可靠性鉴定时,可根据后续目标使用年限的不同,按表3.1.7的规定取用结构重要性系数γ0,荷载和作用不得因后续目标使用年限的不同再进行折减。
表3.1.7 不同安全等级或后续目标使用年限的结构重要性系数γ0
安全等级或后续目标使用年限 | 结构重要性系数γ0 |
一级或≥100年 | ≥1.10 |
二级或50年 | ≥1.00 |
三级或<5年 | ≥0.90 |
3.1.8 钢结构可靠性鉴定工作应包括下列内容:
1 调查、收集结构建造及加固改造的信息资料并进行实物复核;
2 调查、核实、检测结构上的作用及使用条件;
3 调查、检测结构的缺陷、损伤状况;
4 评估结构性能的劣化状况;
5 对结构进行分析与校核。
3.1.9 钢结构上荷载或作用的确定应符合下列规定:
1 结构和构件自重的标准值,应根据构件和连接的实际尺寸,按材料和构件单位自重的标准值计算确定,对不便实测的连接构造尺寸,可按结构构件竣工图计算;
2 常用材料和构件的单位自重标准值,应按现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB 50009的规定采用,当标准规定值有上、下限时,应按下列规定采用:
1)当其效应对结构不利时,取上限值;
2)当其效应对结构有利时,取下限值。
3 结构上的荷载或作用,应根据建筑物的实际状态和使用环境按现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB 50009确定。
3.1.10 钢结构的分析与校核应符合下列规定:
1 校核验算的计算模型,应符合结构实际受力和构造状况,并应考虑使用环境、基础沉降、结构变形、材料缺陷及损伤、构件损伤、节点损伤对结构性能的影响;
2 结构材料的性能指标,应根据调查复核结果或现状检测结果取用;
3 结构或构件的几何尺寸,应采用调查复核结果或现状检测结果,并应考虑制作安装偏差、缺陷、腐蚀等的影响;
4 当需要通过现场荷载试验检验构件的承载性能和使用性能时,应按本标准附录A的规定进行试验。
3.1.11 钢结构可靠性鉴定的层次、鉴定项目,宜符合表3.1.11的规定,并应按鉴定目的要求,对安全性、适用性、耐久性分别评定等级。
表3.1.11 可靠性鉴定的层次、鉴定项目、等级划分及内容
3.1.12 鉴定报告的内容应包括:工程概况,鉴定的目的、内容、范围及依据,调查、检测、分析的结果,鉴定等级或鉴定结果,相应的处理意见及建议。
3 基本规定
3.1 一般规定
3.1.1 高耸与复杂钢结构可靠性鉴定的内容应包括:安全性鉴定、适用性鉴定和耐久性鉴定。对于有抗震要求的地区,尚应对钢结构抗震性能进行鉴定。
3.1.2 高耸与复杂钢结构出现下列情况之一时,应进行检测与可靠性鉴定:
1 拟改变使用功能、使用条件或使用环境;
2 拟进行改造、改建或扩建;
3 达到设计使用年限拟继续使用;
4 因遭受灾害、事故而造成损伤或损坏;
5 存在严重的质量缺陷或出现严重的腐蚀、损伤、变形。
3.1.3 钢结构出现下列情况之一时,宜进行检测与可靠性鉴定:
1 对建筑或构筑物进行大规模维修或装饰装修;
2 正常使用中例行检查、维修时,发现劣化或损伤迹象。
3.1.4 当钢结构存在下列问题时,宜进行专项检测与鉴定:
1 存在影响使用功能的振动;
2 存在疲劳问题,影响疲劳寿命;
3 遭受火灾影响或损伤。
3.1.5 钢结构可靠性鉴定对象的范围,应按结构系统确定,鉴定对象应是整个建筑物的钢结构或建筑物中结构功能相对独立的钢结构部分。
3.1.6 在进行钢结构可靠性鉴定时,应明确建筑或构筑物的后续目标使用年限。
3.1.7 对钢结构进行可靠性鉴定时,可根据后续目标使用年限的不同,按表3.1.7的规定取用结构重要性系数γ0,荷载和作用不得因后续目标使用年限的不同再进行折减。
表3.1.7 不同安全等级或后续目标使用年限的结构重要性系数γ0
安全等级或后续目标使用年限 | 结构重要性系数γ0 |
一级或≥100年 | ≥1.10 |
二级或50年 | ≥1.00 |
三级或<5年 | ≥0.90 |
3.1.8 钢结构可靠性鉴定工作应包括下列内容:
1 调查、收集结构建造及加固改造的信息资料并进行实物复核;
2 调查、核实、检测结构上的作用及使用条件;
3 调查、检测结构的缺陷、损伤状况;
4 评估结构性能的劣化状况;
5 对结构进行分析与校核。
3.1.9 钢结构上荷载或作用的确定应符合下列规定:
1 结构和构件自重的标准值,应根据构件和连接的实际尺寸,按材料和构件单位自重的标准值计算确定,对不便实测的连接构造尺寸,可按结构构件竣工图计算;
2 常用材料和构件的单位自重标准值,应按现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB 50009的规定采用,当标准规定值有上、下限时,应按下列规定采用:
1)当其效应对结构不利时,取上限值;
2)当其效应对结构有利时,取下限值。
3 结构上的荷载或作用,应根据建筑物的实际状态和使用环境按现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB 50009确定。
3.1.10 钢结构的分析与校核应符合下列规定:
1 校核验算的计算模型,应符合结构实际受力和构造状况,并应考虑使用环境、基础沉降、结构变形、材料缺陷及损伤、构件损伤、节点损伤对结构性能的影响;
2 结构材料的性能指标,应根据调查复核结果或现状检测结果取用;
3 结构或构件的几何尺寸,应采用调查复核结果或现状检测结果,并应考虑制作安装偏差、缺陷、腐蚀等的影响;
4 当需要通过现场荷载试验检验构件的承载性能和使用性能时,应按本标准附录A的规定进行试验。
3.1.11 钢结构可靠性鉴定的层次、鉴定项目,宜符合表3.1.11的规定,并应按鉴定目的要求,对安全性、适用性、耐久性分别评定等级。
表3.1.11 可靠性鉴定的层次、鉴定项目、等级划分及内容
3.1.12 鉴定报告的内容应包括:工程概况,鉴定的目的、内容、范围及依据,调查、检测、分析的结果,鉴定等级或鉴定结果,相应的处理意见及建议。
3.2 工作内容与程序
3.2.1 钢结构可靠性鉴定宜分为检查评估和检测鉴定两个阶段。
3.2.2 钢结构可靠性鉴定应有规定的工作程序,该工作程序宜有具体的步骤或流程(图3.2.2),实际钢结构工程鉴定中,可进行补充和细化。
3.2.3 鉴定的目的、范围和内容,应根据委托方提出的鉴定原因
图3.2.2 可靠性鉴定程序
和要求,并根据现场调查情况确定。
3.2.4 检查评估应包括下列内容:
1 查阅建筑结构档案资料;
2 调查建筑结构历史情况;
3 勘查现场,调查建筑结构实际状况、使用条件和环境;
4 对结构存在的问题进行分析,对问题明确者提出评估结论,对需要进一步检测的结构,确定详细检测与鉴定方案。
3.2.5 检测与鉴定方案应包括下列内容:
1 检测鉴定目的和范围;
2 检测鉴定的依据;
3 详细调查与检测的工作内容;
4 检测方案和主要检测方法。
3.2.6 可靠性鉴定过程中,当发现数据资料不足或不准确时,应及时进行补充调查、检测。
3.2.7 在结构负荷状态进行构件取样时,应采取措施以不影响结构的安全使用。现场取样后,应及时修补检测所造成的结构或构件的损伤。
3.3 可靠性鉴定等级评定标准
3.3.1 钢结构可靠性鉴定应划分为结构构件及节点、结构系统两个层次。
3.3.2 钢构件及节点的可靠性应按安全性、适用性和耐久性分别鉴定,并应按下列规定确定评定等级:
1 钢构件及节点的安全性等级:
au级:在目标使用期内安全,不必采取措施;
bu级:在目标使用期内不显著影响安全,可不采取措施;
cu级:在目标使用期内显著影响安全,应采取措施;
du级:危及安全,必须及时采取措施。
2 钢构件及节点的适用性等级:
as级:在目标使用期内能正常使用,不必采取措施;
bs级:在目标使用期内尚可正常使用,可不采取措施;
cs级:在目标使用期内影响正常使用,应采取措施。
3 钢构件及节点的耐久性等级:
ad级:在正常维护条件下,能满足耐久性要求,不必采取措施;
bd级:在正常维护条件下,尚能满足耐久性要求,可不采取措施;
cd级:在正常维护条件下,不能满足耐久性要求,应采取措施。
3.3.3 钢结构系统的可靠性应按安全性、适用性和耐久性分别鉴定,并应按下列规定确定评定等级:
1 钢结构系统的安全性等级:
Au级:在目标使用期内安全,不必采取措施;
Bu级:在目标使用期内无显著影响安全的因素,可不采取措施或有少数构件或节点应采取适当措施;
Cu级:在目标使用期内有显著影响安全的因素,应采取措施;
Du级:有严重影响安全的因素,必须及时采取措施。
2 钢结构系统的适用性等级:
As级:在目标使用期内能正常使用,不必采取措施;
Bs级:在目标使用期内尚能正常使用,可不采取措施或有少数构件或节点应采取适当措施;
Cs级:在目标使用期内有影响正常使用的因素,应采取措施。
3 钢结构系统的耐久性等级:
Ad级:在正常维护条件下,能满足耐久性要求,不必采取措施;
Bd级:在正常维护条件下,能满足耐久性要求,可不采取措施或有少数构件或节点应采取适当措施;
Cd级:在正常维护条件下,不能满足耐久性要求,应采取措施。
4 材料的检测与评定
4.1 一般规定
4.1.1 钢结构现场取样,应根据检测内容和目的确定取样部位、取样数量和样品尺寸,并保证样品具有代表性。
4.1.2 在结构上进行材料取样之前,应记录取样的具体位置、样品尺寸和形状、构件表面原始状态等信息。
4.1.3 当被检验材料的性能指标随时间变化的影响可以忽略不计时,可按下列情况之一确定材料的性能指标:
1 经调查当有可靠的材料质量实测记录资料时,可按原记录资料确定材料的性能指标;
2 当工程尚有拟鉴定结构构件的余料时,可对其余料进行检验,确定材料的性能指标,否则应现场取样实测。
4.1.4 当结构工作环境与原设计状态比无明显变化,未曾发生材料劣化、损坏现象或迹象时,可按下列原则进行组批检验:
1 对于钢材,同种构件、同规格为一个检验批;
2 对于焊接接头的金属材料,同种构件中同一形式焊缝为一个检验批;
3 对于连接紧固件和其他节点连接材料,同种构件中的同规格零部件为一个检验批。
4.1.5 由于累积损伤、腐蚀及灾害等原因可能造成材料性质发生改变时,应在鉴定对象上取样检验;进行检验组分批时,应考虑致损条件、损伤程度的同一性。
4.1.6 当钢结构材料发生烧损、变形、断裂、腐蚀或其他损伤时,宜进行金相检测。
4.1.7 既有钢结构材料性能的检测与评定,宜以结构有损伤或破坏部位的材料为主。
4.1.8 现场取样的方法或措施,应保证试样材料的原有性能不受影响。
4 材料的检测与评定
4.1 一般规定
4.1.1 钢结构现场取样,应根据检测内容和目的确定取样部位、取样数量和样品尺寸,并保证样品具有代表性。
4.1.2 在结构上进行材料取样之前,应记录取样的具体位置、样品尺寸和形状、构件表面原始状态等信息。
4.1.3 当被检验材料的性能指标随时间变化的影响可以忽略不计时,可按下列情况之一确定材料的性能指标:
1 经调查当有可靠的材料质量实测记录资料时,可按原记录资料确定材料的性能指标;
2 当工程尚有拟鉴定结构构件的余料时,可对其余料进行检验,确定材料的性能指标,否则应现场取样实测。
4.1.4 当结构工作环境与原设计状态比无明显变化,未曾发生材料劣化、损坏现象或迹象时,可按下列原则进行组批检验:
1 对于钢材,同种构件、同规格为一个检验批;
2 对于焊接接头的金属材料,同种构件中同一形式焊缝为一个检验批;
3 对于连接紧固件和其他节点连接材料,同种构件中的同规格零部件为一个检验批。
4.1.5 由于累积损伤、腐蚀及灾害等原因可能造成材料性质发生改变时,应在鉴定对象上取样检验;进行检验组分批时,应考虑致损条件、损伤程度的同一性。
4.1.6 当钢结构材料发生烧损、变形、断裂、腐蚀或其他损伤时,宜进行金相检测。
4.1.7 既有钢结构材料性能的检测与评定,宜以结构有损伤或破坏部位的材料为主。
4.1.8 现场取样的方法或措施,应保证试样材料的原有性能不受影响。
4.2 力学性能检测与评定
4.2.1 钢材力学性能的检测项目应包括:屈服强度、抗拉强度、伸长率或断面收缩率、冷弯性能、冲击韧性及抗层状撕裂,所选检测项目应根据结构和材料的实际情况及鉴定需求确定。应优先采用在结构构件上直接取样进行试验检测,也可采用其他无损或微损方法进行检测。
4.2.2 螺栓连接副力学性能的检测项目应包括:螺栓材料性能、螺母和垫圈硬度。普通螺栓尚应包括螺栓实物最小拉力载荷检验。
4.2.3 螺栓球节点用高强度螺栓力学性能的检测项目应包括拉力荷载试验、硬度试验。
4.2.4 对接焊接接头试样应包括拉伸试样、弯曲试样和冲击试样。
4.2.5 钢结构材料力学性能检验试件的取样数量、取样方法、试验方法和评定依据应符合表4.2.5的规定。当检验结果与调查获得的钢材力学性能基本参数信息不相符时,应加倍抽样检验。
表4.2.5 钢结构材料力学性能检验项目、试验方法和评定依据
4.2.6 钢结构紧固件力学性能检验试件的取样数量、试验方法和评定依据应符合表4.2.6的规定。
表4.2.6 钢结构紧固件力学性能检验项目、试验方法和评定依据
4.2.7 未知牌号钢材的抗拉力学性能应试验确定,每个检验批抽取的试样不应少于3个,并应根据试验结果最小值确定可参考的钢材牌号并推定其性能指标。当根据试验结果无法确定钢材牌号时,该检验批钢材的强度设计值可按屈服强度试验结果最低值的0.85倍确定。
4.2.8 对国产钢材的品种、规格、力学性能应按设计要求进行评定;对进口钢材的力学性能应按设计和合同规定的标准进行评定,并提供详细的实际检测结果。
4.2.9 对焊接接头的力学性能应按设计要求进行评定,并提供详细的实际检测结果。
4.3 化学成分检测与评定
4.3.1 钢结构原材料化学分析的取样批量、取样方法、评定依据及允许偏差应符合表4.3.1的规定。
表4.3.1 钢结构材料化学分析取样数量及方法
4.3.2 由于事故、灾害等原因,钢材材质可能有变化或某元素含量发生变化时,应取样进行化学分析。取样方法、评定依据及成品化学成分允许偏差应符合本标准表4.3.1的规定。
4.3.3 当不能确定被检钢材是否符合对应的国家现行产品标准时,应进行化学分析。
4.4 有缺陷和损伤部位的检查与检测
4.4.1 主要构件及主要节点有缺陷和损伤部位钢材的表面质量应进行全数检查与检测。
4.4.2 工程事故或灾害后的钢结构,其主要构件及主要节点受损部位的钢材、紧固件和其他节点零件,应进行全数检查与检测。
4.4.3 高强度螺栓的缺陷可采用表面质量检测的方法检测,抽样数量不应少于8个/批。
4.4.4 表面质量检测宜采用低倍放大镜观察、磁粉探伤或渗透探伤方法。
4.4.5 厚度大于或等于6mm的钢材,可采用超声波探伤检测。
4.5 钢材金相检测与评定
4.5.1 钢材的金相检测可采用现场复膜金相检测法或便携式显微镜现场检测法,取样部位宜在开裂、应力集中、过热、变形或其他怀疑有材料组织变化的部位。
4.5.2 对于可以现场取样的钢结构构件,应对有代表性的部位采用现场破损切割的方法取样,进行实验室宏观、微观、断口等金相检测。
4.5.3 钢材的金相检测及评定,应符合现行国家标准《金属显微组织检验方法》GB/T 13298、《钢的显微组织评定方法》GB/T 13299、《钢的低倍组织及缺陷酸蚀检验法》GB/T 226、《结构钢低倍组织缺陷评级图》GB/T 1979、《金属熔化焊接头缺陷分类及说明》GB/T 6417.1和《钢材断口检验法》GB/T 1814的规定。
5 钢构件的检测与鉴定
5.1 一般规定
5.1.1 钢构件宜划分为柱构件、梁构件、杆构件、板构件和柔性构件。
5.1.2 钢构件的检测内容应包括:几何尺寸、制作安装偏差与变形、缺陷与损伤、构造与连接、涂装和腐蚀。
5.1.3 钢构件检测抽样数量可根据检测项目的特点,按下列原则确定:
1 构件外部缺陷与损伤、涂装和腐蚀,宜全数普查;
2 构件几何尺寸、制作安装偏差与变形,应根据现场实际情况确定抽样数量与位置;
3 构件的构造与连接,应选择对结构安全影响大的部位进行检测。
5.1.4 对于下列情况,检测对象可以是单个构件或部分构件,但检测结论不得扩大到未检测的构件或范围:
1 委托方指定的检测对象或范围;
2 因环境侵蚀或火灾、水灾、爆炸、高温以及人为等因素造成部分损伤的构件。
5 钢构件的检测与鉴定
5.1 一般规定
5.1.1 钢构件宜划分为柱构件、梁构件、杆构件、板构件和柔性构件。
5.1.2 钢构件的检测内容应包括:几何尺寸、制作安装偏差与变形、缺陷与损伤、构造与连接、涂装和腐蚀。
5.1.3 钢构件检测抽样数量可根据检测项目的特点,按下列原则确定:
1 构件外部缺陷与损伤、涂装和腐蚀,宜全数普查;
2 构件几何尺寸、制作安装偏差与变形,应根据现场实际情况确定抽样数量与位置;
3 构件的构造与连接,应选择对结构安全影响大的部位进行检测。
5.1.4 对于下列情况,检测对象可以是单个构件或部分构件,但检测结论不得扩大到未检测的构件或范围:
1 委托方指定的检测对象或范围;
2 因环境侵蚀或火灾、水灾、爆炸、高温以及人为等因素造成部分损伤的构件。
5.2 钢构件的检测
5.2.1 钢构件尺寸偏差的检测应符合下列规定:
1 构件的几何尺寸应包括:构件轴线或中心线尺寸、主要零部件布置定位尺寸以及零部件规格尺寸;
2 尺寸检测的范围应包括所抽样构件的全部几何尺寸,每个尺寸在构件的3个部位测量,取3处实测值的平均值作为该尺寸的代表值;
3 尺寸测量仪器应经过计量认证并在有效期内;
4 钢构件的尺寸偏差应以最终设计文件规定的尺寸为基准进行计算。
5.2.2 钢构件变形与安装偏差的检测,应符合下列规定:
1 构件变形检测的内容应包括构件垂直度、弯曲变形、扭曲变形、跨中挠度;
2 钢构件的垂直度、侧向弯曲矢高、扭曲变形应根据测点间相对位置差计算。
5.2.3 钢构件缺陷与损伤检测的内容应包括裂纹、局部变形、人为损伤、腐蚀等项目,并应符合下列规定:
1 钢构件表面的裂纹与人为损伤可采用观察和渗透的方法检测,钢构件的内部裂纹可采用超声波探伤法或射线法检测;2 钢构件的局部变形可用观察和尺量的方法检测;
3 钢构件的腐蚀可按本标准第5.3节的规定进行检测。
5.2.4 钢构件长细比、截面板件宽厚比应按本标准第5.2.1条测定的构件实际几何尺寸进行核算。
5.2.5 拉索、拉杆的检测应符合下列规定:
1 拉索和拉杆的张力应采用专门的检测仪器检测,并以不少于3次测试的平均值作为最终测试值;
2 拉索检测应包括索中断丝数量和最小转弯半径。
5.2.6 构件静力荷载试验检验的内容、方法和方案,可按本标准附录A确定。
5.3 钢构件腐蚀与涂装防护的检测
5.3.1 构件腐蚀检测的内容应包括腐蚀损伤程度、腐蚀速度。
5.3.2 钢构件腐蚀损伤程度检测应符合下列规定:
1 检测前,应先清除待测表面积灰、油污、锈皮;
2 对均匀腐蚀情况,测量腐蚀损伤板件的厚度时,应沿其长度方向选取3个腐蚀较严重的区段,且每个区段选取8~10个测点测量构件厚度,取各区段量测厚度的最小算术平均值,作为该板件实际厚度,腐蚀严重时,测点数应适当增加;
3 对局部腐蚀情况,测量腐蚀损伤板件的厚度时,应在其腐蚀最严重的部位选取1~2个截面,每个截面选取8~10个测点测量板件厚度,取各截面测量厚度的最小算术平均值,作为板件实际厚度,并记录测点的位置,腐蚀严重时,测点数可适当增加。
5.3.3 板件腐蚀损伤量应取初始厚度减去实际厚度。初始厚度应根据构件未腐蚀部分实测厚度确定。在没有未腐蚀部分的情况下,初始厚度应取下列两个计算值的较大者:
1 所有区段全部测点的算术平均值加上3倍的标准差;
2 公称厚度减去允许负公差的绝对值。
5.3.4 构件后期的腐蚀速度可根据构件当前腐蚀程度、受腐蚀的时间以及最近腐蚀环境扰动等因素综合确定,并可结合结构的后续目标使用年限,判断构件在后续目标使用年限内的腐蚀残余厚度。
5.3.5 对于均匀腐蚀,当后续目标使用年限内的使用环境基本保持不变时,构件的腐蚀耐久性年限可根据剩余腐蚀牺牲层厚度、以前的年腐蚀速度确定。
5.3.6 钢构件涂装防护检测的内容应包括涂层检测和拉索外包裹防护层检测。
5.3.7 涂层的检测项目应包括外观质量、涂层完整性、涂层厚度。检测抽样应符合下列规定:
1 钢构件涂层外观质量可采用观察检查,宜全数普查;
2 涂层裂纹可采用观察检查和尺量检查,构件抽查数量不应少于10%,且不应少于3根;
3 涂层完整性可采用观察检查,宜全数普查;
4 涂层厚度可采用于膜测厚仪检测,构件抽查数量不应少于10%,且不应少于3根。
5.3.8 拉索外包裹防护检测应包括拉索外包裹防护层外观质量和索夹填缝,可采用观察检查,宜全数普查。
5.4 钢构件安全性鉴定
5.4.1 钢构件安全性鉴定应按承载力、构造两个基本项目分别评定等级,并应取其中的较低等级作为安全性鉴定等级。当构件存在严重缺陷、过大变形、显著损伤和严重腐蚀等状况时,可按其严重程度评定变形与损伤等级,然后取承载力、构造和变形与损伤的最低评定等级,作为安全性鉴定等级。
5.4.2 钢构件承载力安全等级应根据构件的抗力设计值R和作用效应组合设计值S及结构重要性系数γ0,按表5.4.2的规定评定。
表5.4.2 钢构件承载力安全等级
注:1 表中构件坑力R和作用效应S应按本标准第3.1.10条的要求确定;结构重要性系数γ0应按本标准第3.1.7条的规定取用;
2 吊车梁的疲劳性能,应根据疲劳验算结果、已使用年限和吊车系统的损伤程度进行评级,不受表中数值限制。
5.4.3 腐蚀钢构件按本标准第5.4.2条评定其承载力安全等级时,应按下列规定确定腐蚀对钢材性能和截面损失的影响:
1 当腐蚀损伤量不超过初始厚度的25%且残余厚度大于5mm时,可不考虑腐蚀对钢材强度的影响;对于普通钢结构,当腐蚀损伤量超过初始厚度的25%或残余厚度不大于5mm时,钢材强度应乘以0.8的折减系数;对于冷弯薄壁钢结构,当截面腐蚀大于10%时,钢材强度应乘以0.8的折减系数。
2 强度和整体稳定性验算时,构件截面积和截面模量的取值应考虑腐蚀对截面的削弱。
3 疲劳验算时,当构件表面发生明显的锈坑、但腐蚀损伤量不超过初始厚度的5%时,构件疲劳计算类别不得高于4类;当腐蚀损伤量超过初始厚度的5%时,构件疲劳计算类别不得高于5类。
5.4.4 钢构件的构造等级应按表5.4.4的规定评定。
表5.4.4 钢构件构造等级
5.4.5 当钢构件呈现下列状态时,可直接评定其变形与损伤等级:
1 当构件存在裂纹或部分断裂时,应根据损伤程度评定为cu级或du级;
2 当吊车梁受拉区或吊车桁架受拉杆及其节点板有裂纹时,应根据损伤程度评定为cu级或du级;
3 当钢桁架屋架或托架的实测挠度大于其计算跨度的1/400,在承载力验算时,应考虑由于挠度产生的附加应力的影响,并按下列原则评级:
1)当验算结果可评定为bu级时,宜附加观察使用一段时间的限制;
2)当验算结果低于bu级时,可根据其实际严重程度评定为cu级或du级。
4 当钢桁架顶点的实测侧向位移大于其计算高度的1/200、且有可能发展时,应评定为cu级;
5 钢桁架中有整体弯曲缺陷但无明显局部缺陷的双角钢受压腹杆,其杆件整体弯曲实测值超过表5.4.5-1中的限值时,可根据实际情况和对其承载力的影响程度评为cu级或du级;
表5.4.5-1 双角钢受压腹杆双向弯曲缺陷实测值限值
注:1.△x为平面内弯曲,△y为平面外弯曲,f为材料强度设计值,l为杆件长度;
2.σ=N/(φA)。
6 其他受弯构件因挠度过大或几何偏差造成变形时,应按表5.4.5-2的规定评级;
表5.4.5-2 按受弯构件实测变形评定等级
注:表中l0为构件计算跨度,ls为网架短向计算跨度。
7 当柱顶实测水平位移或倾斜大于表5.4.5-3的限值时,应按下列规定评级:
1)当构件出现明显变形或其他屈曲迹象时,应根据其严重程度评定为cu或du级;
2)当构件未出现明显变形或其他屈曲迹象时,应考虑该位移进行结构内力分析,按本标准第5.4.2条的规定评级,当验算结果可评定为bu级时,但宜附加观察使用一段时间的限制,当该位移尚在发展时,应直接定为du级。
表5.4.5-3 钢结构柱顶侧向位移限值
结构类别 | 顶点位移 | 层间位移 |
单层建筑 | H/400 | — |
多高层建筑 | H/450 | Hi/350 |
注:H为结构顶点高度。
8 当柱的实测弯曲矢高大于柱自由长度的1/660或10mm时,应在其承载力验算中考虑弯曲引起的附加弯矩的影响,并应按本标准第5.4.2条的规定评级;
9 腐蚀的钢构件除应按本标准第5.4.2条评定其承载力等级外,尚应按表5.4.5-4的规定对其腐蚀状态严重程度进行变形与损伤等级评定。
表5.4.5-4 钢构件腐蚀状态安全等级
注:t为腐蚀部位构件原截面的壁厚或钢板的板厚。
5.4.6 下列情况下,构件宜通过载荷试验进行安全性鉴定:
1 按现有计算手段尚不能准确评定构件的安全性;
2 构件验算缺少应有的参数。
5.5 钢构件适用性鉴定
5.5.1 构件适用性鉴定应按变形、制作安装偏差、构造、损伤、防火涂层质量等项目分别评定等级,并应取其中最低等级作为适用性鉴定等级。
5.5.2 受弯构件的适用性按变形计算结果评定时,应按表5.5.2的规定评定,且应符合下列规定:
1 吊车梁和吊车桁架的挠度应为其自重和起重量最大的一台吊车作用下的挠度值;
2 表中as级不带括号的数值应为永久和可变荷载标准值产生的变形值,当有起拱或下挠时,应减去或加上起拱或下挠值,其中带括号数值为可变荷载标准值产生的变形值;
3 当构件变形达到cs级时,应考虑变形引起的附加内力对构件承载力的影响。
表5.5.2 受弯构件按变形评定适用性等级
注:l为受弯构件跨度,悬臂梁取其悬臂长度的2倍。
5.5.3 钢柱的适用性等级按水平位移或倾斜的检测或计算结果评定时,应按表5.5.3-1的规定执行,同时,应按表5.5.3-2的规定评定风荷载作用下钢柱的适用性等级,并应取较低等级作为钢柱的适用性等级。按表5.5.3-1的规定评定时,尚应符合下列规定:
1 在设有A8级吊车的厂房中,厂房柱as级位移限值应减小10%;
2 柱的位移或倾斜应为最大的一台吊车水平荷载作用下的水平位移值;
3 当构件变形达到cs级时,应考虑变形引起的附加内力对构件承载力的影响。
表5.5.3-1 钢柱按检测或计算的水平位移评定适用性等级
注:HT为基础顶面至吊车梁或吊车桁架顶面的高度,H为结构顶点高度,Hi第i层层间高度。
表5.5.3-2 风荷载作用下钢框架柱按柱顶水平位移评定适用性等级
注:Hi第i层层间高度,H为结构顶点高度。
5.5.4 钢构件适用性等级按偏差的检测结果评定时,应按表5.5.4的规定评定。
表5.5.4 钢构件按制作安装偏差评定适用性等级
5.5.5 受拉钢构件的适用性等级按长细比检测结果评定时,应按表5.5.5的规定评定。
表5.5.5 受拉钢构件按长细比评定适用性等级
5.5.6 钢构件适用性等级按机械物理损伤和高温的检查结果评定时,应按表5.5.6的规定评定。
表5.5.6 钢构件按机械物理损伤和高温检查结果评定适用性等级
5.5.7 钢构件适用性等级按防火涂层检查结果评定时,应根据防火涂层外观质量、涂层完整性、涂层厚度三个基本项目的最低适用性等级确定,三个基本项目适用性等级应按表5.5.7规定评定。
表5.5.7 钢构件按防火涂层评定适用性等级
5.6 钢构件耐久性鉴定
5.6.1 钢构件耐久性鉴定应根据防腐涂层或外包裹防护质量及腐蚀两个基本项目分别评定等级,并应取其中较低等级作为其耐久性鉴定等级。
5.6.2 钢构件耐久性等级按防腐涂层或外包裹防护质量检测结果评定时,应根据涂层外观质量、涂层完整性、涂层厚度、外包裹防护四个基本项目的最低耐久性等级确定,四个基本项目的耐久性等级应按表5.6.2的规定评定。
表5.6.2 钢构件按防腐涂层或外包裹防护评定耐久性等级
5.6.3 钢构件耐久性等级按腐蚀的检测结果评定时,应按表5.6.3的规定评定。
表5.6.3 钢构件按腐蚀评定耐久性等级
注:表中t为板件厚度。
6 连接和节点的检测与鉴定
6.1 一般规定
6.1.1 连接和节点的检测内容应包括:连接和节点的几何特征、缺陷和变形与损伤、腐蚀状况、节点的功能状态以及材料性能。
6.1.2 连接和节点检测前,应清除检测部位表面的油污、浮锈和其他杂物。
6.1.3 连接与节点的腐蚀与涂装防护,可按本标准第5.3节的规定进行检测。
6.1.4 下列情况下,连接和节点宜通过试验进行可靠性鉴定:
1 按现有计算手段尚不能准确评定连接和节点的可靠性;
2 连接和节点验算缺少应有的参数。
6 连接和节点的检测与鉴定
6.1 一般规定
6.1.1 连接和节点的检测内容应包括:连接和节点的几何特征、缺陷和变形与损伤、腐蚀状况、节点的功能状态以及材料性能。
6.1.2 连接和节点检测前,应清除检测部位表面的油污、浮锈和其他杂物。
6.1.3 连接与节点的腐蚀与涂装防护,可按本标准第5.3节的规定进行检测。
6.1.4 下列情况下,连接和节点宜通过试验进行可靠性鉴定:
1 按现有计算手段尚不能准确评定连接和节点的可靠性;
2 连接和节点验算缺少应有的参数。
6.2 焊缝连接的检测与鉴定
6.2.1 焊缝检测的内容应包括焊缝质量、焊缝构造及其尺寸、焊缝腐蚀、开裂状况以及力学性能。
6.2.2 焊缝检测的抽样应符合下列规定:
1 结构关键部位焊缝的检测,应全数普查和目测外观质量;
2 对外观质量检查有疑问的焊缝,应进行无损探伤,主要焊缝抽样比例不应少于10%,一般焊缝抽样比例不应少于5%,且均不应少于3处;
3 焊缝长度每300mm应定义为1处,小于或等于300mm者,每条焊缝为1处;
4 其他部位焊缝的检测,焊缝抽样比例不宜少于2%,且均不应少于3处;
5 抽样位置应覆盖结构的关键受力部位、大部分区域以及不同的焊缝形式。
6.2.3 焊缝尺寸应包括焊缝长度、焊缝余高,角焊缝尚应包括焊脚尺寸。测量焊缝余高和焊脚尺寸时,应沿每处焊缝长度方向均匀量测3点,取其算术平均值作为实际尺寸。焊缝的细部构造可采用目测检查。
6.2.4 焊缝质量检测内容应包括角焊缝的外观质量、对接焊缝的外观质量和内部缺陷。检测应按下列要求进行:
1 焊缝外观质量检测,宜采用辅以放大镜的目测,当目测不能满足检测要求时,可采用磁粉探伤或渗透探伤;
2 对接焊缝内部质量检测,可采用超声波无损检测法;当超声波检测不适用时,可采用射线探伤检测。
6.2.5 焊缝安全性应按承载力和构造两个项目分别评定等级,并应取其中的较低等级作为安全性等级。腐蚀严重的焊缝,应测量其剩余长度和剩余厚度。计算焊缝承载力时,应考虑焊缝受力条件改变以及腐蚀损失的不利影响。且应符合下列规定:
1 焊缝的承载力安全等级应区分焊缝为主要焊缝或一般焊缝,按本标准表5.4.2的规定计算评定;
2 焊缝细部构造及尺寸的等级应按其是否符合现行国家标准《钢结构设计规范》GB 50017的规定进行评定,符合,可评定为au级,基本符合,可评定为bu级,不符合,根据其不符合程度评定为cu级或du级。
6.2.6 当焊缝出现下列情况之一时,可评定为cu或du级:
1 焊缝检测部位出现裂纹或外观质量低于现行国家标准《钢结构设计规范》GB 50017规定的三级焊缝的要求;
2 受疲劳作用的焊缝,出现不符合现行国家标准《钢结构设计规范》GB 50017规定的质量要求的缺陷;
3 最小焊脚尺寸或最小焊缝长度不符合现行国家标准《钢结构设计规范》GB 50017的规定;
4 焊缝质量等级或构造要求不符合现行国家标准《钢结构设计规范》GB 50017的规定。
6.3 螺栓和铆钉连接的检测与鉴定
6.3.1 螺栓和铆钉连接检测的内容应包括连接的构造及尺寸、变形及损伤、腐蚀状况、螺栓和铆钉等级。当不能确定等级时,可取样进行力学性能检验。
6.3.2 螺栓和铆钉连接检测的抽样应符合下列规定:
1 检测的抽检比例不应少于同类节点数的10%,且不应少于3个节点,抽查位置应覆盖结构的大部分区域以及不同连接形式的区域;同类节点总数不足10个时,应全数检查;每个抽查节点检测的螺栓和铆钉数,不应少于10%,且不应少于3个。
2 有损伤的节点和指定检测的节点,应全数检查。
6.3.3 螺栓和铆钉连接的尺寸和构造的检测应包括:螺栓和铆钉的规格、孔径、间距、边距,螺栓和铆钉的质量等级、数量、排列方式,节点板尺寸和构造;高强度螺栓连接尚应包括螺母数量、螺栓头露出螺母的长度、节点板及母材的厚度。
6.3.4 螺栓和铆钉连接的变形及损伤的检测应包括:螺杆或铆钉断裂、弯曲,螺栓和铆钉脱落、松动、滑移,连接板栓孔挤压破坏,腐蚀程度。
6.3.5 螺栓和铆钉连接的安全性应按承载力和构造两个项目分别评定等级,并应取其中的较低等级作为安全性鉴定等级。且应符合下列规定:
1 普通螺栓和铆钉连接的承载力等级应按本标准表5.4.2的规定计算评定;
2 高强度螺栓连接的承载力等级应按本标准表5.4.2主要连接的规定计算评定;
3 螺栓和铆钉连接的构造及尺寸的等级,应按其是否符合设计规定进行评定,符合,评定为au级,基本符合,评定为bu级,不符合,根据其不符合程度评定为cu级或du级。
6.3.6 当单个螺栓或铆钉出现下列变形或损伤之一时,该螺栓或铆钉连接的安全性等级可评定为cu或du级:
1 螺栓或铆钉断裂、弯曲、松动、脱落、滑移;
2 螺栓或铆钉头严重腐蚀;
3 连接板出现翘曲或连接板上部分栓孔挤压破坏。
6.3.7 螺栓和铆钉连接的适用性等级,应根据其变形和损伤状况,按本标准表6.3.7的规定评定。
表6.3.7 螺栓和铆钉连接的适用性等级
6.4 节点的检测与鉴定
6.4.1 节点的检测内容应包括表6.4.1所列项目。
表6.4.1 节点检测的内容
6.4.2 支座节点的检测应包括下列内容:
1 支座节点的整体与细部构造;
2 支座加劲肋的尺寸、布置、制作安装偏差、变形与损伤;
3 支座销轴和销孔的尺寸、制作安装偏差、变形与损伤;
4 支座变形、移位与沉降;
5 支座的工作性能和状态;
6 橡胶支座的变形与老化程度;
7 支座构造与结构计算模型的一致性;
8 支座节点腐蚀状况。
6.4.3 节点检测的抽样应符合下列规定:
1 抽检比例不应少于同类节点数的5%,且不应少于3个节点;对于网架螺栓球节点每种规格不应少于5个,抽查位置应覆盖结构的大部分区域以及不同节点形式的区域;同类节点总数不足10个时,应全数检查。
2 有损伤的节点和指定检测的节点应全数检查。
3 支座节点、柱脚应全数检查。
4 当发现节点有影响结构承载力的严重缺陷时,应全数检测。
6.4.4 节点的安全性鉴定应按承载力、构造和连接三个项目分别评定等级,并应取其中的最低等级作为安全性鉴定等级。且应符合下列规定:
1 节点的承载力安全性等级,应按本标准表5.4.2的规定计算评定;
2 节点构造等级应按其是否符合设计或现行国家标准《钢结构设计规范》GB 50017的规定进行评定,符合,可评定为au级,基本符合,可评定为bu级,不符合,根据其不符合程度评定为cu级或du级;
3 节点连接等级,应按本标准第6.2节和第6.3节的规定评定。
6.4.5 当节点出现下列状况之一时,可评定为cu级:
1 焊接球节点表面出现可见变形;
2 螺栓球节点受压杆套筒松动;
3 拉索锚固节点中断丝数达到5%;
4 拉索锚固节点锚塞出现可观察到的渗水裂缝;
5 拉索中钢丝出现肉眼可见的明显腐蚀损伤;
6 拉索节点处索保护层出现明显损伤。
6.4.6 当节点出现下列状况之一时,可评定为du级:
1 节点中的传力螺栓或锚栓连接为du级;
2 节点中的传力焊缝连接为du级;
3 连接板开裂、屈曲、翘曲或严重变形;
4 主要受力加劲肋开裂、屈曲、翘曲或严重变形;
5 螺栓、节点板或焊缝严重腐蚀;
6 螺栓球节点锥头或封板出现裂纹;
7 焊接球节点表面出现裂纹或明显凹陷;
8 焊接相贯节点出现裂纹或构件出现可见屈曲变形;
9 铸钢节点出现裂纹;
10 拉索节点锚具出现裂纹;
11 高强度螺栓摩擦型连接出现滑移变形;
12 拉索与锚具间出现可观察到的滑移。
6.4.7 节点的适用性鉴定,应根据其变形和损伤状况以及功能状态按表6.4.7的规定评定等级。
表6.4.7 钢结构节点的适用性等级
6.4.8 节点的耐久性鉴定,可根据其腐蚀及表面涂层状况按本标准第5.6节的规定评定等级。
7 专项检测与鉴定
7.1 钢结构振动检测与鉴定
7.1.1 钢结构振动检测的内容应包括外加动荷载或作用的特性、结构动力特性以及结构振动响应。
7.1.2 钢结构的振动可通过布置动力响应传感器进行检测。用于钢结构振动响应检测的测试方法应成熟可靠。
7.1.3 在下列情况下,应进行钢结构振动检测:
1 钢结构整体或局部承受超过设计要求的外加动荷载或作用;
2 钢结构整体或局部在外部作用下产生了设计未考虑的不利动荷载效应。
7.1.4 检测外加动荷载或作用的特性时,应明确振动源的频率、作用方向等参数。
7.1.5 钢结构振动现场检测、数据处理及其检测数据结果应符合本标准附录B的规定。
7.1.6 钢结构振动鉴定,应根据检测结果,按设计要求进行评定。当适用性符合设计要求时,可评定为as级,否则,应根据振动幅度大小评定为bs级或cs级。
7.1.7 当振动效应不满足设计要求时,应在结构安全性鉴定计算中考虑振动效应。
7 专项检测与鉴定
7.1 钢结构振动检测与鉴定
7.1.1 钢结构振动检测的内容应包括外加动荷载或作用的特性、结构动力特性以及结构振动响应。
7.1.2 钢结构的振动可通过布置动力响应传感器进行检测。用于钢结构振动响应检测的测试方法应成熟可靠。
7.1.3 在下列情况下,应进行钢结构振动检测:
1 钢结构整体或局部承受超过设计要求的外加动荷载或作用;
2 钢结构整体或局部在外部作用下产生了设计未考虑的不利动荷载效应。
7.1.4 检测外加动荷载或作用的特性时,应明确振动源的频率、作用方向等参数。
7.1.5 钢结构振动现场检测、数据处理及其检测数据结果应符合本标准附录B的规定。
7.1.6 钢结构振动鉴定,应根据检测结果,按设计要求进行评定。当适用性符合设计要求时,可评定为as级,否则,应根据振动幅度大小评定为bs级或cs级。
7.1.7 当振动效应不满足设计要求时,应在结构安全性鉴定计算中考虑振动效应。
7.2 钢构件疲劳性能检测与鉴定
7.2.1 直接承受动力荷载的钢构件及其连接,在服役期内应定期进行疲劳性能检测。
7.2.2 钢构件疲劳性能检测的位置应包括构件上应力幅较大的部位、构造复杂的部位、应力集中部位、出现裂纹的部位。
7.2.3 疲劳损伤可采用辅以放大镜目测检查以及磁粉、渗透或超声波探伤检测。
7.2.4 评估构件的疲劳性能时,应确定其实际应力谱。应力谱可由结构或构件控制部位的应力-时间变化曲线得到。应力-时间变化曲线,可在结构正常使用情况下通过现场测试绘制。
7.2.5 钢构件的剩余疲劳寿命应按下式计算
式中:T*——测量持续时间,时间单位与T0相同;
C和β——与构件和连接类别有关系的参数,按现行国家标准《钢结构设计规范》GB 50017确定;
T0——结构或构件已使用的时间,单位为小时或天,可由测试者确定;
φ——附加安全系数,当测量时间为24h时取1.5~3.0;
△σi——测量部位第i个级别的应力幅值(N/mm2);
n*i——测量时间内△σi的作用次数。
7.2.6 钢构件疲劳性能等级应按下列规定评定:
1 构件疲劳强度验算满足要求时,可评定为au级,否则,可根据不满足的程度评定为cu或du级;
2 当构件剩余疲劳寿命不小于构件后续目标使用寿命时,可评定为au级,否则,可根据不满足的程度评定为cu或du级。
7.2.7 对于受力状态复杂或者无法确定疲劳连接类型的构件,可进行构件模型疲劳试验。重要建筑物的重要部分,尚应采用断裂力学方法分析结构或构件的裂纹是否稳定,当裂纹不稳定时,则可根据裂纹是否发展评定为cu或du级。
7.3 火灾后钢结构的检测与鉴定
7.3.1 火灾后钢结构检测的范围应为结构单元或受火灾影响区域内的结构或构件。
7.3.2 火灾后钢结构检测与鉴定的程序及内容除应符合本标准第3章的规定外,尚应符合下列规定:
1 火灾后钢结构检查评估应包括下列内容:
1)勘查火灾现场,确定危险结构及构件的分布范围,提出应急安全处置建议;
2)勘查、评估结构的烧灼损伤状况;
3)调查火灾过程及温度分布,确定火灾影响的区域范围;
4)提出检查评估结论,或进一步详细调查、检测与鉴定的方案。
2 进行受火灾钢结构及构件的检测、分析与校核;
3 进行受火灾钢结构的可靠性鉴定评级;
4 提出火灾后处理意见及建议。
7.3.3 火灾过程调查应包括火灾概况调查和火作用调查分析,并应符合下列规定:
1 火灾概况调查,应了解火灾的规模、火灾引燃、蔓延、熄灭的过程和时间以及火灾燃烧物种类、灭火方法及手段;
2 火作用调查,可根据火场残留物状况、结构构件烧灼损伤状况按本标准附录C判断结构所受的温度和推定火灾作用影响程度;
3 基于主要构件的升温程度,绘制火灾作用等温线示意图。
7.3.4 火灾后钢构件烧灼损伤状况勘查、检测、鉴定的内容应包括构件及节点连接的外观变形损伤、结构材料性能的劣化损伤、结构受力性能的劣化损伤、防护措施损坏或损伤,并应符合下列规定:
1 构件及节点连接的外观变形损伤勘查、检测应符合下列规定:
1)检测并复核火灾影响区域支座节点及结构其他特征点的相对位置,检查结构的整体变形状况。
2)对直接遭受火焰或高温烟气作用的构件及节点,应全数检查其烧灼变形损伤程度;一般构件可采用外观目测、尺量、锤击回声等方法检查,大型构件宜采用仪器观测。
3)对承受温度应力作用的构件及节点,应检查其变形、裂损状况。对于不便观察或仅通过观察难以发现问题的构件,可辅以温度作用应力分析判断。
2 结构材料性能劣化损伤的检测与评估应符合下列规定:
1)火灾后钢材性能可能发生明显改变时,应通过现场抽样检验或模拟试验确定材料的性能指标。检测项目应根据鉴定要求确定,包括屈服点、抗拉强度、伸长率、冲击韧性、弹性模量以及化学成分、金相组织。
2)现场取样应考虑钢材品种及烧灼程度的代表性,取样应避开构件的主要受力位置和截面应力最大处。
3)模拟试验可采用同种钢材加温冷却试样,试样的升降温度过程及冷却方式应正确反映实际火灾情况。
4)对于热轧结构钢材,如果火灾前材料性能明确,可根据构件所受的升温幅度按本标准附录C确定火灾后材料的屈服强度。
3 结构受力性能劣化损伤的分析评估应符合下列规定:
1)应考虑杆件、板件的屈曲或扭曲对结构承载力及刚度产生的不利影响;
2)应考虑焊缝连接的残余应力对构件性能的不利影响;
3)对普通螺栓及铆钉连接节点,应考虑螺栓或铆钉松动、连接板变形对结构性能的影响;
4)对高强度螺栓连接节点,应考虑火灾可能引起的螺栓预拉力损失、接触面抗滑移系数下降等对结构性能的影响。
4 防护措施损伤程度勘查、检测应符合下列规定:
1)防护措施勘查、检测的内容应包括防腐涂层炭化、剥落,防火涂层开裂、剥落、发泡及防火设施破损;
2)防护措施勘查、检测的方法可包括:对于防腐、防火涂层,可采用锤击回声、铲刀刮除、砂纸打磨等方法,对于装配式防火设施,可采用锤击检查方法。
7.3.5 火灾后钢结构的鉴定校核分析,应符合下列规定:
1 火灾后的结构分析应考虑火灾后结构残余状态材料的力学性能、连接状态、结构几何形状变化和构件的变形和损伤;
2 结构内力分析模型可根据下列实际情况,在满足安全的条件下进行简化:
1)局部火灾未造成整体结构明显变位、损伤时,可仅考虑局部作用;
2)支座没有明显变位的连续结构如板、梁、框架等,可不考虑支座变位的影响。
3 进行火灾后结构构件的抗力校核验算时,应考虑火灾作用对结构材料性能、结构受力性能的不利影响。
7.3.6 火灾后钢结构的安全性鉴定应按承载力和变形损伤两个项目分别评定等级,并应取其中的较低等级作为安全性鉴定等级。
7.3.7 火灾后钢构件承载力等级,应按本标准第5.4.2条的规定评定。对于材料有冲击韧性要求的钢构件,尚应进行冲击韧性复核,当不满足要求时,应根据不满足程度评定为cu级或du级。
7.3.8 火灾后钢结构或构件的变形损伤等级,应根据整体或构件变形状况、节点连接变形损坏状况、零部件变形损坏状况,按表7.3.8的规定评定,并应按其中的最低等级确定结构或构件的变形损伤等级。
表7.3.8 火灾后钢结构或构件外观变形损伤等级
7.3.9 火灾后钢结构或构件的适用性鉴定应按表7.3.9中的防腐涂装、防火涂装、防火保护三个项目分别评定等级,并应取其中的最低等级作为适用性鉴定等级。
表7.3.9 火灾后钢结构或构件防护损伤等级
8 钢结构系统可靠性鉴定
8.1 一般规定
8.1.1 钢结构系统的检查评估,应根据检查结果按下列情况给出评估结论:
1 钢结构系统已为危险结构;
2 钢结构系统具有一定的承载力,尚需进一步详细检测鉴定;
3 钢结构系统工作状态正常。
8.1.2 钢结构系统的安全性鉴定应包括结构整体性、主要构件的承载力和稳定性、主要节点的强度、结构整体变形、结构整体稳定性的鉴定。
8.1.3 钢结构系统适用性鉴定应分别对结构整体变形、主要构件变形进行等级评定,对高层建筑钢结构及有人驻留的高耸钢结构尚应包括舒适度和振动的等级评定。
8.1.4 钢结构系统耐久性鉴定应分别对钢结构的防护现状和腐蚀状况进行等级评定。
8.1.5 当按承载能力极限状态验算时,根据结构反应特点,可采用线性、非线性或弹塑性理论;当按正常使用极限状态验算时,可采用线性理论或非线性理论;对于大跨度及空间钢结构,应进行非线性整体稳定性验算。
8.1.6 在结构安全性鉴定中,可对结构受力复杂区域或节点进行精细化数值分析。
8.1.7 进行结构动力分析时,可根据动力实测结果对结构的初始刚度和阻尼比进行修正。
8 钢结构系统可靠性鉴定
8.1 一般规定
8.1.1 钢结构系统的检查评估,应根据检查结果按下列情况给出评估结论:
1 钢结构系统已为危险结构;
2 钢结构系统具有一定的承载力,尚需进一步详细检测鉴定;
3 钢结构系统工作状态正常。
8.1.2 钢结构系统的安全性鉴定应包括结构整体性、主要构件的承载力和稳定性、主要节点的强度、结构整体变形、结构整体稳定性的鉴定。
8.1.3 钢结构系统适用性鉴定应分别对结构整体变形、主要构件变形进行等级评定,对高层建筑钢结构及有人驻留的高耸钢结构尚应包括舒适度和振动的等级评定。
8.1.4 钢结构系统耐久性鉴定应分别对钢结构的防护现状和腐蚀状况进行等级评定。
8.1.5 当按承载能力极限状态验算时,根据结构反应特点,可采用线性、非线性或弹塑性理论;当按正常使用极限状态验算时,可采用线性理论或非线性理论;对于大跨度及空间钢结构,应进行非线性整体稳定性验算。
8.1.6 在结构安全性鉴定中,可对结构受力复杂区域或节点进行精细化数值分析。
8.1.7 进行结构动力分析时,可根据动力实测结果对结构的初始刚度和阻尼比进行修正。
8.2 多高层钢结构可靠性鉴定
8.2.1 多高层钢结构整体性检查应包括下列内容:
1 结构实物与设计图纸的符合程度;
2 结构体系、结构平面和竖向布置、楼盖结构布置、基础形式、构件选型以及节点连接构造;
3 结构构件、楼面、抗侧力结构单元及节点的缺陷、变形、损伤;
4 基础沉降、建筑物倾斜;
5 建筑物外围护墙体开裂、损坏、渗漏情况;
6 建筑物内部装修、隔墙等连接节点的变形、开裂;
7 建筑物内工作人员对风激振动的主观反映情况。
8.2.2 多高层钢结构的安全性鉴定,应按结构整体性、结构承载安全性两个项目分别评定等级,并应取其中的较低等级作为安全性鉴定等级,且应符合下列规定:
1 多高层钢结构的整体性等级应根据结构体系和布置,按表8.2.2-1的规定评定;
表8.2.2-1 钢结构整体性等级
2 多高层钢结构承载安全性等级,当根据承载能力极限状态分析结果评定时,应按表8.2.2-2的规定评定。
表8.2.2-2 多高层钢结构承载安全性等级
8.2.3 多高层钢结构的适用性鉴定,应按结构侧向位移变形和楼面挠曲变形两个项目分别评定等级,并应取其中的较低等级作为适用性鉴定等级。对于高层钢结构系统,尚应根据风激振动评定舒适性等级,并应按其中的最低等级确定适用性鉴定等级,且应符合下列规定:
1 多高层钢结构在水平风荷载作用下的侧向位移变形,可根据现状检测或验算分析结果,按下列规定评定等级:
1)符合设计规定,所有构件均为as级,墙体、装修等无明显损坏或损伤,可评定为As级;
2)基本符合设计规定,不含cs级构件,墙体、装修等存在明显损坏或损伤,但对正常使用无明显影响,可评定为Bs级;
3)不符合设计规定,墙体、装修等存在明显损坏或损伤,对正常使用有明显影响,可评定为Cs级。
2 多高层钢结构楼盖挠曲变形等级,应根据现状检测结果按表8.2.3-1的规定评定;
表8.2.3-1 多高层钢结构楼盖结构挠曲变形等级
3 多高层钢结构风激振动舒适性等级应根据调查检测及验算分析结果,按表8.2.3-2的规定评定。
表8.2.3-2 多高层钢结构风激振动舒适性等级
注:当计算结果大于设计规定的限值时,不应评定为As级。
8.2.4 多高层钢结构的耐久性鉴定,应按结构防护现状与防火现状两个项目分别评定等级,并应取其中的较低等级作为耐久性鉴定等级,并应符合下列规定:
1 多高层钢结构的防护现状,应根据楼层子结构评级结果,按表8.2.4-1的规定评定等级;
表8.2.4-1 多高层钢结构防护等级
2 多高层钢结构楼层子结构的防护现状,应根据构件及连接节点防护评级结果,按表8.2.4-2的规定评定等级,并应取其中较低等级作为楼层子结构防护等级;
表8.2.4-2 多高层钢结构楼层子结构防护等级
注:表中构件及节点的耐久性等级按本标准5.6节的规定评定。
3 多高层钢结构的防火现状等级,应根据防火措施是否符合设计要求或基于系统抗火分析结果是否符合要求进行评定,符合要求时,可评定为Ad级,否则,根据不符合程度评定为Bd级或Cd级。
8.3 大跨度及空间钢结构可靠性鉴定
8.3.1 大跨度及空间钢结构整体性检查应包括下列内容:
1 结构实物与设计图纸的符合程度;
2 结构体系、支撑系统、主要构件形式、主要节点构造及支座节点布置和构造;
3 结构整体挠曲变形、支座节点变形和移位或沉降;
4 主要构件损伤、主要节点损伤;
5 结构表面涂层质量和腐蚀状况。
8.3.2 大跨度及空间钢结构的安全性鉴定,应按结构整体性和结构承载安全性两个项目分别评定等级,并应取其中的较低等级作为安全性鉴定等级。
8.3.3 大跨度及空间钢结构整体性等级,应根据结构体系及支撑布置、主要构件形式、主要节点构造、主要支座节点构造四个项目,按表8.3.3的规定评定。
表8.3.3 大跨度及空间钢结构整体性等级
8.3.4 大跨度及空间钢结构承载安全性等级,应根据理论计算结果,按主要构件及主要节点的评定等级以及结构整体稳定性评定等级中的较低等级确定,并应符合下列规定:
1 当根据主要构件及主要节点的受力评定等级时,可按本标准表8.2.2-2的规定评定;
2 当根据结构整体稳定性计算结果评定等级时,当整体稳定极限承载系数不小于设计规定值时,可评定为Au级;否则评定为Cu级或Du级。
8.3.5 大跨度及空间钢结构的适用性鉴定,应根据现场实测和理论模型计算结果,对结构整体挠曲变形、支座变形或位移两个项目按表8.3.5的规定分别评定等级,并应取其中的较低等级作为适用性鉴定等级,且应符合下列规定:
1 当有实测结果时,应依据实测结果进行评定;
2 计算结构挠曲变形的荷载条件应为恒荷载为主的标准组合。
表8.3.5 大跨度及空间钢结构适用性等级
注:[w]表示设计规定的最大挠曲变形。
8.3.6 大跨度及空间钢结构的耐久性鉴定,应按构件及连接节点的表面防护现状与防火现状分别评定等级,并应取其中的较低等级作为耐久性鉴定等级,且应符合下列规定:
1 当根据结构构件及节点表面的防护现状评定耐久性等级时,应根据本标准表8.2.4-2的规定评定;
2 当根据结构的防火现状评定耐久性等级时,应根据本标准第8.2.4条第3款的规定评定。
8.4 厂房钢结构可靠性鉴定
8.4.1 厂房钢结构整体性检查应包括下列内容:
1 结构实物与设计图纸的符合程度;
2 柱脚沉降和移位、厂房柱倾斜;
3 结构体系、梁柱构件选型与节点构造、构件及节点的缺陷与变形及损伤;
4 支撑布置、支撑构造和连接、支撑杆件的缺陷与变形及损伤;
5 吊车梁、制动系统、辅助系统及其连接、吊车梁系统构件的缺陷与变形及损伤。
8.4.2 厂房钢结构的可靠性,应按照承重结构、支撑系统、吊车梁系统分别进行鉴定。
8.4.3 承重结构的安全性鉴定,应按结构整体性和承载安全性两个项目分别评定等级,并应取其中的较低等级作为安全性鉴定等级,同时应考虑过大水平位移或明显振动对承重结构或其中部分结构安全性的影响。
8.4.4 承重结构的整体性等级应根据结构体系及布置、主要构件形式、主要节点构造,按表8.4.4的规定评定。
表8.4.4 承重结构整体性等级
8.4.5 承重结构的承载安全性等级,可根据理论计算结果,按主要构件及主要节点的评定等级以及结构整体稳定性评定等级中的较低等级确定,且应符合下列规定:
1 当根据主要构件及主要节点的受力评定等级时,应按本标准表8.2.2-2的规定评定;
2 当根据结构整体稳定性计算结果评定等级时,应按本标准第8.3.4条第2款的规定评定。
8.4.6 承重结构的适用性鉴定,应按结构水平位移或变形、结构振动两个项目分别评定等级,并应取其中的较低等级作为适用性鉴定等级,且应符合下列规定:
1 承重结构的位移或变形等级,可采用检测或计算的结果,按表8.4.6的规定评定,尚应符合下列规定:
1)在设有A8级吊车的厂房中,厂房As级位移限值应减小10%;
2)位移为最大的一台吊车水平荷载作用下的水平位移值;
3)单层厂房横向位移或倾斜为最大的一台吊车水平荷载作用下的水平位移值。
表8.4.6 按结构水平位移或倾斜变形评定适用性等级
注:H为自基础顶面至厂房柱顶总高度;Hi为层高;HT为基础顶面至吊车梁或吊车桁架顶面的高度。
2 当需要考虑振动对承重结构整体或局部的影响时,可按本标准第7.1节的规定进行检测,并按设计要求评定适用性等级。
8.4.7 厂房钢结构支撑系统的安全性鉴定,应按整体性、承载安全性和构件长细比三个项目分别评定等级,并应取其中的最低等级作为安全性鉴定等级,且应符合下列规定:
1 支撑系统整体性等级应根据支撑布置的完整性、支撑杆件形式、节点构造与连接,按表8.4.7的规定评定;
表8.4.7 支撑系统整体性等级
2 支撑系统的承载安全性等级,应根据支撑构件及节点的承载力验算结果,按本标准表8.2.2-2的规定评定;
3 支撑系统构件长细比等级,应根据设计规定评定,符合规定时,可评定为Au级,否则,根据其不符合程度评定为Bu级或Cu级。
8.4.8 厂房钢结构支撑系统的适用性鉴定,应根据其挠曲变形程度评定等级。当支撑的最大侧向挠曲变形不超过设计规定的最大容许挠曲变形时,可评定为As级,否则,根据其挠曲变形程度评定为Bs级或Cs级。
8.4.9 吊车梁结构系统安全性鉴定,应按其整体性和承载安全性两个项目分别评定等级,并应取其中的较低等级作为安全性鉴定等级,且应符合下列规定:
1 吊车梁结构系统的整体性等级,应根据吊车梁选型、制动及辅助结构布置、整体构造与连接,按表8.4.9-1的规定进行评定。
表8.4.9-1 吊车梁结构系统整体性等级
2 吊车梁结构系统的承载安全性等级,应根据吊车梁及其节点、制动结构及其节点的承载力验算结果,按本标准表8.2.2-2的规定评定;对于超设计寿命使用或有疲劳损坏现象或隐患的吊车梁,尚应根据本标准第7.2节进行疲劳性能专项检测评定。
8.4.10 吊车梁结构系统的适用性鉴定,应对吊车梁及其辅助结构的变形按表8.4.10的规定分别评定等级,并应取其中的较低等级作为适用性鉴定等级。
表8.4.10 吊车梁结构系统适用性等级
8.4.11 厂房钢结构的耐久性鉴定,应根据构件及连接节点的表面防护现状与防火现状,按本标准第8.3.6条的规定评定。
8.5 高耸钢结构可靠性鉴定
8.5.1 高耸钢结构整体性检查应包括下列内容:
1 结构实物与设计图纸的符合程度;
2 结构体系选型、柱肢及主要构件形式、主要节点构造及柱脚构造、基础结构形式;
3 结构整体侧倾、柱肢变形、柱脚变形、基础沉降、锚栓紧固状态;
4 主要构件损伤、主要节点损伤;
5 结构表面涂层质量和腐蚀状况。
8.5.2 高耸钢结构安全性鉴定,应按结构整体性和结构承载安全性两个项目分别评定等级,并应取其中的较低等级作为安全性鉴定等级。
8.5.3 高耸钢结构整体性等级,应根据结构体系、柱肢及主要构件形式、主要节点构造、柱脚构造四个项目,按本标准表8.3.3的规定评定。
8.5.4 高耸钢结构承载安全性等级,应根据柱肢、支撑、横梁及其连接节点、柱脚等承载力的理论计算结果,按本标准表8.2.2-2的规定评定。
8.5.5 高耸钢结构的适用性鉴定,应按结构整体倾斜、柱肢弯曲变形、柱脚变形或位移、结构整体角位移和有人驻留处的舒适性三个项目分别评定等级,并应取其中的最低等级作为适用性鉴定等级,且应符合下列规定:
1 结构整体倾斜、柱肢弯曲变形、柱脚变形或位移的等级,可根据现场实测结果和理论模型计算结果,按表8.5.5的规定评定,并应按其中的最低等级确定;
表8.5.5 高耸钢结构系统适用性等级
注:表中[θ]、[δ]分别表示设计规定的结构最大容许倾角、柱肢弯曲。
2 安装有特定设备的高耸钢结构,当结构整体角位移不超过设计容许值时,其适用性等级可评定为As级,否则,根据对设备工作状况的影响程度评定为Bs级或Cs级;
3 上人的高耸钢结构,当人驻留处结构的振动加速度幅值不超过容许值时,其适用性等级可评定为As级,否则,根据振动加速度幅值超过容许值的程度评定为Bs级或Cs级。
8.5.6 高耸钢结构的耐久性鉴定,应根据构件及连接节点的表面防护现状和防火现状,按本标准第8.3.6条的规定评定。
9 围护结构的检测与鉴定
9.1 一般规定
9.1.1 本章适用于对整体结构可靠性有一定影响的辅助钢结构及钢构件的检测与鉴定。检测范围应包括:檩条和墙梁、屋面及墙面压型钢板、吊顶构件及其相应的连接。
9.1.2 围护结构检测前,应对其在整体结构中的作用进行界定,应复核现场实际状态和设计图纸的一致性。
9.1.3 围护结构的可靠性应根据现状检测结果、结构分析验算结果和工作形态表现进行鉴定。
9.1.4 围护结构的承载安全性应根据验算结果按本标准表5.4.2中一般构件的标准评定。
9.1.5 围护结构构件及节点腐蚀的检测与鉴定应根据本标准第5.3节的规定执行。
9 围护结构的检测与鉴定
9.1 一般规定
9.1.1 本章适用于对整体结构可靠性有一定影响的辅助钢结构及钢构件的检测与鉴定。检测范围应包括:檩条和墙梁、屋面及墙面压型钢板、吊顶构件及其相应的连接。
9.1.2 围护结构检测前,应对其在整体结构中的作用进行界定,应复核现场实际状态和设计图纸的一致性。
9.1.3 围护结构的可靠性应根据现状检测结果、结构分析验算结果和工作形态表现进行鉴定。
9.1.4 围护结构的承载安全性应根据验算结果按本标准表5.4.2中一般构件的标准评定。
9.1.5 围护结构构件及节点腐蚀的检测与鉴定应根据本标准第5.3节的规定执行。
9.2 檩条和墙梁的检测与鉴定
9.2.1 檩条和墙梁的检测内容应包括:檩条和墙梁的几何尺寸、制作安装偏差、变形、腐蚀及损伤,檩条和墙梁连接节点的构造、尺寸、变形、腐蚀及损伤。
9.2.2 檩条与墙梁的抽检数量应为:建筑物总体中屋面和墙面各分项面积的5%,且每个检测项目不应少于3处;有损伤或严重腐蚀的部位,应全数检测。
9.2.3 檩条和墙梁及其连接节点的安全性鉴定,应按其承载安全性、节点构造以及损伤现状三个项目分别评定等级,并应取其中的最低等级作为安全性鉴定等级,且应符合下列规定:
1 檩条和墙梁的承载安全性等级,应按本标准第5.4.2条中一般构件及其连接节点的规定评定;
2 檩条和墙梁连接节点构造等级,当合理时,可评定为au级,当不合理时,根据构造现状评定为bu或cu级;
3 檩条和墙梁及其连接节点现状等级,当无损伤时,可评定为au级,当有损伤但不影响构件继续承载时,可评定为bu级,当有损伤且影响构件继续承载时,可评定为cu级,当有损伤且影响主体结构受力性能时,可评定为du级。
9.2.4 檩条和墙梁的适用性鉴定,应根据檩条和墙梁的变形评定等级。檩条和墙梁的变形,可根据实测结果及计算结果,按表9.2.4的规定评定。当有实测结果时,应以实测结果评定。当按较小的实测变形评定出较高的等级、而按较大的计算变形评定出较低等级时,则按照不利条件,应以较低等级为准。
表9.2.4 檩条和墙梁变形的等级
注:1 l为受弯构件跨度,悬臂梁为其悬臂长度的2倍。
2 表中as级不带括号的数值为永久和可变荷载标准值产生的变形值,当有起拱或下挠时,应减去或加上起拱或下挠值;带括号数值为可变荷载标准值产生的变形值。
9.3 压型钢板的检测与鉴定
9.3.1 压型钢板系统的检测应包括下列内容:
1 压型钢板基材的材质、几何尺寸、制作安装偏差、损伤及腐蚀;
2 连接节点的构造,螺钉的材质与数量、规格尺寸、抗拉强度、抗剪强度,其他连接件的材质、尺寸、变形及损伤,腐蚀状况。
9.3.2 压型钢板系统的检测单元,可按变形缝、屋面、墙面的开间或区格进行划分。每个检验单元内压型钢板的抽检数量应为5%,且不应少于10处;连接节点的抽检数量应为节点数的1%,且不应少于3个。对于出现损伤或破坏的部位,应增加抽检数量,且必须检测已破坏的节点。
9.3.3 压型钢板系统的安全性鉴定,应按其承载安全性、节点构造以及损伤现状三个项目分别评定等级,并应取其中的最低等级作为安全性鉴定等级,且应符合下列规定:
1 压型钢板的承载安全性等级应按本标准第5.4.2条的规定评定;
2 压型钢板连接节点构造等级应根据构造是否合理评定,当合理时,可评定为au级,当不合理时,根据构造现状评定为bu或cu级;
3 压型钢板及连接节点现状等级应根据损伤状况评定,当无损伤时,可评定为au级,当有损伤但不影响继续承载时,可评定为bu级,当有损伤且影响继续承载时,根据损伤程度评定为cu或du级。
9.3.4 压型钢板系统的适用性鉴定,应根据压型钢板的变形评定等级。压型钢板的变形,可根据实测结果或计算结果,按表9.3.4的规定评定。当有实测结果时,应以实测结果评定。当按较小的实测变形评定出较高的等级、而按较大的计算变形评定出较低等级时,则按不利条件,应以较低等级为准。
表9.3.4 压型钢板变形的等级
注:l为受弯构件跨度,悬臂梁为其悬臂长度的2倍。
9.4 吊顶结构的检测与鉴定
9.4.1 吊顶结构的检测内容应包括:屋面吊杆及龙骨支架的材料、几何尺寸、制作安装偏差、腐蚀,连接节点的构造、变形和损伤,腐蚀状况。
9.4.2 吊顶结构的抽检数量应取该工程分项面积的5%,且不应少于3处。
9.4.3 吊顶结构的安全性鉴定,应按承载安全性、节点构造以及损伤现状三个项目分别评定等级,并应取其中的最低等级作为安全性鉴定等级,且应符合下列规定:
1 吊顶结构的承载安全性等级应按本标准第5.4.2条的规定评定;
2 连接节点构造等级应根据构造是否合理评定,当合理时,可评定为au级,当不合理时,根据构造现状评定为bu或cu级;
3 受力构件及连接节点现状等级应根据损伤状况评定,当无损伤时,可评定为au级,当有损伤但不影响继续承载时,可评定为bu级,当有损伤且影响继续承载时,根据损伤程度评定为cu或du级。
9.4.4 吊顶结构的适用性鉴定,应根据吊顶结构的挠曲变形按本标准表9.2.4的规定评定等级。吊顶结构变形可采用实测结果或计算结果,当有实测结果时,应以实测结果评定。当按较小的实测变形评定出较高的等级、而按较大的计算变形评定出较低等级时,应按照不利条件,应以较低等级为准。
10 钢结构抗震性能鉴定
10.1 一般规定
10.1.1 本章适用于抗震设防烈度为6度~9度地区钢结构抗震性能的鉴定,不适用于在建钢结构工程抗震性能的评定。下列情况下的钢结构,应进行抗震鉴定:
1 原设计未考虑抗震设防或抗震设防要求提高的钢结构;
2 需要改变建筑用途、使用环境发生变化或需要对结构进行改造的钢结构;
3 其他有必要进行抗震鉴定的钢结构。
10.1.2 钢结构的抗震设防类别和抗震设防标准,应按现行国家标准《建筑工程抗震设防分类标准》GB 50223的规定确定。结构所在地区的抗震设防烈度,应按现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011的规定确定。有特殊要求的钢结构,应按相关规定进行专题鉴定。
10.1.3 在进行钢结构抗震鉴定时,应按下列规定确定后续使用年限:
1 在20世纪70年代及以前建造的,不应少于30年;
2 在20世纪80年代建造的,宜采用40年或更长,且不得少于30年;
3 在20世纪90年代建造的,不宜少于40年;
4 在2001年以后建造的,宜采用50年。
10.1.4 钢结构的抗震鉴定应按两个项目分别进行。第一个项目为整体布置与抗震构造措施核查鉴定;第二个项目为多遇地震作用下承载力和结构变形验算鉴定。对有一定要求的钢结构,同时包括罕遇地震作用下抗倒塌或抗失效性能分析鉴定。
10.1.5 在进行整体布置鉴定时,应核查建筑形体的规则性、结构体系与构件布置的合理性以及结构材料的适用性,按本标准第10.2节~第10.5节的规定鉴定为满足或不满足。
10.1.6 在进行抗震构造措施鉴定时,应分别对结构构件和节点、非结构构件和节点的抗震构造措施进行核查鉴定。当符合本标准的有关规定时,应鉴定为满足;否则应鉴定为不满足。
10.1.7 第二个项目应根据承载力和变形的验算结果进行鉴定。当承载力和变形的验算结果符合要求时,第二个项目可鉴定为满足,否则鉴定为不满足。承载力和变形验算应符合下列要求:
1 构件和节点的抗震承载力应按下式进行验算
式中:S——多遇地震产生的效应组合设计值,按本标准第10.1.8条计算;
R——承载力设计值;
γRE——承载力抗震调整系数,应按表10.1.7-1采用。当仅计算竖向地震作用时,各类结构构件承载力抗震调整系数均应采用1.00。
表10.1.7-1 承载力抗震调整系数
2 多遇地震作用下,结构的弹性层间位移或挠度,除另有规定外,应按下式进行验算:
式中:△ue——多遇地震作用标准值产生的楼层内最大弹性层间位移,对于大跨度钢结构为最大挠度;
[θe]——弹性层间位移角限值,对于大跨度钢结构为相对挠度限值,高耸钢结构为整体倾角,宜按表10.1.7-2采用;
h——计算楼层层高,或单层结构柱高,或大跨度结构短向跨度,或高耸结构高度。
3 罕遇地震作用下,结构的变形可采用现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011规定的方法,按下式进行验算:
式中:△up——罕遇地震作用标准值产生的楼层内最大弹塑性层间位移;
[θp]——弹塑性层间位移角或整体倾角限值,宜按表10.1.7-2采用。
表10.1.7-2 结构在地震作用下变形限值
注:1 对高耸单管塔的水平位移限值可适当放宽;
2 大跨度钢结构悬挑端的相对挠度限值,取跨度为悬挑长度,并按表中数据乘以2确定。
10.1.8 结构构件和节点在多遇地震作用下的效应组合设计值应按下式计算:
式中:S——结构构件和节点在多遇地震作用下的效应组合设计值;
γG、γEh、γEv、γw——分别为重力荷载分项系数、水平、竖向地震作用分项系数和风荷载分项系数,应按现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011的规定采用;
SGE、SEvk、Swk——分别为重力荷载代表值的效应、竖向地震作用标准值的效应和风荷载标准值的效应,应按现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011的规定计算;
ψw——风荷载组合系数,应按现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011的规定采用;
SEhk——水平地震作用标准值的效应,应按现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011的规定计算,并应乘以按本标准第10.1.10条规定的抗震性能调整系数,当效应组合用于变形验算时,抗震性能调整系数取为1.0。
10.1.9 钢结构构件截面板件宽厚比限值,宜满足表10.1.9的要求。
表10.1.9 钢结构构件各类截面板件宽厚比限值
10.1.10 抗震性能调整系数的确定,应符合下列规定:
1 整体布置与抗震构造措施均鉴定为满足时,可根据罕遇地震作用下出现塑性铰的梁柱截面板件宽厚比的不同,分别取用下列值:
1)符合本标准表10.1.9中的C类截面的限值时,取1.0;
2)符合本标准表10.1.9中的B类截面的限值时,取0.8;
3)符合本标准表10.1.9中的A类截面的限值时,取0.7。
2 整体布置鉴定为满足,抗震构造措施鉴定为不满足,但构件截面板件的宽厚比符合本标准表10.1.9中的D类截面的限值时,取2.0。
10.1.11 钢结构抗震性能可按下列规定进行鉴定:
1 符合下列情况之一,可鉴定为抗震性能满足:
1)第一个与第二个鉴定项目均鉴定为满足;
2)第一个项目中的整体布置鉴定为满足,抗震构造措施鉴定为不满足,但满足现行国家标准《钢结构设计规范》GB 50017和《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB 50018有关构造措施的规定,构件截面板件的宽厚比符合表10.1.9中的D类截面的限值,且第二个项目鉴定为满足;
3)6度区但不含建于Ⅳ类场地上的规则建筑高层钢结构,第一个项目鉴定为满足。
2 符合下列情况之一,应鉴定为抗震性能不满足:
1)第一个项目中的整体布置鉴定为不满足;
2)第二个项目鉴定为不满足;
3)构造措施不符合现行国家标准《钢结构设计规范》GB 50017和《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB 50018的规定,或构件截面板件的宽厚比不符合表10.1.9中的D类截面的限值。
10.1.12 进行抗震鉴定的钢结构,其材料性能应符合下列规定:
1 钢材的实测屈服强度、屈强比、伸长率,应符合现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011的规定;
2 钢材的冲击韧性,应满足当地最低气温时的工作性能要求;
3 抗震鉴定后需要施焊的钢结构,其碳当量CE或焊接裂纹敏感指数Pcm,应符合现行国家标准《低合金高强度结构钢》GB/T 1591的规定;
4 沿板厚方向受拉力的厚钢板(厚度t不小于40mm),应满足现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011对Z向性能的要求。
10.1.13 抗震设防烈度为8度~9度地区的高耸、大跨度和长悬臂钢结构,抗震承载力验算时,应计入竖向地震作用的影响。竖向地震作用标准值,8度和9度地区可分别取该结构、构件重力荷载代表值的10%和20%。
10.1.14 钢结构应按下列规定进行罕遇地震作用下的弹塑性变形验算:
1 下列结构应进行弹塑性变形验算:
1)高度大于150m的钢结构;
2)特殊设防类(甲类)建筑和重点设防类(乙类)9度区的钢结构建筑;
3)采用隔震层和消能减震设计的钢结构。
2 下列结构宜进行弹塑性变形验算:
1)高度不大于150m的钢结构;
2)竖向特别不规则的高层钢结构;
3)7度Ⅲ、Ⅳ类场地和8度区的乙类钢结构建筑。
10.1.15 钢结构抗侧力构件的连接,在进行承载力验算时,应按现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011的规定执行,并应符合下列规定:
1 抗侧力构件连接的承载力设计值不应小于相连构件的承载力设计值;
2 高强度螺栓连接不得滑移;
3 抗侧力构件连接的极限承载力应大于相连构件的屈服承载力。
10.1.16 进行钢结构地震作用效应分析时,结构的阻尼比可按下列规定取值:
1 多遇地震作用时,不超过12层的钢结构可取0.035,超过12层的钢结构可取0.02,周边落地的网格结构可取0.02,设有钢或混凝土结构支承体系的网格结构可取0.03,厂房钢结构可取0.045,索结构可取0.01;
2 罕遇地震作用时,可取0.05。
10.1.17 进行钢结构地震作用效应分析时,应考虑自振周期的折减。对于多高层钢结构,折减系数可取0.8~0.9,对于大跨度钢结构、厂房钢结构和高耸钢结构,折减系数可取0.9。
10.1.18 抗震性能鉴定为不满足的钢结构或钢结构部分,应根据其不满足的程度以及对结构整体抗震性能的影响,结合后续使用要求,提出相应的维修、加固、改造或更新等抗震减灾措施。
10 钢结构抗震性能鉴定
10.1 一般规定
10.1.1 本章适用于抗震设防烈度为6度~9度地区钢结构抗震性能的鉴定,不适用于在建钢结构工程抗震性能的评定。下列情况下的钢结构,应进行抗震鉴定:
1 原设计未考虑抗震设防或抗震设防要求提高的钢结构;
2 需要改变建筑用途、使用环境发生变化或需要对结构进行改造的钢结构;
3 其他有必要进行抗震鉴定的钢结构。
10.1.2 钢结构的抗震设防类别和抗震设防标准,应按现行国家标准《建筑工程抗震设防分类标准》GB 50223的规定确定。结构所在地区的抗震设防烈度,应按现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011的规定确定。有特殊要求的钢结构,应按相关规定进行专题鉴定。
10.1.3 在进行钢结构抗震鉴定时,应按下列规定确定后续使用年限:
1 在20世纪70年代及以前建造的,不应少于30年;
2 在20世纪80年代建造的,宜采用40年或更长,且不得少于30年;
3 在20世纪90年代建造的,不宜少于40年;
4 在2001年以后建造的,宜采用50年。
10.1.4 钢结构的抗震鉴定应按两个项目分别进行。第一个项目为整体布置与抗震构造措施核查鉴定;第二个项目为多遇地震作用下承载力和结构变形验算鉴定。对有一定要求的钢结构,同时包括罕遇地震作用下抗倒塌或抗失效性能分析鉴定。
10.1.5 在进行整体布置鉴定时,应核查建筑形体的规则性、结构体系与构件布置的合理性以及结构材料的适用性,按本标准第10.2节~第10.5节的规定鉴定为满足或不满足。
10.1.6 在进行抗震构造措施鉴定时,应分别对结构构件和节点、非结构构件和节点的抗震构造措施进行核查鉴定。当符合本标准的有关规定时,应鉴定为满足;否则应鉴定为不满足。
10.1.7 第二个项目应根据承载力和变形的验算结果进行鉴定。当承载力和变形的验算结果符合要求时,第二个项目可鉴定为满足,否则鉴定为不满足。承载力和变形验算应符合下列要求:
1 构件和节点的抗震承载力应按下式进行验算
式中:S——多遇地震产生的效应组合设计值,按本标准第10.1.8条计算;
R——承载力设计值;
γRE——承载力抗震调整系数,应按表10.1.7-1采用。当仅计算竖向地震作用时,各类结构构件承载力抗震调整系数均应采用1.00。
表10.1.7-1 承载力抗震调整系数
2 多遇地震作用下,结构的弹性层间位移或挠度,除另有规定外,应按下式进行验算:
式中:△ue——多遇地震作用标准值产生的楼层内最大弹性层间位移,对于大跨度钢结构为最大挠度;
[θe]——弹性层间位移角限值,对于大跨度钢结构为相对挠度限值,高耸钢结构为整体倾角,宜按表10.1.7-2采用;
h——计算楼层层高,或单层结构柱高,或大跨度结构短向跨度,或高耸结构高度。
3 罕遇地震作用下,结构的变形可采用现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011规定的方法,按下式进行验算:
式中:△up——罕遇地震作用标准值产生的楼层内最大弹塑性层间位移;
[θp]——弹塑性层间位移角或整体倾角限值,宜按表10.1.7-2采用。
表10.1.7-2 结构在地震作用下变形限值
注:1 对高耸单管塔的水平位移限值可适当放宽;
2 大跨度钢结构悬挑端的相对挠度限值,取跨度为悬挑长度,并按表中数据乘以2确定。
10.1.8 结构构件和节点在多遇地震作用下的效应组合设计值应按下式计算:
式中:S——结构构件和节点在多遇地震作用下的效应组合设计值;
γG、γEh、γEv、γw——分别为重力荷载分项系数、水平、竖向地震作用分项系数和风荷载分项系数,应按现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011的规定采用;
SGE、SEvk、Swk——分别为重力荷载代表值的效应、竖向地震作用标准值的效应和风荷载标准值的效应,应按现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011的规定计算;
ψw——风荷载组合系数,应按现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011的规定采用;
SEhk——水平地震作用标准值的效应,应按现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011的规定计算,并应乘以按本标准第10.1.10条规定的抗震性能调整系数,当效应组合用于变形验算时,抗震性能调整系数取为1.0。
10.1.9 钢结构构件截面板件宽厚比限值,宜满足表10.1.9的要求。
表10.1.9 钢结构构件各类截面板件宽厚比限值
10.1.10 抗震性能调整系数的确定,应符合下列规定:
1 整体布置与抗震构造措施均鉴定为满足时,可根据罕遇地震作用下出现塑性铰的梁柱截面板件宽厚比的不同,分别取用下列值:
1)符合本标准表10.1.9中的C类截面的限值时,取1.0;
2)符合本标准表10.1.9中的B类截面的限值时,取0.8;
3)符合本标准表10.1.9中的A类截面的限值时,取0.7。
2 整体布置鉴定为满足,抗震构造措施鉴定为不满足,但构件截面板件的宽厚比符合本标准表10.1.9中的D类截面的限值时,取2.0。
10.1.11 钢结构抗震性能可按下列规定进行鉴定:
1 符合下列情况之一,可鉴定为抗震性能满足:
1)第一个与第二个鉴定项目均鉴定为满足;
2)第一个项目中的整体布置鉴定为满足,抗震构造措施鉴定为不满足,但满足现行国家标准《钢结构设计规范》GB 50017和《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB 50018有关构造措施的规定,构件截面板件的宽厚比符合表10.1.9中的D类截面的限值,且第二个项目鉴定为满足;
3)6度区但不含建于Ⅳ类场地上的规则建筑高层钢结构,第一个项目鉴定为满足。
2 符合下列情况之一,应鉴定为抗震性能不满足:
1)第一个项目中的整体布置鉴定为不满足;
2)第二个项目鉴定为不满足;
3)构造措施不符合现行国家标准《钢结构设计规范》GB 50017和《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB 50018的规定,或构件截面板件的宽厚比不符合表10.1.9中的D类截面的限值。
10.1.12 进行抗震鉴定的钢结构,其材料性能应符合下列规定:
1 钢材的实测屈服强度、屈强比、伸长率,应符合现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011的规定;
2 钢材的冲击韧性,应满足当地最低气温时的工作性能要求;
3 抗震鉴定后需要施焊的钢结构,其碳当量CE或焊接裂纹敏感指数Pcm,应符合现行国家标准《低合金高强度结构钢》GB/T 1591的规定;
4 沿板厚方向受拉力的厚钢板(厚度t不小于40mm),应满足现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011对Z向性能的要求。
10.1.13 抗震设防烈度为8度~9度地区的高耸、大跨度和长悬臂钢结构,抗震承载力验算时,应计入竖向地震作用的影响。竖向地震作用标准值,8度和9度地区可分别取该结构、构件重力荷载代表值的10%和20%。
10.1.14 钢结构应按下列规定进行罕遇地震作用下的弹塑性变形验算:
1 下列结构应进行弹塑性变形验算:
1)高度大于150m的钢结构;
2)特殊设防类(甲类)建筑和重点设防类(乙类)9度区的钢结构建筑;
3)采用隔震层和消能减震设计的钢结构。
2 下列结构宜进行弹塑性变形验算:
1)高度不大于150m的钢结构;
2)竖向特别不规则的高层钢结构;
3)7度Ⅲ、Ⅳ类场地和8度区的乙类钢结构建筑。
10.1.15 钢结构抗侧力构件的连接,在进行承载力验算时,应按现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011的规定执行,并应符合下列规定:
1 抗侧力构件连接的承载力设计值不应小于相连构件的承载力设计值;
2 高强度螺栓连接不得滑移;
3 抗侧力构件连接的极限承载力应大于相连构件的屈服承载力。
10.1.16 进行钢结构地震作用效应分析时,结构的阻尼比可按下列规定取值:
1 多遇地震作用时,不超过12层的钢结构可取0.035,超过12层的钢结构可取0.02,周边落地的网格结构可取0.02,设有钢或混凝土结构支承体系的网格结构可取0.03,厂房钢结构可取0.045,索结构可取0.01;
2 罕遇地震作用时,可取0.05。
10.1.17 进行钢结构地震作用效应分析时,应考虑自振周期的折减。对于多高层钢结构,折减系数可取0.8~0.9,对于大跨度钢结构、厂房钢结构和高耸钢结构,折减系数可取0.9。
10.1.18 抗震性能鉴定为不满足的钢结构或钢结构部分,应根据其不满足的程度以及对结构整体抗震性能的影响,结合后续使用要求,提出相应的维修、加固、改造或更新等抗震减灾措施。
10.2 多高层钢结构抗震性能鉴定
10.2.1 本节适用于钢框架、钢支撑框架、钢框架与钢板剪力墙或钢筋混凝土剪力墙体系等多高层建筑钢结构抗震性能的鉴定。
10.2.2 多高层钢结构的整体布置鉴定应核查下列内容:
1 建筑体型及结构布置的规则性;
2 重力荷载及水平荷载传递路径的合理性;
3 承受双向地震作用的能力;
4 梁、柱、支撑及其节点连接方式的抗震构造措施;
5 结构材料的抗震性能;
6 非结构构件与主体钢结构连接的抗震构造措施。
10.2.3 多高层钢结构出现下列情况之一时,其整体布置应鉴定为不满足:
1 建筑形体为现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011中规定的严重不规则的建筑;
2 结构整体会因部分关键构件或节点破坏丧失抗震能力或对重力荷载的承载能力;
3 结构布置不能形成双向抗侧力体系;
4 甲、乙类建筑和丙类高层建筑为单跨框架结构;
5 结构体系采用部分由砌体墙承重的混合形式;
6 钢材的屈服强度实测值与抗拉强度实测值的比值大于0.85,且应力-应变关系曲线中没有明显的屈服台阶,伸长率小于20%;
7 出现对结构整体抗震性能有严重不利影响的其他情况。
10.2.4 多高层钢结构未出现本标准第10.2.3条所列任一情况时,其整体布置可鉴定为满足,但仍应按下列规定进一步检测、鉴定,对鉴定不符合要求的,应提出相应的改进意见:
1 平面扭转不规则的结构,应满足楼层最大弹性水平位移不大于楼层水平位移平均值的1.5倍、结构扭转为主的第一自振周期与平动为主的第一自振周期之比不大于0.9的要求;
2 对于楼板有效宽度小于该层楼面宽度的50%或开洞面积大于该层楼面面积的30%或有较大楼层错层的楼面,应满足在楼板边缘和洞口边缘设置边梁、暗梁、楼板适当加厚和合理布置钢筋等附加构造措施的要求;
3 抗侧力构件竖向不连续时,应有水平转换构件将其内力向下传递,所传递的内力应根据水平转换构件的类型乘以1.25~2.0的增大系数;
4 侧向刚度不规则的结构中的薄弱楼层应有加强措施,使该层的侧向刚度不小于相邻上一层的60%,该层的抗剪承载力不应小于相邻上一楼层的65%;
5 竖向不规则结构的薄弱层的地震剪力,应乘以不小于1.15的增大系数;
6 中心支撑不宜采用K形支撑,不应采用只能受拉的同一方向的单斜杆体系,应采用交叉支撑、人字支撑或不同倾斜方向的只能受拉的单斜杆体系;
7 非结构构件与主体结构的连接应满足抗震要求。
10.2.5 多高层钢结构构件的抗震构造措施不符合下列规定之一时,应鉴定为不满足:
1 钢框架梁、柱截面板件的宽厚比不应超过本标准表10.1.9中D类截面的限值;
2 框架柱的长细比,7度、8度不应大于120,9度不应大于80
;
3 梁柱构件的受压翼缘及可能出现塑性铰的部位,应有侧向支撑或防止局部屈曲的措施,梁柱构件两相邻侧向支承点间构件的长细比,应符合现行国家标准《钢结构设计规范》GB 50017的有关规定;
4 中心支撑杆件的长细比,当为按压杆设计时,不应大于120,在7度、8度区当按拉杆设计时,长细比不应大于180,在9度区不应按拉杆设计;
5 中心支撑杆件的板件宽厚比,不应大于表10.2.5-1规定的限值;
表10.2.5-1 中心支撑杆件的板件宽厚比限值
注:表列数值适用于Q235钢。对其他牌号钢材,圆管时应乘以235/fy,其他形式截面时应乘以。
6 偏心支撑框架消能梁段钢材的屈服强度不应大于345MPa,消能梁段及与消能梁段在同一跨内的非消能梁段,其板件的宽厚比不应大于表10.2.5-2规定的限值;
表10.2.5-2 偏心支撑框架梁的板件宽厚比限值
注:表列数值适用于Q235钢。对其他牌号钢材,圆管时应乘以235/fy,其他形式截面时应乘以。
7 偏心支撑框架支撑杆件的长细比不应大于120,支撑杆件的板件宽厚比不应超过现行国家标准《钢结构设计规范》GB 50017规定的轴心受压构件在弹性设计时的宽厚比限值。
10.2.6 多高层钢结构连接节点的抗震构造措施不符合下列规定之一时,应鉴定为不满足:
1 工字形柱绕强轴方向和箱形柱与梁刚接时,应符合下列规定:
1)梁翼缘与柱翼缘间应采用全熔透坡口焊缝;
2)柱在梁翼缘对应位置应设有横向加劲肋。
2 梁与柱刚性连接时,柱在梁翼缘上下各500mm范围内,柱翼缘与柱腹板或箱型柱壁板间的连接焊缝均应为坡口、全熔透焊缝;
3 柱与柱的工地拼接,在接头上下各100mm范围内,柱翼缘与腹板间的焊缝应为全熔透焊缝;
4 结构高度超过50m时,中心支撑两端与框架应为刚接构造,梁柱与支撑连接处应有加劲肋,9度时,工字形截面支撑的翼缘与腹板的连接应为全熔透连续焊缝;
5 偏心支撑消能梁段翼缘与柱翼缘之间应为坡口全熔透对接焊缝连接;
6 偏心支撑框架的消能梁段两端上下翼缘、非消能梁段上下翼缘,应有侧向支撑。
10.2.7 在多遇地震作用下,多高层钢结构的抗震承载力可按本标准第10.1.7条第1款的规定进行验算。
10.2.8 在多遇地震及罕遇地震作用下,多高层钢结构的层间位移可按本标准第10.1.7条第2、3款的规定进行验算。当非结构构件与主体结构为柔性连接时,弹性层间位移角限值[θe]可取为1/200。
10.3 大跨度及空间钢结构抗震性能鉴定
10.3.1 本节适用于拱、平面桁架、立体桁架、网架、网壳、张弦结构、索结构等基本形式及其组合等体系的大跨度钢屋盖结构抗震性能的鉴定。跨度大于120m、结构单元长度大于300m或悬挑长度大于40m的大跨度及空间钢结构以及其他特殊形式的大跨度及空间钢结构的抗震性能鉴定,应进行专项评估。
10.3.2 大跨度及空间钢结构的整体布置鉴定应检查下列内容:
1 结构体系与结构布置的合理性;
2 重力荷载与水平作用传递路径的合理性;
3 承受三向地震作用的能力;
4 支承结构的抗震性能;
5 主要构件和节点以及支座的抗震构造措施;
6 非结构构件与主体结构连接的抗震构造措施。
10.3.3 大跨度及空间钢结构出现下列情况之一时,其整体布置应鉴定为不满足:
1 建筑体型为现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011中规定的严重不规则建筑;
2 整个结构会因部分结构或构件破坏而丧失抗震能力或对重力荷载的承载能力;
3 单向传力体系,其平面外未设置可靠支撑体系;
4 采用下弦节点支承的单向传力体系的桁架结构,没有采取可靠措施防止桁架在支座处发生平面外扭转;
5 单层网壳的节点评定为铰接;
6 支座节点出现严重损伤或损坏;
7 出现其他对结构整体抗震性能有严重不利影响的情况。
10.3.4 大跨度及空间钢结构未出现本标准第10.3.3条所列出任一情况时,其整体布置可鉴定为满足,但仍应按下列规定进一步检测与鉴定,对鉴定不符合要求的,应提出相应的改进意见:
1 应能将屋盖的地震作用有效传递到下部支承结构;
2 应具有合理的刚度和质量分布,屋盖及其支承的布置均匀对称;
3 应有两个方向刚度均衡的传力体系;
4 结构布置没有因局部削弱或突变而形成的薄弱部位;
5 下部支承结构应布置合理,屋盖不致产生过大的地震扭转效应;
6 空间传力体系的结构布置,符合下列规定:
1)平面形状为矩形且三边支承一边开口的结构体系,其开口边有加强措施,并保证其刚度足够;
2)两向正交正放网架、双向张弦结构,沿周边支座设有封闭的水平支撑。
7 当屋盖分区域采用不同的结构形式时,交界区域的杆件和节点应有加强措施,也可用防震缝分离,缝宽不宜小于150mm;
8 多点支承网架的柱顶支点处,宜有柱帽;
9 屋面围护系统、吊顶及悬吊物等非结构构件应与结构可靠连接,其抗震措施应符合现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011的规定。
10.3.5 大跨度及空间钢结构构件的抗震构造措施不符合下列规定之一时,应鉴定为不满足:
1 构件的截面尺寸规格:普通角钢不应小于∟50×3,钢管不应小于Φ48×3,结构跨度大于60m时,钢管不应小于Φ60×3.5;
2 后续使用年限大于或等于50年时,构件的长细比不应超过表10.3.5-1规定的限值,后续使用年限小于50年时,构件的长细比不应超过表10.3.5-2规定的限值;
表10.3.5-1 大跨屋盖钢结构杆件的长细比限值
杆件类型 | 轴拉、拉弯 | 轴压 | 压弯 |
一般杆件 | 250 | 180 | 150 |
主要杆件 | 200 | 150(120) | 150(120) |
注:表列数据不适用于拉索等柔性构件;8度、9度时为括号内的数值。
表10.3.5-2 大跨屋盖钢结构杆件的长细比限值
注:表列数据不适用于拉索等柔性构件。
3 构件截面板件的宽厚比不应超过本标准表10.1.9中D类截面的限值。
10.3.6 大跨度及空间钢结构节点的抗震构造措施不符合下列规定之一时,应鉴定为不满足:
1 杆件或杆件轴线宜相交于节点中心;
2 连接各杆件的节点板厚度不宜小于连接杆件最大壁厚的1.2倍;
3 相贯节点,内力较大方向的杆件贯通,贯通杆件的壁厚不应小于焊于其上各杆件的壁厚;
4 焊接球节点,球体壁厚不应小于相连杆件最大壁厚的1.3倍,空心球的外径与主钢管外径之比不宜大于3,空心球径厚比不宜大于45,空心球壁厚不宜小于4mm;
5 螺栓球节点,球体不应出现裂缝,套筒不应偏心受力,螺栓轴线应通过螺栓球中心;
6 支座的抗震构造应符合下列规定:
1)支座节点构造传力可靠、连接简单、符合计算假定,未产生不可忽略的变形;
2)水平可滑动的支座,具有足够的滑移空间,并设有限位措施;
3)8度、9度时,多遇地震作用下只承受竖向压力的支座,应为拉压型构造;
4)固定铰支座,有可靠的水平反力传递机制,预埋件锚固承载力不应低于连接件;
5)屋盖结构采用隔震及减震支座时,其性能参数、耐久性及相关构造应符合现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011的有关规定。
10.3.7 结构分析时,网架、双层网壳的节点可假定为铰接,构件为杆单元;单层网壳节点应假定为刚接,构件为梁柱单元;当结构中的拉索为钢丝束、钢丝绳、钢绞线或钢棒时,可假定为只受拉单元;索构件如果采用型钢,则简化为刚性索,可承受拉力和部分弯矩。
10.3.8 在多遇地震作用下,大跨度及空间钢结构的抗震承载力,可按本标准第10.1.7条第1款的规定进行验算,抗震性能调整系数取1.0。在验算构件的承载力时,关键构件、节点的地震组合内力设计值应乘以增大系数,增大系数取值按现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011的规定采用。
10.3.9 在多遇地震作用下,大跨度及空间钢结构的变形,可按本标准第10.1.7条第2款的规定进行验算。罕遇地震作用下的抗震性能宜通过结构整体失效分析鉴定,可按结构形成塑性机构或达到弹塑性动力失稳极限状态确定其抗失效承载力。
10.4 厂房钢结构抗震性能鉴定
10.4.1 本节适用于承重结构由实腹式或格构式钢柱、钢桁架或钢梁等组成的单跨和多跨单层钢结构厂房的抗震性能检测与鉴定。
10.4.2 厂房钢结构的整体布置鉴定应重点核查下列内容:
1 结构体系的合理性,应包括主框架、天窗架、气楼架、墙架和吊车梁系统的布置;
2 屋盖和柱间支撑的完整性;
3 防震缝设置的合理性;
4 围护结构、辅助结构等非结构构件与主体结构连接的抗震构造措施。
10.4.3 厂房钢结构出现下列情况之一时,其整体布置应鉴定为不满足:
1 整个结构会因部分结构或构件破坏而丧失抗震能力或对重力荷载的承载能力;
2 主体结构、屋面支撑和柱间支撑布置不能形成具有抵抗三向地震作用能力的结构体系;
3 围护系统与主体结构的连接存在构造不合理或承载力不足,或围护系统自身存在坍塌的隐患,或围护系统存在危及主体结构安全的隐患;
4 结构的主要构件、主要节点或支座等存在会严重影响主体结构抗震能力的缺陷或损伤;
5 厂房有严重的不均匀沉降;
6 出现对结构整体抗震性能有严重不利影响的其他情况。
10.4.4 厂房钢结构未出现本标准第10.4.3条所列任一情况者,其整体布置可鉴定为满足,但仍应按本标准第10.4.5条~第10.4.7条的规定分别对厂房的结构体系及布置、屋盖支撑的布置及构造、柱间支撑的布置及构造进一步检测与鉴定,对鉴定不符合要求的,应提出相应的改进意见。
10.4.5 厂房钢结构的结构体系及布置应按下列规定进一步检测鉴定:
1 厂房的横向抗侧力体系,可由各类框架结构体系等组成。厂房的纵向抗侧力体系,8度、9度应设柱间支撑;6度、7度宜设柱间支撑,也可为刚接框架。
2 厂房内设有桥式起重机时,吊车梁系统的构件与厂房框架柱的连接应能可靠地传递纵向水平地震作用。
3 高低跨厂房不宜在一端开口。
4 厂房的贴建房屋和构筑物不宜设在厂房角部和紧邻防震缝处。
5 厂房体型复杂或有贴建房屋和构筑物时,宜设有防震缝;两个主厂房间的过渡跨,至少一侧应有防震缝与主厂房脱开。防震缝宽度不宜小于150mm。
6 厂房内登上起重机的钢梯不应靠近防震缝设置;多跨厂房各跨登上起重机的钢梯不宜设在同一横向轴线附近。
7 厂房内的工作平台、刚性工作间宜与厂房主体结构脱开或采用柔性连接。
8 厂房的同一结构单元内,不应有不同的结构形式;厂房单元内不应用横墙和框架混合承重。
9 各柱列的侧移刚度宜均匀,当有抽柱时,应有抗震加强措施。
10 8度和9度时,天窗架宜从厂房单元端部第三柱间开始设置;不应用端壁板代替端天窗架。
11 8度(0.30g)和9度时,跨度大于24m的厂房不宜采用大型屋面板。
12 砖围护墙宜为外贴式,不宜为一侧有墙另一侧敞开或一侧外贴而另一侧为嵌砌等;8度、9度时不应采用嵌砌式;砌体围护墙贴砌时,应与柱柔性连接,并应有措施使墙体不妨碍厂房柱列沿纵向的水平位移;围护墙抗震构造应按现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011的相关规定鉴定。
13 各类顶棚的构件与楼板的连接件,应能承受顶棚、悬挂重物和有关机电设施的自重和地震附加作用,其锚固的承载力应大于连接件的承载力;悬挑雨篷或一端由柱支承的雨篷,应与主体结构可靠连接;玻璃幕墙、预制墙板、附属于楼屋面的悬臂构件和大型储物架的抗震构造,应符合设计规定。
10.4.6 厂房钢结构屋盖支撑的布置与构造应按下列规定进一步检测鉴定:
1 无檩和有檩屋盖的支撑布置以及具有中间井式天窗无檩屋盖的支撑布置,应符合现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011的规定,不应缺少支撑;
2 屋盖支撑尚应符合下列规定:
1)天窗开洞范围内,在屋脊点处应有上弦通长水平系杆。
2)屋架跨中竖向支撑沿跨度方向的间距,6度~8度时宜不大于15m,9度时宜不大于12m;当跨中仅有一道竖向支撑时,宜位于屋架跨中屋脊处;当有两道时,宜沿跨度方向均匀布置。
3)当采用托架支承屋盖的桁架或横梁结构时,应沿厂房全长设置纵向水平支撑。
4)对于高低跨厂房,在低跨屋盖横梁端部处,应沿屋盖全长设置纵向水平支撑。
5)纵向柱列局部柱间采用托架支承屋盖桁架或横梁时,应沿托架的柱间及向其两侧至少各延伸一个柱间设置屋盖纵向水平支撑。
6)8度、9度时,横向支撑的横杆应符合压杆要求,交叉斜杆在交叉处不宜中断。
10.4.7 厂房钢结构柱间支撑的布置与构造应按下列规定进一步检测鉴定:
1 在厂房单元各纵向柱列的中部应设有一道下柱柱间支撑;在7度区厂房单元长度大于120m(采用轻型围护材料时为150m)时以及8度、9度区厂房单元长度大于90m(采用轻型围护材料时为120m)时,应在厂房单元的1/3区段内各设一道下柱支撑;当柱数不超过5个且厂房长度小于60m时,可在厂房两端设下柱支撑;上柱柱间支撑应设在厂房单元两端和具有下柱支撑的柱间;柱间支撑宜为X形,也可为V形、A形及其他形式;X形支撑斜杆交点的节点板厚度不应小于10mm,斜杆与节点板应焊接,与端节点板宜焊接。
2 柱间支撑杆件的长细比限值,应符合现行国家标准《钢结构设计规范》GB 50017的规定。
3 柱间支撑宜为整根型钢,当热轧型钢超过材料最大长度规格时,可为拼接等强接长。
10.4.8 厂房钢结构构件的抗震构造措施不符合下列规定之一时,应鉴定为不满足:
1 厂房柱的长细比,轴压比小于0.2时,不宜大于150,轴压比不小于0.2时,不宜大于120
;
2 厂房梁、柱截面板件的宽厚比,不应大于本标准表10.1.9中D类截面的限值。
10.4.9 厂房钢结构节点的抗震构造措施不符合下列规定之一时,应鉴定为不满足:
1 檩条在屋架或屋面梁上的支承长度不宜小于50mm,且应与屋架或屋面梁可靠连接,轻质屋面板等与檩条的连接件不应缺失或严重腐蚀;
2 7度~9度时,大型屋面板在天窗架、屋架或屋面梁上的支承长度不宜小于50mm,且应三点焊牢;
3 天窗架与屋架、屋架及托架与柱子、屋盖支撑与屋架、柱间支撑与柱之间,应有可靠连接;
4 8度、9度时,吊车走道板的支承长度不应小于50mm;
5 山墙抗风柱与屋架上弦或屋面梁应有可靠连接,当抗风柱与屋架下弦连接时,连接点应设在下弦横向支撑节点处;
6 柱脚宜为埋入式、插入式或外包式柱脚,6度、7度时也可为外露式柱脚;
7 实腹式钢柱采用埋入式、插入式柱脚的埋入深度,不应小于钢柱截面高度的2.5倍;
8 格构式柱采用插入式柱脚的埋入深度,不应小于单肢截面高度或外径的2.5倍,且不应小于柱总宽度的0.5倍;
9 采用外包式柱脚时,实腹H形截面柱的钢筋混凝土外包高度不宜小于钢结构截面高度的2.5倍,箱型截面柱或圆管截面柱的钢筋混凝土外包高度不宜小于钢结构截面高度或圆管截面直径的3.0倍;
10 采用外露式柱脚时,柱脚承载力不宜小于柱截面塑性屈服承载力的1.2倍,柱脚锚栓不宜承受柱底水平剪力,柱底剪力应由钢底板与基础间的摩擦力或设置抗剪键及其他措施承担,柱脚锚栓应可靠锚固。
10.4.10 在多遇地震作用下,厂房钢结构的抗震承载力,可按本标准第10.1.7条第1款的规定进行验算。
10.4.11 在多遇地震作用下,厂房钢结构可按本标准第10.1.7条第2款的规定,进行弹性变形验算。
10.4.12 7度Ⅲ、Ⅳ类场地和8度Ⅰ、Ⅱ类场地的厂房钢结构,宜进行罕遇地震作用下的弹塑性变形验算;8度Ⅲ、Ⅳ类场地和9度时的厂房钢结构,应进行罕遇地震作用下的弹塑性变形验算。
10.4.13 在罕遇地震作用下,厂房钢结构可按本标准第10.1.7条第3款的规定,进行弹塑性变形验算。
10.5 高耸钢结构抗震性能鉴定
10.5.1 本节适用于包括电视塔、通信塔、导航塔、输电塔、石化塔、大气监测塔、烟囱、排气塔、矿井架、风力发电塔等高耸钢结构抗震性能的检测与鉴定。
10.5.2 高耸钢结构的整体布置鉴定应重点核查下列内容:
1 建筑形体及其构件分布的规则性;
2 结构体系布置的合理性;
3 重力荷载及水平荷载传递的有效性;
4 承受双向地震作用的能力;
5 柱脚构造、锚栓紧固状态、节点连接方式的抗震性能;
6 非结构构件与主体钢结构连接的构造措施。
10.5.3 高耸钢结构出现下列情况之一时,其整体布置应鉴定为不满足:
1 整个结构会因部分结构或构件破坏而丧失抗震能力或对重力荷载的承载能力;
2 结构布置不能形成具有抵抗三向地震作用能力的结构体系;
3 结构的主要构件、主要节点或支座等存在明显的失稳弯曲、裂缝、严重腐蚀和损伤,严重影响高耸钢结构的抗震能力;
4 高耸钢结构有严重的不均匀沉降,结构出现明显的具有危险的倾斜;
5 出现对结构整体抗震性能有严重不利影响的其他情况。
10.5.4 高耸钢结构未出现本标准第10.5.3条所列出任一情况者,其整体布置可鉴定为满足,但仍应按下列规定进一步检测与鉴定,对鉴定不符合要求的,应提出相应的改进意见:
1 结构平面布置宜为规整、对称;抗侧力构件的截面尺寸和材料强度自下而上宜为逐渐减小;结构的侧向刚度沿竖向宜为均匀变化。
2 结构横截面横膈的间距不宜大于3个节间;在立柱或塔柱变坡处、拉索节点处或其他主要连接节点处,结构横截面宜有横膈,且横膈应有足够的刚度。
3 结构截面刚度突变处,宜有减缓刚度突变的构造措施。
10.5.5 高耸钢结构构件的抗震构造措施不符合下列规定之一时,应鉴定为不满足:
1 构件的截面尺寸规格:普通角钢不应小于∟45×4,钢管壁厚不应小于4mm,圆钢不应小于16;
2 构件的长细比不应超过表10.5.5规定的限值;
表10.5.5 高耸钢结构构件的长细比限值
3 构件截面板件的宽厚比不应超过表10.1.9中D类截面的限值。
10.5.6 高耸钢结构构件节点的抗震构造措施不符合下列规定之一时,应鉴定为不满足:
1 节点处各构件或构件轴线宜相交于一点。
2 角钢塔的腹杆应伸入柱肢连接。用节点板连接时,节点板的厚度不应小于腹杆的厚度,且不应小于5mm。
3 构件与节点采用螺栓连接时,螺栓的直径不应小于12mm,螺栓数不应少于2个;连接法兰盘的螺栓数不应少于3个;拉杆的销轴连接可为单销轴;柱肢角钢拼接时,在接头一端的螺栓数不宜少于6个。
4 受剪螺栓的剪切面宜无螺纹,受拉螺栓应有防松措施。
5 支座节点构造形式应具备传递水平反力、向下和向上竖向反力的机制,并应符合计算假定。
6 焊接球、螺栓球、相贯节点的抗震构造措施应符合本标准第10.3.6条的规定。
10.5.7 在多遇地震作用下,高耸钢结构的抗震承载力可按本标准第10.1.7条第1款的规定进行验算。
10.5.8 在多遇地震及罕遇地震作用下,高耸钢结构的变形可按本标准第10.1.7条第2款和第3款的规定进行验算。
10.5.9 高耸钢结构的抗震验算,尚应符合下列规定:
1 6度、7度时,可仅考虑水平地震作用,8度、9度时,宜同时考虑竖向地震作用和水平地震作用的不利组合;
2 除验算结构两个主轴方向的水平地震作用外,尚应验算两个正交的非主轴方向的水平地震作用;
3 高度200m以下的结构,可采用振型分解反应谱法,高度200m及以上的结构,除采用振型分解反应谱法外,尚宜采用时程分析法进行补充验算。
附录A 钢结构性能的静力荷载检验
A.1 一般规定
A.1.1 本附录适用于普通钢结构性能的静力荷载检验,不适用于冷弯型钢和压型钢板以及钢-混凝土组合结构性能和普通钢结构疲劳性能的检验。
A.1.2 钢结构性能的静力荷载试验检验可分为使用性能检验、承载力检验和破坏性检验。
A.1.3 检验装置和设置,应能模拟结构实际荷载的大小和分布,应能反映结构或构件实际工作状态,加载点和支座处不得出现不正常的偏心,同时,应保证构件的变形和破坏不影响检测数据的准确性,不造成检验设备的损坏和人员伤亡事故。
A.1.4 试验荷载应分级施加,每级荷载不宜超过最大荷载的20%。每级荷载施加后,应保持足够的静止时间,并检查构件是否存在断裂、屈服、屈曲的迹象。
A.1.5 变形测试试验,应考虑支座沉降变形的影响。正式检验前,应施加一定的初始荷载,然后卸载,使构件和检验装置正确到位。加载过程中,应记录荷载-变形曲线,当曲线表现出明显的非线性时,应减小荷载增量。
A.1.6 达到使用性能或承载力检验的最大荷载后,应持续至少1h,每隔15min测取一次荷载和变形值,直至变形值在15min内不再明显增加为止,然后,分级卸载,在每一级卸载和全部卸载后测取变形值。
A.1.7 采用模型试验时,应对模型实际采用的材料进行材料性能试验。材料性能试验内容,应根据试验模型承载性能分析中需要的材料性能指标来确定。
附录A 钢结构性能的静力荷载检验
A.1 一般规定
A.1.1 本附录适用于普通钢结构性能的静力荷载检验,不适用于冷弯型钢和压型钢板以及钢-混凝土组合结构性能和普通钢结构疲劳性能的检验。
A.1.2 钢结构性能的静力荷载试验检验可分为使用性能检验、承载力检验和破坏性检验。
A.1.3 检验装置和设置,应能模拟结构实际荷载的大小和分布,应能反映结构或构件实际工作状态,加载点和支座处不得出现不正常的偏心,同时,应保证构件的变形和破坏不影响检测数据的准确性,不造成检验设备的损坏和人员伤亡事故。
A.1.4 试验荷载应分级施加,每级荷载不宜超过最大荷载的20%。每级荷载施加后,应保持足够的静止时间,并检查构件是否存在断裂、屈服、屈曲的迹象。
A.1.5 变形测试试验,应考虑支座沉降变形的影响。正式检验前,应施加一定的初始荷载,然后卸载,使构件和检验装置正确到位。加载过程中,应记录荷载-变形曲线,当曲线表现出明显的非线性时,应减小荷载增量。
A.1.6 达到使用性能或承载力检验的最大荷载后,应持续至少1h,每隔15min测取一次荷载和变形值,直至变形值在15min内不再明显增加为止,然后,分级卸载,在每一级卸载和全部卸载后测取变形值。
A.1.7 采用模型试验时,应对模型实际采用的材料进行材料性能试验。材料性能试验内容,应根据试验模型承载性能分析中需要的材料性能指标来确定。
A.2 使用性能检验试验
A.2.1 使用性能检验试验,用于验证结构或构件在规定荷载作用下出现设计允许的弹性变形,经过检验且满足要求的结构或构件应能正常使用。
A.2.2 在规定荷载作用下,某些结构或构件可能会出现局部变形,但这些变形的出现应是事先确定的,且不表明结构或构件受到损伤。
A.2.3 检测的荷载,在无明确要求的条件下,应取1.0×实际自重+1.15×其他恒载+1.25×可变荷载。
A.2.4 经检验的结构或构件,应满足下列要求:
1 荷载-变形曲线,应基本为线性;
2 卸载后,残余变形不应超过所记录到最大变形值的20%。
A.2.5 当不满足本标准A.2.4条要求时,可重新进行检验试验。第二次检验试验中的荷载-变形基本上呈线性,新的残余变形不得超过第二次检验中所记录到的最大变形的10%。
A.3 承载力检验试验
A.3.1 承载力检验试验,用于验证结构或构件的设计承载力。
A.3.2 在进行承载力检验试验前,宜先进行本标准第A.2节所述使用性能检验试验,且结构检验应满足相应的要求。
A.3.3 承载力检验的荷载,应采用永久荷载和可变荷载适当组合的承载力极限状态设计荷载的1.2倍。
A.3.4 承载力检验结果的鉴定,在检验荷载作用下,结构或构件的任何部分不应出现屈曲破坏或断裂破坏,卸载后,结构或构件的残余变形不应超过总变形量的20%。
A.4 破坏性检验试验
A.4.1 进行破坏性检验试验前,宜先进行设计承载力的检验,并应根据检验情况估算被检验结构的实际承载力。
A.4.2 破坏性检验的加载,应先分级加到设计承载力的检验荷载,根据荷载-变形曲线确定随后的加载增量,然后加载到不能继续加载为止,此时的承载力即为结构的实际承载力。
A.5 结构构件现场荷载试验方法
A.5.1 现场试验宜采用均布加载,对大跨度复杂钢结构体系如钢屋架、桁架、网架等,也可采用集中吊载,对小型构件还可根据自平衡原理,设计专门的反力装置,利用千斤顶进行集中加载。当试验荷载与目标使用期内的荷载形式不同时,应按荷载等效原则换算。
A.5.2 均布荷载宜用荷重块,可以采用现场经计量后的袋砂、袋石子、袋水泥或砖块等。荷重块应按区格成垛堆放,垛与垛之间的间隙不宜小于50mm,以免形成拱作用。
A.5.3 对于构件中的单向连续板,应分三种情况进行均布加载(图A.5.3-1),承载力检验荷载实测值取三者的最低值;对于构件中的双向连续板,应分两种情况进行均布加载(图A.5.3-2),承载力检验荷载实测值取两者中的较低值。
图A.5.3-1 单向板均布加载情况(阴影部分为加载范围)
A.5.4 对于构件中的连续梁,应分两种情况进行均布加载(图A.5.4),承载力检验荷载实测值取二者的较低值。
A.5.5 试验应采用分级加载,每级荷载不应大于最大试验荷载的20%。构件的自重应作为第一级加载的一部分。加载至最大
图A.5.3-2 双向板均布加载情况(阴影部分为加载范围)
图A.5.4 连续梁均布加载情况(阴影邵分为加载范围)
试验荷载后,应分级卸载。
A.5.6 每级加、卸载完成后,应持续15min;在最大试验荷载作用下,应持续1h以上。在持续时间内,应观察试验构件的反应。持续时间结束时,应观察并记录各项读数。
A.5.7 当在规定的荷载持续时间内出现标志性破坏如屈服、失稳、断裂、变形超限等时,应取本级荷载值与前一级荷载值的平均值作为其承载力检验荷载的实测值;当在规定的荷载持续时间结束后出现上述标志性破坏时,应取本级荷载作为其承载力检验荷载实测值。
A.5.8 构件的挠度可用百分表、位移传感器、水平仪等进行测量。当采用等效集中荷载模拟均布荷载进行试验时,挠度实测值应乘以修正系数。当采用三分点加载时,修正系数取0.98;当采用其他形式集中加载时,修正系数应经计算确定。
A.5.9 钢结构构件应力检测,可根据实际条件选用应力磁测仪或电阻应变仪进行实际应力监测。电阻应变仪可测得加、卸载过程中的应力变化情况;应力磁测仪可测得当前状态的总应力。
A.5.10 试验过程中应采用有效的防护措施保护试验人员和仪表安全。
A.6 基于试验的设计指标确定
A.6.1 基于试验的承载力设计值,应由下式确定:
式中:Rd——基于试验的承载力设计值;
Rmin——承载力试验结果的最小值;
kt——考虑结构试件变异性的因子,根据结构特性变异系数ksc按表A.6.1取用;
γtR——基于试验的抗力分项系数,可依据试验原型设计时对应的可靠指标β确定,γtR=1.0+0.15(β—2.7)。
表A.6.1 考虑结构试件变异性的因子kt
A.6.2 结构特性变异系数ksc,可由下式计算
式中:kf——几何尺寸不定性变异系数,对于连接可取0.10;
km——材料强度不定性变异系数,对于连接可取0.10。
附录B 钢结构的动力检测
B.0.1 钢结构动力检测内容应包括:动力特性检测和动力响应检测。
B.0.2 下列钢结构宜进行动力检测:
1 需要进行抗震、抗风、工作环境或其他激励下动力响应计算的结构;
2 需要通过动力参数进行损伤识别的结构;
3 需要确定实际动力性能的大型、复杂、重要和新型钢结构体系;
4 在某种动外力作用下,某些部分动力响应过大的结构;
5 其他需要获取结构动力性能参数的结构。
B.0.3 钢结构的动力测试,可根据测试目的选择下列方法:
1 测试结构基本模态时,宜选用环境激励法。在满足测试要求的前提下,也可选用初始位移法、重物撞击法等方法。
2 测试结构平面内多个模态,或结构模态密集,或结构特别重要且条件许可,宜选用环境激励法或稳态正弦激振方法。
3 测试结构空间模态、扭转模态或结构模态密集,或结构特别重要且条件许可,宜选用环境激励法、多振源相位控制同步的稳态正弦激振方法或初速度法。
4 评估结构的抗震性能时,可选用随机激振法或人工爆破模拟地震法。
5 对于单点激励法测试结果,可采用多点激励法进行校核。对于大型复杂结构宜采用多点激励方法。
B.0.4 结构动力性能检测前,应根据试验目的制定测试方案,并应进行计算。
B.0.5 结构动力检测的设备,应符合下列规定:
1 选用的激振器宜体积小、重量轻;
2 应事先估计被测量参数的最大值,并应据此调整分析仪器的量程,应使最大值落在量程的1/2到2/3之间,以获得最大信噪比;
3 根据结构振动特性选择位移计、速度计或加速度计,应使被测频率处于传感器的可用频率范围之内;
4 进行瞬态过程测试时,测试仪器的可使用频率范围应比稳态测试时大一个数量级;
5 仪器的灵敏度,应满足测试工作要求;
6 仪器的分辨率,应根据被测试结构的最小振动幅值确定;
7 记录仪器或数据采集分析系统、电平输入及频率范围应与测试仪器的输出匹配;
8 当测试仪器对测试系统质量和刚度有明显的影响时,可通过修正方法予以消除。
B.0.6 结构动力性能检测测试,应符合下列规定:
1 采用模型试验时,应根据相似理论制作模型,且应正确模拟被测结构的边界条件。
2 测点布置应尽量避开振型节点和峰点处。多点激励时,应能反映结构的动力特性,且显示结构的模态振型,测点数宜为所测模态阶数的2倍。
3 结构动力测试作业,应保证不产生对结构性能有明显影响的损伤。
4 试验测试时,应避免环境及系统干扰。
5 采样间隔应满足采样定理的基本要求。
6 采用环境随机振动激励法试验时,应根据采样率确定测试记录时间长度。测量模态和频率时不应少于5min,测试阻尼时不应少于30min。
7 当因测试仪器数量不足需多次测试时,每次测试应至少保留一个共同参考点。
B.0.7 结构动力性能检测数据处理,应符合下列规定:
1 时域数据处理,应对试验数据进行零点漂移、记录波形和记录长度的检验;
2 频域数据处理,应进行低通滤波并加窗函数处理;
3 采用基于HHT变换的模态识别方法时,应消除边缘效应;
4 试验数据处理后,应提供试验结构的自振频率、阻尼比和振型以及动力反应最大幅值、时程曲线、频谱曲线。
B.0.8 当按通常方法建模计算得到的结构模态和测试结果有差异时,可根据结构动力性能检测结果,对结构有限元模型进行修正。
B.0.9 当结构有损伤时,可根据获取的结构动力性能变化,识别结构损伤位置。
附录C 常见材料的燃点、变态温度
C.0.1 玻璃、金属材料、塑料的变态温度,应按表C.0.1取值。
表C.0.1 玻璃、金属材料、塑料的变态温度
C.0.2 常见材料的燃点,应按表C.0.2取值。
表C.0.2 部分材料燃点
C.0.3 涂装用油漆在不同温度下的烧损状况,可按表C.0.3确定。
表C.0.3 油漆烧损状况
温度(℃) | <100 | 100~300 | 300~600 | >600 | |
烧损状况 | 一般油漆 | 表面附着黑烟 | 有裂缝和脱皮 | 变黑、脱落 | 烧光 |
防锈油漆 | 完好 | 完好 | 变色 | 烧光 |
C.0.4 普通热轧结构钢在高温下及高温过火冷却后的屈服强度降低系数,应按表C.0.4取值。
表C.0.4 普通热轧结构钢在高温下及高温过火冷却后的屈服强度降低系数
本标准用词说明
1 为便于在执行本规范条文时区别对待,对要求严格程度不同的用词说明如下:
1)表示很严格,非这样做不可的:
正面词采用“必须”,反面词采用“严禁”;
2)表示严格,在正常情况下均应这样做的:
正面词采用“应”,反面词采用“不应”或“不得”;
3)表示允许稍有选择,在条件许可时首先应这样做的:
正面词采用“宜”,反面词采用“不宜”;
4)表示有选择,在一定条件下可以这样做的,采用“可”。
2 条文中指明应按其他有关标准执行的写法为:“应符合……的规定”或“应按……执行”。
引用标准名录
《建筑结构荷载规范》GB 50009
《建筑抗震设计规范》GB 50011
《钢结构设计规范》GB 50017
《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB 50018
《钢结构工程施工质量验收规范》GB 50205
《建筑工程抗震设防分类标准》GB 50223
《钢的成品化学成分允许偏差》GB/T 222
《钢的低倍组织及缺陷酸蚀检验法》GB/T 226
《金属材料 拉伸试验第1部分:室温试验方法》GB/T 228.1
《金属材料 夏比摆锤冲击试验方法》GB/T 229
《金属材料 弯曲试验方法》GB/T 232
《碳素结构钢》GB/T 700
《低碳钢热轧圆盘条》GB/T 701
《桥梁用结构钢》GB/T 714
《钢结构用高强度大六角头螺栓、大六角螺母、垫圈技术条件》GB/T 1231
《低合金高强度结构钢》GB/T 1591
《钢材断口检验法》GB/T 1814
《结构钢低倍组织缺陷评级图》GB/T 1979
《钢丝验收、包装、标志及质量证明书的一般规定》GB/T 2103
《焊接接头冲击试验方法》GB 2650
《焊接接头弯曲试验方法》GB/T 2653
《合金结构钢》GB/T 3077
《紧固件机械性能 螺栓、螺钉和螺柱》GB/T 3098.1
《紧固件机械性能 螺母》GB/T 3098.2
《焊接用钢盘条》GB/T 3429
《钢结构用扭剪型高强度螺栓连接副》GB/T 3632
《耐候结构钢》GB/T 4171
《焊接用不锈钢盘条》GB/T 4241
《厚度方向性能钢板》GB/T 5313
《金属熔化焊接头缺欠分类及说明》GB/T 6417.1
《焊接结构用钢铸件》GB/T 7659
《结构用无缝钢管》GB/T 8162
《金属显微组织检验方法》GB/T 13298
《钢的显微组织评定方法》GB/T 13299
《直缝电焊钢管》GB/T 13793
《熔化焊用钢丝》GB/T 14957
《结构用不锈钢无缝钢管》GB/T 14975
《钢网架螺栓球节点用高强度螺栓》GB/T 16939
《建筑结构用钢板》GB/T 19879
《钢和铁化学成分测定用试样的取样和制样方法》GB/T 20066
中华人民共和国国家标准
高耸与复杂钢结构检测与鉴定标准
GB 51008-2016
条文说明
制订说明
《高耸与复杂钢结构检测与鉴定标准》GB 51008-2016,经住房城乡建设部2016年4月15日以第1085号公告批准发布。
本标准制订过程中,编制组对我国钢结构近年来的发展与应用以及结构物检测鉴定技术的进步进行了广泛的调查研究,总结分析了我国有关钢结构技术、结构物检测鉴定技术与方法方面的实践经验与现有科研成果,参考了国外先进技术法规与相关技术标准,并与国内现行相关技术标准进行了协调,同时通过理论与试验研究以及实际工程应用验证,确定了钢结构检测的主要技术参数以及钢结构可靠性鉴定与抗震鉴定方面的主要技术内容与方法,为标准制定提供了重要依据。
为便于广大检测鉴定、设计、施工、科研、学校等单位有关人员在使用本标准时能正确理解和执行条文规定,《高耸与复杂钢结构检测与鉴定标准》编制组按章、节、条顺序编制了本标准的条文说明,对条文规定的目的、依据以及执行中需注意的有关事项进行了说明,还着重对强制性条文的强制理由做了解释。但是,本条文说明不具备与标准正文同等的法律效力,仅供使用者作为理解和把握标准规定的参考。
1 总 则
1.0.1 钢结构在使用过程中,由于环境、灾害或事故的原因,可能会出现各种影响结构安全或正常使用的问题。为了保证钢结构的正常、安全使用,就需要了解钢结构的工作状态。为此,在日常使用过程中发生灾害或事故后,应及时对钢结构体系进行合理正确的检测鉴定,以正确评估结构的安全性、工作性能,并为维护、加固或拆除提供依据。为了使钢结构的检测与鉴定有章可循,制定本标准。
1.0.2 钢结构体系的类型很多,且应用于不同行业。本标准的适用范围具体包括:高耸钢结构、多高层钢结构、大跨度及空间钢结构以及各种复杂建筑及构筑物钢结构。
本标准仅适用于一个建(构)筑物中钢结构部分的检测鉴定,关于建(构)筑物中的地基基础、混凝土结构以及砖石结构部分的检测鉴定,应按照相应的国家标准执行。
1.0.3 在实际工作中,本标准应和国家现行有关标准结合使用。
2 术语和符号
2.1 术 语
2.1.1 关于“多、高层”、“大跨度”结构,我国现行有关设计标准已有定义。本标准的高耸与复杂钢结构中,除现行设计标准的定义外,高度较高或很高的多层、高层钢结构通常延伸至3层以上的钢结构,而跨度较大或很大的大跨度及空间钢结构通常延伸至30m跨度以上的钢结构。
3 基本规定
3.1 一般规定
3.1.1 常规的结构可靠性鉴定,包括安全性鉴定、适用性鉴定和耐久性鉴定,在非抗震设防地区,不考虑地震效应,但在抗震设防地区,应考虑地震作用。
钢结构的抗震性能鉴定虽然也属于安全性鉴定范围,但相应鉴定要求具有自身的特点,参照其他现行标准,将其独立作为一章,限于对抗震有要求的地区增加鉴定内容。
3.1.2 对于出现影响安全使用状况的钢结构,必须强制性进行检测与可靠性鉴定,以确保人民生命财产安全。
对于工业建(构)筑物,生产设备增减、工艺条件改变、使用强度增大等均属于使用条件或使用环境改变的情形;对于建筑物加层、插层等属于建筑物改造的性质;另外,当建筑物使用时间已达到设计使用年限时,若还需要继续使用;或者当建筑物遭受地震、火灾、爆炸等灾害或事故后,已出现严重的损伤或损坏等;在以上这些条件下,结构物均应强制性进行检测与可靠性鉴定。这里的“严重”是指结构的损伤已影响结构的安全使用,需要检测鉴定工程师根据现场实际情况具体判定。
对于重要的大型公共建筑、重型工业建筑等,应有定期进行检测鉴定的要求,也应有专门的抗震鉴定要求。
3.1.3 对于钢结构在使用过程中工作环境或正常使用性能出现变化的情况,虽然可能并未影响到结构的安全使用,但有时也需要检测鉴定。
3.1.4 对钢结构进行专项鉴定如火灾后检测与鉴定,主要是指钢结构的局部区域或部分构件需要进行本标准第7章规定内容的鉴定,这些内容往往不包含在其他章节的规定中。
3.1.6 后续目标使用年限一般由业主根据建筑物使用维修、更新改造等计划提出,或者由业主和鉴定承担方商议确定。当不便明确后续目标使用年限时,对于工业建(构)筑物,可参照工艺更新改造周期确定;对于民用建筑物,可参照原设计基准期或目标使用年限确定。
3.1.7 结构重要性系数应按照现行国家标准《建筑结构可靠度设计统一标准》GB 50068的规定采用。
3.1.8 钢结构可靠性鉴定工作的内容及要求,应符合下列规定:
(1)对建筑结构建造及加固改造信息资料(包括设计图纸、文件、施工纪录等),进行调查、收集和确认;
(2)对结构使用条件,进行调查、检测与核定;
(3)对结构性能反应及劣化、缺陷、损伤状况,进行勘查、检测与评估;
(4)对结构进行分析与校核;
(5)对结构进行可靠性评定;
(6)提出处理意见及建议。
1 关于钢结构建造及加固改造信息资料的调查、收集与确认,一般应符合下列要求:
收集查阅的资料应包括工程地质勘察报告、设计图纸及计算书或有关设计条件资料、设计变更、竣工图纸及施工记录有关资料(如施工日志、材料质保书、材料检验文件、制作安装验收记录、沉降观测记录等)、加固改造图纸资料、历次检测鉴定资料等。对于高耸、复杂结构,收集查阅资料的范围还应包括制作、安装方案及实际施工纪录等有关资料。
当已有档案资料不足且不便勘查测绘时,可通过调查建造时期的结构技术状况、材料供应状况、工程惯用做法等,间接了解结构设计、施工有关信息。
调查建筑现状与收集资料相符合程度,确认信息资料的准确性。对于结构布置选型等应进行逐一比对确认,对于构件轮廓尺寸、零部件规格尺寸等应抽查验证,对于结构材料性能指标,应根据鉴定分析要求,结合结构劣化损坏状况勘查检测,进行试验检验。
所谓建造及使用历史信息资料调查结果的可靠性评估应是贯穿整个检测鉴定过程的工作,利用少量勘查检测结果推定调查分析结果的正确性,进而做出鉴定结论。
2 关于钢结构使用条件的调查、检测与核定,包括结构上的作用、使用环境和使用历史三部分内容,并应考虑使用条件在目标使用期限内可能发生的变化,其中,钢结构上荷载或作用的调查、检测与核定,可参见本标准第3.1.7条的有关说明;钢结构使用环境的调查、检测与核定,包括结构工作环境、气象条件和地理环境等,应遵循下列原则:
环境对钢结构的极端温度作用可根据工艺设计条件核定,处于大气环境时可按照当地气象资料核定,必要时应进行实测评定;处于野外风沙环境中的钢结构,应核定磨蚀作用程度;对于风敏结构(如高耸结构、金属板围护结构等),还应考虑局地风环境的不利作用。
钢结构使用历史调查的内容包括:结构的设计与施工、用途和使用时间、维修与加固、用途变更与改扩建、超载历史、动荷载作用历史以及受灾害和事故等情况,核定结构上作用变化的时间历程。
3、4 关于钢结构性能反应及劣化、缺陷损伤状况的勘查、检测与评估,应符合下列要求:
结构性能反应及劣化、缺陷损伤状况的勘查检测,应遵循由宏观总体观察判断到微观检测确认的基本顺序。勘查、检测评估的基本项目包括:结构支座(或基础)的沉降、滑移等变形反应,结构或构件的整体倾斜、扭曲、挠曲等变形反应,生产设备或运输车辆等运行时结构的振(晃)动反应,主要连接节点及构件的构造、连接、变形、偏差、损伤等,结构材料性能状态。
结构的支座变形、顶点和层间位移、柱倾斜、受弯构件的挠度和侧弯等,应在结构或构件变形状况普遍观察的基础上,对其中有明显变形的结构或构件,按照国家现行有关检测技术标准的规定进行检测。外露钢结构变形测量时,应避免日照和风荷载的影响。结构构件制作和安装偏差、材料和施工缺陷,应依据国家现行有关建筑材料标准、施工质量验收标准和本标准有关章节的规定进行检测,构件及其节点的损伤,应在全数检查其外观的基础上,对其中损伤相对严重的构件和节点进行详细检测;构件结构性能、结构动力特性和动力反应的测试,可根据国家现行有关结构性能检验或检测技术标准,通过现场试验进行检测。
当需要对构件的结构性能进行现场荷载试验时,应根据同类构件的使用状况、荷载状况和检验目的选择有代表性的构件。
当需要进行结构动力特性和动力反应测试时,应根据结构特点和检测目的选择相应的测试方法,测试仪器宜布置于质量集中、刚度突变、损伤严重以及能够反映结构动力特征的部位。
主要连接节点及构件的材料性能,当设计图纸资料有明确说明且无怀疑时,可进行现场抽检验证;当无图纸资料或对已有图纸资料有怀疑时,应按国家现行有关检测技术标准的规定,通过现场取样或现场测试进行检测。
3.1.9 钢结构上荷载或作用的调查、检测与核定,包括荷载或作用类别、大小、位置、组合特征系数等,应遵循下列原则:
(1)经调查符合现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB 50009规定者,应按标准规定选用;
(2)当现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB 50009未进行规定或按实际情况难以直接选用时,可根据现行国家标准《建筑结构可靠度设计统一标准》GB 50068的规定确定;
(3)对于特种结构物,应根据结构物种类,按照相应的结构设计标准进行核定;
(4)除上述标准规定外,尚应核定由于重复荷载、结构变形及温度因素等对结构的不利作用。
若按照实际荷载情况测定的荷载大于设计荷载时,应按实际测定荷载确定使用荷载。
3.1.10 既有钢结构校核验算与新结构设计的模型与方法应有区别。需要指出,当鉴定计算结果与结构现状反应存在显著差异时,应对计算结果进行分析,不能做出合理解释的计算结果,不应作为可靠性鉴定评级的依据。
当需要采用现场荷载试验检验构件的承载性能和使用性能时,如果本标准附录A的规定尚不能满足试验要求,则应按照国家现行有关标准的规定执行。
3.1.11 钢结构可靠性可分为两个层次进行鉴定。在符合鉴定目的要求的条件下,如果通过系统建模分析校核、现场勘查试验等能实现直接评定高层次项目可靠性等级时,可不再对低层次项目进行评级。
3.1.12 本标准作为钢结构检测鉴定的专项标准,在整个建筑物可靠性鉴定中不一定单独提供钢结构鉴定报告,若提供,鉴定结果的报告应符合国家现行有关标准的规定。当要求出具钢结构专项鉴定报告时,应报告检查检测结果、鉴定评级结果,并根据鉴定目的要求,提出包括使用管理、维修、加固、改造或拆除建议在内的处理意见及建议。对于抗震鉴定,需要时提出抗震减灾对策建议。
3 基本规定
3.1 一般规定
3.1.1 常规的结构可靠性鉴定,包括安全性鉴定、适用性鉴定和耐久性鉴定,在非抗震设防地区,不考虑地震效应,但在抗震设防地区,应考虑地震作用。
钢结构的抗震性能鉴定虽然也属于安全性鉴定范围,但相应鉴定要求具有自身的特点,参照其他现行标准,将其独立作为一章,限于对抗震有要求的地区增加鉴定内容。
3.1.2 对于出现影响安全使用状况的钢结构,必须强制性进行检测与可靠性鉴定,以确保人民生命财产安全。
对于工业建(构)筑物,生产设备增减、工艺条件改变、使用强度增大等均属于使用条件或使用环境改变的情形;对于建筑物加层、插层等属于建筑物改造的性质;另外,当建筑物使用时间已达到设计使用年限时,若还需要继续使用;或者当建筑物遭受地震、火灾、爆炸等灾害或事故后,已出现严重的损伤或损坏等;在以上这些条件下,结构物均应强制性进行检测与可靠性鉴定。这里的“严重”是指结构的损伤已影响结构的安全使用,需要检测鉴定工程师根据现场实际情况具体判定。
对于重要的大型公共建筑、重型工业建筑等,应有定期进行检测鉴定的要求,也应有专门的抗震鉴定要求。
3.1.3 对于钢结构在使用过程中工作环境或正常使用性能出现变化的情况,虽然可能并未影响到结构的安全使用,但有时也需要检测鉴定。
3.1.4 对钢结构进行专项鉴定如火灾后检测与鉴定,主要是指钢结构的局部区域或部分构件需要进行本标准第7章规定内容的鉴定,这些内容往往不包含在其他章节的规定中。
3.1.6 后续目标使用年限一般由业主根据建筑物使用维修、更新改造等计划提出,或者由业主和鉴定承担方商议确定。当不便明确后续目标使用年限时,对于工业建(构)筑物,可参照工艺更新改造周期确定;对于民用建筑物,可参照原设计基准期或目标使用年限确定。
3.1.7 结构重要性系数应按照现行国家标准《建筑结构可靠度设计统一标准》GB 50068的规定采用。
3.1.8 钢结构可靠性鉴定工作的内容及要求,应符合下列规定:
(1)对建筑结构建造及加固改造信息资料(包括设计图纸、文件、施工纪录等),进行调查、收集和确认;
(2)对结构使用条件,进行调查、检测与核定;
(3)对结构性能反应及劣化、缺陷、损伤状况,进行勘查、检测与评估;
(4)对结构进行分析与校核;
(5)对结构进行可靠性评定;
(6)提出处理意见及建议。
1 关于钢结构建造及加固改造信息资料的调查、收集与确认,一般应符合下列要求:
收集查阅的资料应包括工程地质勘察报告、设计图纸及计算书或有关设计条件资料、设计变更、竣工图纸及施工记录有关资料(如施工日志、材料质保书、材料检验文件、制作安装验收记录、沉降观测记录等)、加固改造图纸资料、历次检测鉴定资料等。对于高耸、复杂结构,收集查阅资料的范围还应包括制作、安装方案及实际施工纪录等有关资料。
当已有档案资料不足且不便勘查测绘时,可通过调查建造时期的结构技术状况、材料供应状况、工程惯用做法等,间接了解结构设计、施工有关信息。
调查建筑现状与收集资料相符合程度,确认信息资料的准确性。对于结构布置选型等应进行逐一比对确认,对于构件轮廓尺寸、零部件规格尺寸等应抽查验证,对于结构材料性能指标,应根据鉴定分析要求,结合结构劣化损坏状况勘查检测,进行试验检验。
所谓建造及使用历史信息资料调查结果的可靠性评估应是贯穿整个检测鉴定过程的工作,利用少量勘查检测结果推定调查分析结果的正确性,进而做出鉴定结论。
2 关于钢结构使用条件的调查、检测与核定,包括结构上的作用、使用环境和使用历史三部分内容,并应考虑使用条件在目标使用期限内可能发生的变化,其中,钢结构上荷载或作用的调查、检测与核定,可参见本标准第3.1.7条的有关说明;钢结构使用环境的调查、检测与核定,包括结构工作环境、气象条件和地理环境等,应遵循下列原则:
环境对钢结构的极端温度作用可根据工艺设计条件核定,处于大气环境时可按照当地气象资料核定,必要时应进行实测评定;处于野外风沙环境中的钢结构,应核定磨蚀作用程度;对于风敏结构(如高耸结构、金属板围护结构等),还应考虑局地风环境的不利作用。
钢结构使用历史调查的内容包括:结构的设计与施工、用途和使用时间、维修与加固、用途变更与改扩建、超载历史、动荷载作用历史以及受灾害和事故等情况,核定结构上作用变化的时间历程。
3、4 关于钢结构性能反应及劣化、缺陷损伤状况的勘查、检测与评估,应符合下列要求:
结构性能反应及劣化、缺陷损伤状况的勘查检测,应遵循由宏观总体观察判断到微观检测确认的基本顺序。勘查、检测评估的基本项目包括:结构支座(或基础)的沉降、滑移等变形反应,结构或构件的整体倾斜、扭曲、挠曲等变形反应,生产设备或运输车辆等运行时结构的振(晃)动反应,主要连接节点及构件的构造、连接、变形、偏差、损伤等,结构材料性能状态。
结构的支座变形、顶点和层间位移、柱倾斜、受弯构件的挠度和侧弯等,应在结构或构件变形状况普遍观察的基础上,对其中有明显变形的结构或构件,按照国家现行有关检测技术标准的规定进行检测。外露钢结构变形测量时,应避免日照和风荷载的影响。结构构件制作和安装偏差、材料和施工缺陷,应依据国家现行有关建筑材料标准、施工质量验收标准和本标准有关章节的规定进行检测,构件及其节点的损伤,应在全数检查其外观的基础上,对其中损伤相对严重的构件和节点进行详细检测;构件结构性能、结构动力特性和动力反应的测试,可根据国家现行有关结构性能检验或检测技术标准,通过现场试验进行检测。
当需要对构件的结构性能进行现场荷载试验时,应根据同类构件的使用状况、荷载状况和检验目的选择有代表性的构件。
当需要进行结构动力特性和动力反应测试时,应根据结构特点和检测目的选择相应的测试方法,测试仪器宜布置于质量集中、刚度突变、损伤严重以及能够反映结构动力特征的部位。
主要连接节点及构件的材料性能,当设计图纸资料有明确说明且无怀疑时,可进行现场抽检验证;当无图纸资料或对已有图纸资料有怀疑时,应按国家现行有关检测技术标准的规定,通过现场取样或现场测试进行检测。
3.1.9 钢结构上荷载或作用的调查、检测与核定,包括荷载或作用类别、大小、位置、组合特征系数等,应遵循下列原则:
(1)经调查符合现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB 50009规定者,应按标准规定选用;
(2)当现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB 50009未进行规定或按实际情况难以直接选用时,可根据现行国家标准《建筑结构可靠度设计统一标准》GB 50068的规定确定;
(3)对于特种结构物,应根据结构物种类,按照相应的结构设计标准进行核定;
(4)除上述标准规定外,尚应核定由于重复荷载、结构变形及温度因素等对结构的不利作用。
若按照实际荷载情况测定的荷载大于设计荷载时,应按实际测定荷载确定使用荷载。
3.1.10 既有钢结构校核验算与新结构设计的模型与方法应有区别。需要指出,当鉴定计算结果与结构现状反应存在显著差异时,应对计算结果进行分析,不能做出合理解释的计算结果,不应作为可靠性鉴定评级的依据。
当需要采用现场荷载试验检验构件的承载性能和使用性能时,如果本标准附录A的规定尚不能满足试验要求,则应按照国家现行有关标准的规定执行。
3.1.11 钢结构可靠性可分为两个层次进行鉴定。在符合鉴定目的要求的条件下,如果通过系统建模分析校核、现场勘查试验等能实现直接评定高层次项目可靠性等级时,可不再对低层次项目进行评级。
3.1.12 本标准作为钢结构检测鉴定的专项标准,在整个建筑物可靠性鉴定中不一定单独提供钢结构鉴定报告,若提供,鉴定结果的报告应符合国家现行有关标准的规定。当要求出具钢结构专项鉴定报告时,应报告检查检测结果、鉴定评级结果,并根据鉴定目的要求,提出包括使用管理、维修、加固、改造或拆除建议在内的处理意见及建议。对于抗震鉴定,需要时提出抗震减灾对策建议。
3.2 工作内容与程序
3.2.1 在既有钢结构的检测鉴定中,有些钢结构可能由于灾害或事故的原因,具有显而易见的失效或破坏特征,鉴定人员仅通过现场目视检查而不需要经过详细计算就能确定其已失效或破坏,对于这类结构,进行进一步的检测与鉴定是没有必要的。为了减少不必要的详细检测鉴定工作和节省费用,本条将既有钢结构的可靠性鉴定分为检查评估和检测鉴定两个阶段。检查评估主要用于判定结构是否已失效或破坏,是否需要进行进一步的详细检测鉴定。对于已失效或破坏结构,通过检查评估即可给出检测结论,其他情况,均需要进行详细的检测鉴定。
3.2.2 本框图列出了出钢结构可靠性鉴定工作的内容与程序。该工作程序属于原则性步骤或程序,实际检测鉴定工作时,可根据实际情况进行细化或补充。
3.2.3 钢结构鉴定的目的、范围和内容,应由委托方根据自己的需求提出,但是,有时由于委托方可能缺乏足够的专业知识来描述鉴定的目的、范围和内容,实际操作中则应由委托方和鉴定方根据鉴定原因和要求协商确定的,既要考虑结构体系或单元的组成、检测鉴定工作范围,也要考虑检测工作实施的条件、可能性及可行性。这里可能涉及的法律责任和义务应服从鉴定委托合同约定。
3.2.6 可靠性鉴定过程中,检测批中相对较为异常的检测数据可以忽略。若鉴定分析所需要的数据不足或不准确时,应进行补充或扩大检测,以补足所需要的计算数据。
3.2.7 现场检测时,可能会碰到现场的作业或经营活动不能停顿,此时,检测取样时,应选择内力或应力较小的工况条件或取样部位,或先采取卸荷或临时加固措施,以保证检测工作安全以及现场生产作业安全与取样的正常进行。现场检测结束后,应及时采取措施,修补或加固检测取样所造成的结构或构件的局部损伤。对于构件取样部位的修复,应事先对取样的影响进行分析评价,并制定合理的修复方案,取样完成后即进行修复。修补后的结构或构件的承载能力应不低于原结构或构件取样前的状态。
3.3 可靠性鉴定等级评定标准
本节对可靠性鉴定等级的评定标准,采用文字描述的方式做出了统一规定。本标准其他章节,包括以数值描述的量化指标,均按照本节规定的原则制订。
3.3.1 钢结构的可靠性鉴定可分为两个层次,其中构件和节点属于同一层次,为较低的基本层次,结构系统为较高的另一层次。
若需要对于整个建(构)筑物系统进行鉴定时,应在钢结构部分的两层次鉴定完成后,参考其他相关标准进行整体建筑物的可靠性鉴定。
对于结构中基础性能的鉴定,可参照现行国家标准《建筑抗震鉴定标准》GB 50023、《民用建筑可靠性鉴定标准》GB 50292以及《工业建筑可靠性鉴定标准》GB 50144的规定执行。
3.3.3 本条的钢结构系统,可以是整个钢结构,也可以是结构功能相对独立的子结构。
4 材料的检测与评定
4.1 一般规定
4.1.3 钢材材料的检测结果,可用于确定既有结构材料的性能指标、分析判断材料的种类,并作为对结构整体进行分析验算的条件。材料性能指标随时间变化的影响是指累积损伤影响和灾害作用影响,如疲劳、腐蚀、氢脆、火灾作用等,当钢构件表面涂装保护良好,基材未受影响时,可忽略时间的影响。
4.1.4 对既有钢结构,当结构工作环境与原设计状态比较无明显变化,且材料未曾劣化或损坏,应尽量减少现场取样,减少对结构的扰动或损伤,保持结构原样,不需要成组成批取样进行试验。
4 材料的检测与评定
4.1 一般规定
4.1.3 钢材材料的检测结果,可用于确定既有结构材料的性能指标、分析判断材料的种类,并作为对结构整体进行分析验算的条件。材料性能指标随时间变化的影响是指累积损伤影响和灾害作用影响,如疲劳、腐蚀、氢脆、火灾作用等,当钢构件表面涂装保护良好,基材未受影响时,可忽略时间的影响。
4.1.4 对既有钢结构,当结构工作环境与原设计状态比较无明显变化,且材料未曾劣化或损坏,应尽量减少现场取样,减少对结构的扰动或损伤,保持结构原样,不需要成组成批取样进行试验。
4.2 力学性能检测与评定
4.2.1 钢结构钢材力学性能的检测项目,对于具体钢结构工程,可根据鉴定需要,确定检测项目。既有钢结构钢材的力学性能检测试样应优先采用在结构中切取的方法。若不适宜或无法取样,则可以采用表面硬度法等无损或微创方法进行检测鉴定;对于热轧结构钢,亦可采用分析材质化学成分的方法,分析钢材种类及力学性能,必要时可进行金相分析(结构钢热轧组织应为铁素体和珠光体),确保钢材种类及力学性能指标判定的准确性。
4.2.2、4.2.3 钢结构紧固件力学性能检验,多数为在建钢结构施工期间的质量检测。对于既有钢结构,由于使用中的紧固件通常难以拆卸或者拆卸检验不安全,因此,可由检测工程师根据现场具体状况,确定是否需要拆卸检验,当难以拆卸或拆卸检验不安全时,可不进行此项检验。当确定采用拆卸检验时,则应控制同一连接部位紧固件的取样数一般不宜超过3颗,同时,宜采取临时加固措施保证拆卸阶段的结构安全,且拆卸后应及时补充同规格的紧固件,须拧紧。
4.2.4 对接焊接接头的弯曲试样,焊缝余高或垫板应采用机械方法去除至与母材齐平,试样受拉面应保留母材原轧制表面,当板厚大于40mm时,应分片切取试样,试样厚度应覆盖焊接试件的全厚度。关于冲击试样,单面焊时,在焊缝正面取样,双面焊时,在后焊面取样,且与母材原表面的距离不大于2mm。热影响区冲击试样的缺口位置应位于距熔合线0.5mm~1.0mm处,并应尽可能使缺口多通过热影响区。不同牌号钢材的焊接接头,热影响区冲击试样应取自对冲击性能要求较低的一侧;不同焊接方法组合的焊接接头,冲击试样的取样应能覆盖所有焊接方法焊接的部位。拉伸试样应符合现行国家标准《焊接接头拉伸试验方法》GB/T 2651的规定;弯曲试样应符合现行国家标准《焊接接头弯曲试验方法》GB/T 2653的规定;冲击试样应符合现行国家标准《焊接接头冲击试验方法》GB/T 2650的规定。
4.2.5 如果表4.2.5中尚不能包含结构所采用的钢材时,则应根据实际采用钢材补充选取相应的国家现行标准作为试验和评定依据。
4.2.7 对于未知信息的钢材,采用实验确定力学性能指标。根据现行国家标准《碳素结构钢》GB/T 700及《低合金高强度结构钢》GB/T 1591,钢材合格的重要力学指标是屈服点不低于规定值,抗拉强度应在规定范围内。“0.85倍”是基于国家现行有关标准制订的,规定钢材非标时“由试验结果最低值确定屈服强度或抗拉强度,按钢材屈服强度确定强度设计值时,抗力分项系数取1.2;需要由钢材抗拉强度确定强度设计值时,抗力分项系数取1.5”。对于根据实验结果仍无法确定钢材牌号的钢材,为保证安全可靠,其强度应折减。
4.2.8 对于不能通过试验确定被检材料力学性能是否符合国家标准时,则检测试验报告应给出钢材力学性能拉伸曲线图,以便计算鉴定时分析应用。
对国产钢材的品种、规格、力学性能,当设计要求不明确或不完整时,应按国家现行有关标准的要求进行评定。
4.3 化学成分检测与评定
4.3.1 钢结构原材料材质化学分析的取样方法,主要适用于在建钢结构工程的钢材检验取样。对于既有钢结构可参照应用,取样组批可根据构件的规格确定。
4.3.2 不同损伤的钢构件、不同种类的构件或板件,均应进行现场光电直读光谱检测。对受损钢结构件及连接件材质变化的化学分析,其取样部位应均匀。现场光电直读光谱检测的环境温度为10℃~35℃,相对湿度为20%~80%RH。
4.3.3 如果被检测的钢材没有相应的产品出厂证明资料或质保书,无法确定其是否满足相应的产品标准时,就应该进行化学分析,以验证其是否为原设计要求的钢材,是否符合设计要求和对应的国家现行标准。
4.4 有缺陷和损伤部位的检查与检测
4.4.1、4.4.2 钢结构中主要构件及主要节点,需要根据原设计计算资料判定,当没有设计资料时,需要根据经验确定。对于钢板缺陷检测,厚度小于6mm的钢板可采用表面检测方法检测,厚度大于或等于6mm的钢板可采用现行国家标准《厚钢板超声波检验方法》GB/T 2970规定的方法检测。
5 钢构件的检测与鉴定
5.1 一般规定
5.1.1 钢结构中最基本的单元称作零件(如节点板、翼缘板等),由零件组成的单元称作部件(如焊接H型钢、牛腿等),由零部件组成的单元称作构件(如梁、柱、支撑)。构件根据其受力特点可划分为:受弯构件、轴心受力构件、拉弯构件、压弯构件。复杂构件与结构系统没有明显的界限,如桁架、组合截面柱等。本条仅仅为了 检测项目和鉴定评级综合统计需要而制定,对具体工程的构件划分,可以灵活确定。本标准的分类方法如下:
(1)柱构件:实腹柱一层中的一根柱为一个构件;格构柱一层中的整根柱(即含所有柱肢)为一个构件。
(2)梁构件:一跨中的整根梁为一个构件;若仅鉴定一根连续梁时,可取整根为一个构件。
(3)杆构件:仅承受拉或压的一根为一个构件。
(4)板:一个计算单元为一个构件。
(5)桁架、拱架:一榀为一个构件。
(6)柔性构件:仅承受拉力的一根索、杆、棒等为一个构件。
5.1.2 钢结构构件的检测内容中,材料性能检测可按本标准第4章的有关规定执行,复杂构件连接性能检测可按第6章有关规定执行。
5.1.3 钢构件的构件数量及检测项目往往很多,一般不可能全数检测,而通常采用抽样检测法,即从检测批中抽出少量个体组成样本,对样本进行规定项目的检测,而后,由样本检测参数去推断检验批的检测参数。
缺陷与腐蚀是造成钢结构工程事故的主要因素,因此,本条将钢构件缺陷与腐蚀的检测按主控项目考虑,宜选用全数检测方案;将几何尺寸、尺寸偏差与涂装按一般项目考虑,宜选用一次或二次计数抽样方案;构件的连接构造对同批次构件往往具有共性,因此,可选择对结构安全影响大的部位进行抽样。
5.1.4 因使用方要求,可仅对单个构件或部分构件进行检测,但检测结果及评定结论仅对检测构件有效。
5 钢构件的检测与鉴定
5.1 一般规定
5.1.1 钢结构中最基本的单元称作零件(如节点板、翼缘板等),由零件组成的单元称作部件(如焊接H型钢、牛腿等),由零部件组成的单元称作构件(如梁、柱、支撑)。构件根据其受力特点可划分为:受弯构件、轴心受力构件、拉弯构件、压弯构件。复杂构件与结构系统没有明显的界限,如桁架、组合截面柱等。本条仅仅为了 检测项目和鉴定评级综合统计需要而制定,对具体工程的构件划分,可以灵活确定。本标准的分类方法如下:
(1)柱构件:实腹柱一层中的一根柱为一个构件;格构柱一层中的整根柱(即含所有柱肢)为一个构件。
(2)梁构件:一跨中的整根梁为一个构件;若仅鉴定一根连续梁时,可取整根为一个构件。
(3)杆构件:仅承受拉或压的一根为一个构件。
(4)板:一个计算单元为一个构件。
(5)桁架、拱架:一榀为一个构件。
(6)柔性构件:仅承受拉力的一根索、杆、棒等为一个构件。
5.1.2 钢结构构件的检测内容中,材料性能检测可按本标准第4章的有关规定执行,复杂构件连接性能检测可按第6章有关规定执行。
5.1.3 钢构件的构件数量及检测项目往往很多,一般不可能全数检测,而通常采用抽样检测法,即从检测批中抽出少量个体组成样本,对样本进行规定项目的检测,而后,由样本检测参数去推断检验批的检测参数。
缺陷与腐蚀是造成钢结构工程事故的主要因素,因此,本条将钢构件缺陷与腐蚀的检测按主控项目考虑,宜选用全数检测方案;将几何尺寸、尺寸偏差与涂装按一般项目考虑,宜选用一次或二次计数抽样方案;构件的连接构造对同批次构件往往具有共性,因此,可选择对结构安全影响大的部位进行抽样。
5.1.4 因使用方要求,可仅对单个构件或部分构件进行检测,但检测结果及评定结论仅对检测构件有效。
5.2 钢构件的检测
5.2.1 根据检测目的的不同,检测要求有较大的差别,对于施工质量检测与鉴定,目的是检测施工误差,测量精度要求较高。而对于结构可靠性鉴定,检测的目的是复核实际结构与图纸资料的相符性,即使是进行结构测绘,对精度的要求也不一定很高,通常是采用一些模数,如钢材规格模数、结构跨度模数等。构件的轴线(或中心线)尺寸可采用构件轮廓尺寸和零部件规格尺寸推定。尺寸检测部位的选择,应包含最小尺寸部位。
5.2.3 钢结构在使用过程中往往会出现损伤,如构件的永久变形、锈蚀等,另外,还会有人为的损伤,例如不合理的加固改造、在结构上随意焊接、随意拆除一些零部件等,直接影响结构的安全。根据钢结构的特点,这类损伤以观测检查为主,应不放过任何对结构安全有较大影响的隐患。
5.2.4 复杂构件的检测包含其连接的检测,连接的检测应按本标准第6章的有关规定执行。钢构件由于材料强度高,截面尺寸相对较小,容易产生失稳破坏,因此,应保证各类钢结构杆件长细比、板件宽厚比满足设计要求。钢结构的长细比、板件宽厚比,应根据构件的实测结果、按照设计标准的计算方法进行复核验算,而不能直接按原设计图纸尺寸进行验算。构件端部构造直接与节点理论计算模型有关,当不能断定构件端部为何种约束条件时,应根据实测构造结果进行数值分析验证。
5.2.5 拉索、拉杆检测的目的,是检查实际构件工作状况与图纸资料的符合程度,并评判实际状态的合理性。
5.3 钢构件腐蚀与涂装防护的检测
5.3.1 钢结构及构件的腐蚀与腐蚀环境密切相关。腐蚀环境是相对的,主要根据构件宏观腐蚀情况划分,区分腐蚀环境的目的是为详细检查选点。实际操作中,应注意调查防腐维修情况,避免被新近的防腐涂层误导。
钢结构使用环境腐蚀性等级,宜根据建筑物所处区域的生产或生活环境评定。根据使用环境长期作用对钢结构的腐蚀状况,可将使用环境分为:严重腐蚀、一般腐蚀、轻微腐蚀和无腐蚀四个等级。
常温下气态介质对钢结构的腐蚀性等级,可根据介质类别以及环境相对湿度,按表1的规定评定。当介质含量低于表中下限值时,环境腐蚀性等级可降低一级。
表1 气态介质对钢结构的腐蚀等级
常温下固态介质(含气溶胶)对钢结构的腐蚀性等级,可根据介质类别和环境相对湿度,按表2的规定评定。当偶尔有少量介质作用时,腐蚀性等级可降低一级。
表2 固态介质对钢结构的腐蚀等级
若钢结构使用环境中有多种介质同时存在时,腐蚀性等级应取最高者。
钢结构使用环境的相对湿度,宜采用地区年平均相对湿度或构配件所处部位的实际相对湿度。室外环境相对湿度,可根据地区降水情况,比年平均相对湿度适当提高。不可避免结露的部位和经常处于潮湿状态的部位,环境相对湿度应大于75%。
5.3.2 大气环境条件下钢构件均匀腐蚀,是指锈蚀分布于整个构件表面,并以接近相同的速度使构件截面尺寸减小;局部锈蚀(坑蚀),是指锈蚀速度在构件表面存在明显差异。
5.3.3 钢构件腐蚀损伤程度,应按板件测量。对于角钢等型钢,应按肢、翼缘等测量。
5.3.4、5.3.5 当需要对处于腐蚀环境下钢结构构件在后续目标使用年限的可靠性进行鉴定时,需要首先确定后续目标使用年限钢结构构件板件残余厚度,因此,对腐蚀环境下钢结构构件进行检测时,应结合当前腐蚀程度、受腐蚀的时间以及最近腐蚀环境扰动等因素,预测其后续目标使用年限钢结构构件板件残余厚度。
对于均匀腐蚀,且后续目标使用年限内的使用环境基本保持不变的情况下,钢结构构件板件的耐久性年限可按下式计算:
式中:Y——构件的剩余耐久年限(a);
α——与腐蚀速度有关的修正系数,年腐蚀量为0.01mm~0.05mm时取1.0,小于0.01mm时取1.2,大于0.05mm时取0.8;
t——剩余腐蚀牺牲层厚度(mm),按设计规定(或结构承载能力鉴定分析)允许的腐蚀牺牲层厚度减去已经腐蚀厚度计算;
v——以前的年腐蚀速度(mm/a)。
对其他情况,应根据检测结果综合判断。
5.3.7 钢结构涂层检测通常是常规性检测,检测抽样部位应有代表性,在整个结构上应均匀布点。对防腐涂层厚度的评定,应考虑结构腐蚀环境和防护层使用年限的要求;对防火涂层厚度的评定,应考虑结构耐火极限的要求。
5.4 钢构件安全性鉴定
5.4.1 钢构件安全性鉴定等级,应按承载力、构造两个项目评定,结构抗力分析中应考虑缺陷和损伤的影响。同时,评定时,应考虑构件存在的严重缺陷、过大变形、显著损伤和严重腐蚀等现实状况。
5.4.2 钢构件的承载力项目,根据构件的抗力R和荷载作用效应S及结构构件重要性系数γ0评定等级。构件的抗力R按照现行国家钢结构设计标准(包括《钢结构设计规范》GB 50017、《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB 50018等)确定。与设计新构件不同,在计算已有构件抗力时,应考虑实际的材料性能和结构构造以及缺陷、损伤、腐蚀、过大变形和偏差的影响,也就是说,在建立结构分析模型时,就要考虑这些影响。荷载作用效应S,按现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB 50009和相关设计标准结合实测结果计算确定,结构构件重要性系数γ0按现行国家标准《建筑结构可靠度设计统一标准》GB 50068确定。
构件的疲劳强度与静力承载力相比有很大不同,即使验算结果表明疲劳强度不足,但对于比较新的吊车梁来说,在一定的期限内可能是安全的;相反,对于已经出现疲劳损伤或者已使用很长年限的构件,不论验算结果如何,都有可能存在安全隐患。所以,构件疲劳性能的评级,表5.4.2不完全适用,应根据疲劳强度验算结果、已使用的年限和构件的损伤程度进行评级。
5.4.3 编制组成员试验研究发现,锈蚀对钢材屈服强度和极限强度的影响不是很明显,但对其延性影响较大。编制组成员试验研究同时发现,锈坑的存在改变了钢结构板件表面特征,锈蚀对腐蚀构件疲劳性能影响很大,特别是锈蚀初期,钢材疲劳性能对锈蚀非常敏感(见表3)。疲劳计算类别可按照现行国家标准《钢结构设计规范》GB 50017确定。
表3 腐蚀疲劳试验结果
5.4.4 对于钢构件的构造,如果设计规定不明确,则应参照国家 现行相关设计规范进行评定。
5.4.5 钢构件安全性鉴定评级,设置了按构件变形与损伤状态进行安全性评级这一项目,其目的是避免分析计算可能存在的不足。有些构件存在的裂纹或发生部分断裂,与设计、施工及使用条件有很大关系,但又很难准确判别出究竟由哪种原因引起,为此,可以直接根据构件变形与损伤状态进行评级。一些工程通过对挠度的异常发展检查,采取支顶等应急措施,避免了倒塌事故的发生,因此,通过对过大挠度的检查,以评估该结构构件是否适于继续承载,有较大的实用价值。
在工业厂房中,钢屋架及桁架等结构经过长期使用后,会发生各类杆件双向弯曲现象,表5.4.5-1是参考国家现行有关标准给出的。钢结构构件锈蚀达到一定程度,其带来的问题将不仅仅是单纯截面削弱,而且还会引起钢材更深处晶间断裂或穿透,显然要比单纯的截面减小更为严重。基于锈蚀已涉及安全问题,应按“不适于继续承载的锈蚀”进行检查和评定。表5.4.5-4以截面削弱为标志,来划分影响继续承载的锈蚀界限。
5.5 钢构件适用性鉴定
5.5.3 按表5.5.3-1的规定评定钢柱的适用性等级时,计算厂房或露天栈桥柱的纵向变形,可假定吊车纵向水平荷载分配在温度区段内所有柱间支撑或纵向框架上。另外,对于冷弯型钢、门式刚架、网架等结构构件,as级标准可按相应的设计标准取值,当设计有专门要求时,应以设计要求为准。
5.5.6 当设计对高温条件下构件的变形限值没有明确规定时,应按相应的国家现行标准确定。
5.5.7 将防火涂层的评定纳入钢结构构件适用性评定的范围,从防火涂层外观质量(包括涂层裂纹)、涂层完整性、涂层厚度三方面评定钢结构构件适用性等级。当设计对涂层厚度没有明确规定时,应按相应的国家现行标准确定。
5.6 钢构件耐久性鉴定
5.6.1 钢构件耐久性,应根据目前的使用环境状况进行鉴定。鉴定内容应从构件涂层或外包裹防护的质量以及构件腐蚀(锈蚀)程度两个方面分别评定各自的鉴定等级,然后,再根据两者中的较低等级确定构件的耐久性等级。
涂层质量包括:涂层外观质量、涂层完整性、涂层厚度、外包裹防护状态四个方面;
构件腐蚀(锈蚀),指涂层损坏后构件基材的锈蚀。
5.6.2 当设计对涂层厚度没有明确规定时,应按相应的国家现行标准确定。
6 连接和节点的检测与鉴定
6.1 一般规定
6.1.1 连接和节点的几何特征、缺陷和损伤状况以及材料性能是评定节点安全性和可靠性的依据和基本条件,应直接对实际结构的连接进行量测,必要时,可参考设计和施工技术文件。
进行检测时,应符合现行国家标准《钢结构现场检测技术标准》GB/T 50621的规定。
节点的安全性必须基于节点的实际几何尺寸、构造形式、施工质量和工作状态进行计算和评定,详细检测节点的工作现状是评定节点的必要条件,应采用各种方法实测节点的详细尺寸和构造。对节点的传力性能有疑义时,则需要进行荷载试验检验。
节点构造检测应包括组成节点的尺寸、布置与定位以及节点的细部构造;钢结构节点变形与损伤(包括缺陷)的检测应包括零部件的变形与损伤、零部件间的相对移位或变形、零部件的缺失;钢结构节点功能状态的检测应包括节点的变形、滑移或转动、最大移(转)动量或变形量。可采用尺量和目测观察的方法检查。
6 连接和节点的检测与鉴定
6.1 一般规定
6.1.1 连接和节点的几何特征、缺陷和损伤状况以及材料性能是评定节点安全性和可靠性的依据和基本条件,应直接对实际结构的连接进行量测,必要时,可参考设计和施工技术文件。
进行检测时,应符合现行国家标准《钢结构现场检测技术标准》GB/T 50621的规定。
节点的安全性必须基于节点的实际几何尺寸、构造形式、施工质量和工作状态进行计算和评定,详细检测节点的工作现状是评定节点的必要条件,应采用各种方法实测节点的详细尺寸和构造。对节点的传力性能有疑义时,则需要进行荷载试验检验。
节点构造检测应包括组成节点的尺寸、布置与定位以及节点的细部构造;钢结构节点变形与损伤(包括缺陷)的检测应包括零部件的变形与损伤、零部件间的相对移位或变形、零部件的缺失;钢结构节点功能状态的检测应包括节点的变形、滑移或转动、最大移(转)动量或变形量。可采用尺量和目测观察的方法检查。
6.2 焊缝连接的检测与鉴定
6.2.1 焊缝连接的安全性和可靠性,必须基于焊缝的实际几何尺寸、构造形式、施工质量和损伤退化程度进行评定,准确检测焊缝现状是评定焊缝的前提条件和基础。若对焊缝的力学性能有疑义时,则需要对焊缝的力学性能进行检验。
6.2.2 焊缝的检测应保证抽样具有代表性,本条参考现行国家标准《钢结构焊接规范》GB 50661的规定确定关于焊缝质量检验的抽样方法。
6.2.4 焊缝质量外观和无损检测参考现行国家标准《钢结构焊接规范》GB 50661规定的方法。对焊缝表面损伤,当采用放大镜目测不能确定损伤或裂缝时,则可采用磁粉探伤或渗透探伤。对于对接焊缝内部质量检测,若采用超声波无损检测不能满足要求时,可采用射线探伤检测。
6.2.5 根据实际检测焊缝连接的几何尺寸、构造形式、工作状态和质量,采用现行国家标准《钢结构设计规范》GB 50017计算焊缝的强度,评定焊缝等级和构造要求。
主要焊缝指的是钢板拼接、构件成型和按连接受力要求设置的焊缝,一般焊缝指的是加劲肋等按构造要求设置的焊缝,焊缝的承载力等级按本标准表5.4.2确定。
6.2.6 焊缝质量和构造要求不符合现行国家标准要求的焊缝,直接认定为失效焊缝。
6.3 螺栓和铆钉连接的检测与鉴定
6.3.1 本条及本节以下条文中提到的螺栓,除特别说明外均包含普通螺栓和高强度螺栓(摩擦型连接和承压型连接)。鉴于铆钉已很少采用,本节主要用于螺栓连接的检测与鉴定。当对既有结构中的螺栓或铆钉的力学性能有疑义时,则需要取样进行力学性能检验。
6.3.2 紧固件检测的数量和部位应具有代表性,同时要考虑实际操作的工作量,常规检测可采用抽样检测的方法,需要先对节点进行分类,每类节点的抽检数量不应少于10%和3个,每个检测节点上抽取一定数量的螺栓和铆钉进行详细检测。
6.3.5 螺栓和铆钉连接的构造及尺寸,如果设计文件没有明确规定时,则应根据结构类型,按照相应的国家现行设计标准确定。
6.3.6 通过紧固件的外观检查发现有明显的破坏迹象时,可直接认定为失效紧固件。其中第2款的“螺栓或铆钉头严重腐蚀”,是指腐蚀程度已不足以防止螺栓或铆钉脱落。
6.4 节点的检测与鉴定
6.4.1 钢结构常见节点包括:构件拼接节点、梁柱节点、梁梁节点、支撑节点、吊车梁节点、网架节点、管桁架钢管相贯节点、拉索节点、法兰节点。在这些节点中,有些是通过钢板或钢管或型材焊接制作的,有些是锻造成形的如螺栓球,有些是铸造成形的如铸钢节点等。
6.4.2 支座节点包括:屋架支座、梁端支座、桁(托)架支座、柱脚、网架(壳)支座等。
6.4.3 检测节点的类型和数量应具有代表性,节点的抽检数量不应少于3个,网架螺栓球节点每种规格少于5个时,应全数检测。
6.4.6 节点鉴定应先进行外观检查,如果发现上述破坏迹象明显,可直接认定为失效节点。
7 专项检测与鉴定
7.1 钢结构振动检测与鉴定
7.1.1 可能的外部动荷载及作用包括:微风致振动、设备振动、邻近列车或地铁等导致的地基振动等。不利动荷载效应包括过大的振幅、加速度等,以致影响结构的安全或正常使用。
如果在结构设计之初,这些动荷载的作用已考虑,则在结构的日常定期性检测鉴定中可不考虑,若在设计之初未考虑,则定期性检测鉴定中应考虑;如果结构已出现显著的变形、损伤或损坏,无论设计之初是否考虑,则在结构的可靠性鉴定中均应考虑。另外,某些动荷载的作用可能是局部性的,或是仅作用在功能相对独立的子结构中,则相应的检测鉴定可仅限于结构体系的该局部区域。
7.1.2 对于工程结构,容易实现和量测的是结构的动力响应。利用结构的动力响应进行结构性态识别的方法,即为结构动力检测方法。结构动力检测方法,可不受结构规模和隐蔽性的限制,只要在可达到的结构位置安装动力响应传感器即可。结构动力检测的方法主要有以下三种:
(1)自由振动法。设法使结构产生自由振动(通常采用惯性力加载方法),通过纪录仪器记录有衰减的自由振动曲线,由此求出基本频率和阻尼系数。从实测得到的有衰减的结构自由振动纪录图上,可根据时间信号直接测量出基本频率,也可以取若干个波的总时间除以波速得出平均数作为基本周期,其倒数即为基本频率。建筑物的阻尼特性用对数衰减率或临界阻尼比表示,由于实测得到的振动记录图一般没有零线,所以,在测量阻尼时,应采取从峰点到峰点的测量法,该方法方便且准确度高。用自由振动法得到的周期和阻尼系数均比较准确,但只能测出基本频率。
(2)共振法。共振法是采用专门的起振机对结构施加简谐动荷载,使结构产生恒定的强迫简谐振动,利用共振现象来测定结构的动力参数。测试时,通常可将起振机的转速由低到高连续变换进行频率扫描试验,同时记录各测点的振幅-频率曲线,各峰值相对应的频率即为各阶振型的共振频率。然后,再在共振频率附近进行稳定的激振试验,仔细测定结构的各阶固有频率和振型。在共振曲线上使用半功率带宽法即可得到阻尼比。
(3)脉动法。利用环境随机激振测定结构动力特性的方法称为脉动法。这种方法不用专门的激振设备,而是通过测量建筑物由于外界不规则的干扰而产生的微小振动即“脉动”来确定建筑物的特性。建筑物的脉动是经常存在的,一方面来自地面脉动,另一方面是大气变化引起的微幅振动。因此,为测量这种信号要采用低噪声和高灵敏度的拾振器和放大器,并配有记录仪器和信号分析仪。
7.1.3 结构在动荷载作用下的安全性,是在结构静力安全性及结构整体稳定性外的安全性分析内容。通常在无动力荷载作用或动力效应很小的结构中不考虑,但当结构动力效应显著或不可忽略时,在结构的检测鉴定中,应进行相应的检测、分析计算。
7.1.4 外加动荷载或作用的特性的检测,可按以下要求进行:
(1)现场风速特性检测需根据测定参数选用专业风速计,结构表面风压检测需根据现场状况选用专业风压测定设备,必要时,可进行模型风洞试验;
(2)设备振动特性检测宜先测量设备的质量、偏心距、振动(转动)频率等。
对于重要的结构,若现场难以测定其风荷载,就需要进行模型风洞试验。
7.1.6、7.1.7 民用建筑钢结构产生振动的因素相对较少,通常引起的效应主要是对舒适度的影响。而工业建筑中由于通常存在动力设备,易引起结构振动,这种振动既可能影响正常使用,因此,对民用建筑钢结构,可只进行适用性鉴定。而工业建筑钢结构,结构振动可能影响安全使用,因此,需要同时考虑安全性。
如果设计文件对钢结构的振动没有给出具体规定或要求,则应根据钢结构的具体体系类型和用途,按相应的设计标准确定具体振动限值,作为评定标准。
关于工业建筑钢结构的振动检测与鉴定,可按照现行国家标准《工业建筑可靠性鉴定标准》GB 50144的规定执行。
7 专项检测与鉴定
7.1 钢结构振动检测与鉴定
7.1.1 可能的外部动荷载及作用包括:微风致振动、设备振动、邻近列车或地铁等导致的地基振动等。不利动荷载效应包括过大的振幅、加速度等,以致影响结构的安全或正常使用。
如果在结构设计之初,这些动荷载的作用已考虑,则在结构的日常定期性检测鉴定中可不考虑,若在设计之初未考虑,则定期性检测鉴定中应考虑;如果结构已出现显著的变形、损伤或损坏,无论设计之初是否考虑,则在结构的可靠性鉴定中均应考虑。另外,某些动荷载的作用可能是局部性的,或是仅作用在功能相对独立的子结构中,则相应的检测鉴定可仅限于结构体系的该局部区域。
7.1.2 对于工程结构,容易实现和量测的是结构的动力响应。利用结构的动力响应进行结构性态识别的方法,即为结构动力检测方法。结构动力检测方法,可不受结构规模和隐蔽性的限制,只要在可达到的结构位置安装动力响应传感器即可。结构动力检测的方法主要有以下三种:
(1)自由振动法。设法使结构产生自由振动(通常采用惯性力加载方法),通过纪录仪器记录有衰减的自由振动曲线,由此求出基本频率和阻尼系数。从实测得到的有衰减的结构自由振动纪录图上,可根据时间信号直接测量出基本频率,也可以取若干个波的总时间除以波速得出平均数作为基本周期,其倒数即为基本频率。建筑物的阻尼特性用对数衰减率或临界阻尼比表示,由于实测得到的振动记录图一般没有零线,所以,在测量阻尼时,应采取从峰点到峰点的测量法,该方法方便且准确度高。用自由振动法得到的周期和阻尼系数均比较准确,但只能测出基本频率。
(2)共振法。共振法是采用专门的起振机对结构施加简谐动荷载,使结构产生恒定的强迫简谐振动,利用共振现象来测定结构的动力参数。测试时,通常可将起振机的转速由低到高连续变换进行频率扫描试验,同时记录各测点的振幅-频率曲线,各峰值相对应的频率即为各阶振型的共振频率。然后,再在共振频率附近进行稳定的激振试验,仔细测定结构的各阶固有频率和振型。在共振曲线上使用半功率带宽法即可得到阻尼比。
(3)脉动法。利用环境随机激振测定结构动力特性的方法称为脉动法。这种方法不用专门的激振设备,而是通过测量建筑物由于外界不规则的干扰而产生的微小振动即“脉动”来确定建筑物的特性。建筑物的脉动是经常存在的,一方面来自地面脉动,另一方面是大气变化引起的微幅振动。因此,为测量这种信号要采用低噪声和高灵敏度的拾振器和放大器,并配有记录仪器和信号分析仪。
7.1.3 结构在动荷载作用下的安全性,是在结构静力安全性及结构整体稳定性外的安全性分析内容。通常在无动力荷载作用或动力效应很小的结构中不考虑,但当结构动力效应显著或不可忽略时,在结构的检测鉴定中,应进行相应的检测、分析计算。
7.1.4 外加动荷载或作用的特性的检测,可按以下要求进行:
(1)现场风速特性检测需根据测定参数选用专业风速计,结构表面风压检测需根据现场状况选用专业风压测定设备,必要时,可进行模型风洞试验;
(2)设备振动特性检测宜先测量设备的质量、偏心距、振动(转动)频率等。
对于重要的结构,若现场难以测定其风荷载,就需要进行模型风洞试验。
7.1.6、7.1.7 民用建筑钢结构产生振动的因素相对较少,通常引起的效应主要是对舒适度的影响。而工业建筑中由于通常存在动力设备,易引起结构振动,这种振动既可能影响正常使用,因此,对民用建筑钢结构,可只进行适用性鉴定。而工业建筑钢结构,结构振动可能影响安全使用,因此,需要同时考虑安全性。
如果设计文件对钢结构的振动没有给出具体规定或要求,则应根据钢结构的具体体系类型和用途,按相应的设计标准确定具体振动限值,作为评定标准。
关于工业建筑钢结构的振动检测与鉴定,可按照现行国家标准《工业建筑可靠性鉴定标准》GB 50144的规定执行。
7.2 钢构件疲劳性能检测与鉴定
7.2.1、7.2.2 对承受动力荷载的钢结构或钢构件,疲劳损伤将直接影响其使用寿命和承载能力,钢结构检测鉴定需要考虑这一影响,特别是对于产生拉应力且伴有变幅循环应力的构件,需要检测这类构件的裂纹损伤。一旦发现裂纹后,检测鉴定的时间间隔应缩短,原因在于随着裂纹尺寸扩展,裂纹开展速度加快,对应于同一裂纹扩展量,时间间隔越来越短。
7.2.3 疲劳裂纹检测的方法有目测法和无损探伤法。若目测不能确定损伤时,就需要采用磁粉、着色或超声波探伤。
7.2.4 对于给定的应力谱,可采用雨流法或其他有效方法确定各应力幅△σi的作用频数ni。雨流法的详细过程可以参考陈绍蕃先生所著的《钢结构设计原理》(第三版)(科学出版社,2005,北京)。
7.2.6 对于有裂纹损伤的构件,其疲劳性能等级按考虑裂纹后的构件承载力计算评定。对于无裂纹的构件,按计算疲劳寿命评定。
7.2.7 应用疲劳试验结果时,应考虑试件与实际结构间可能存在的差别。对于焊接的构造细节,施工质量对疲劳影响很大,如果试件的加工和焊接都很仔细而且质量高,而实际结构达不到那样的水平,试验结果就不能恰当反映实际结构的性能。还有一个因素为尺寸差别的影响,从弯曲疲劳试验的结果来看,小尺寸试件的疲劳强度较大尺寸试件的稍高,分析中应考虑该因素的影响。
对于现场无法进行疲劳损伤检测的情况,则需要进行构件模型疲劳试验。
7.3 火灾后钢结构的检测与鉴定
7.3.1 火灾后钢结构可靠性鉴定的范围应是整个结构单元,经勘查检测确认结构损伤仅限于局部区域时,结构鉴定的范围可为火灾影响区域内的结构构件。火灾影响区域应是火焰燃烧区域、高温烟气弥漫区域及不可忽略的结构温度应力作用区域的总和,应根据火灾引燃、蔓延、熄灭过程、火灾现场状况勘查结果、火灾温度作用分析结果等综合分析确定。如多高层建筑楼层局部火灾的鉴定范围可以仅针对受灾楼层;大型钢结构房屋局部火灾的鉴定范围可以仅仅针对火灾影响区域的结构或构件。
7.3.3 进行结构火灾后鉴定,火灾概况调查和火作用调查分析是必须的,但调查和分析深度可根据具体情况灵活确定。需要通过火灾温度过程分析推断结构损伤时,调查、分析应适当深入、细致;当受火灾结构全部裸露且便于观察检查时,调查、分析可适当宏观一些。这里所说的受火灾结构,不仅限于遭受火焰灼烤的结构,还包括遭受显著温度应力作用的结构。火灾作用的程度,包括高温灼烤作用的程度和温度应力作用的程度。
当需要确定受火灾结构的温度-时间历程时,可通过调查火荷载密度、燃烧物特性、火扬通风条件、受火空间壁面的热传导特性及灭火过程等,按燃烧规律模拟火作用过程,并按热传导规律推定结构所受的温度及作用的程度。
7.3.4 火灾后钢结构烧灼损伤状况勘查、检测、评定的内容具体为:结构、构件及节点连接的外观变形损伤勘查检测(整体倾斜、挠曲、扭曲,节点连接变形、扭曲、撕裂等)、结构材料性能的劣化损伤检测评估(强度折减、冲击性能折减)、结构受力性能的劣化损伤分析评估(承载能力、变形性能)及防护措施损坏程度勘查检测。实际火灾中的升降温度过程及冷却方式包括消防喷水冷却和空气自然冷却。由于变形的存在,可能会导致承载力降低、刚度降低等。焊接残余应力对疲劳寿命影响显著,钢结构连接设计多数基于内力分析,过去不考虑抗震时,经常存在强构件弱连接的情况,温度作用常会造成节点超载甚至损坏。温度升高到300℃以内时,可不考虑火灾可能引起的螺栓张力松弛、连接面抗滑移系数下降等对结构性能的影响。防火设施主要指防火板。
7.3.5 火灾过程中结构反应分析,应考虑火灾过程中的最不利温度条件和结构实际作用荷载组合,针对主要构件及节点连接,进行结构分析与构件校核。本条意图是考虑火灾过程中由于膨胀、收缩等可能造成火灾区域之外结构构件及连接损坏。通过分析及现状勘查,核对判断是否发生超载、断裂、残余应力、变形等损坏。
7.3.8 对于火灾后钢结构或构件的变形与损伤,如果设计规定不明确,则应参照国家现行相关设计规范进行评定。
8 钢结构系统可靠性鉴定
8.1 一般规定
本章仅针对钢结构体系中主要承载部分的鉴定进行规定,故此采用了钢结构系统的概念,以区别维护结构、吊顶结构等次要结构部分。关于维护结构的检测鉴定,单独于第9章给出。
关于钢结构系统的可靠性鉴定,定义为对钢结构系统的承载安全性、适用性和耐久性的分别鉴定,不进行所谓的结构可靠性综合鉴定。另外,关于钢结构系统的可靠性鉴定,不限于对结构整体的鉴定,当结构的某一部分或单元功能独立,也可仅对该部分进行可靠性鉴定。
关于结构的抗震性能鉴定,虽属于承载安全性鉴定范围,由于相关内容广泛且计算方法相对独立,本标准与其他结构标准类似,将其内容作为独立一章进行规定,具体规定详见第10章。
需要检测鉴定的钢结构系统可分为两大类:一是按正常维护要求需要检测鉴定;二是由于发生事故或灾害需要检测鉴定。
在进行钢结构工程事故后的检测鉴定时,可能有些钢结构体系本身就具有明显的不合理构造,而导致事故发生;还有一些钢结构系统在事故或灾害后已严重损坏,没有进一步维修或加固的价值,这类钢结构系统可通过宏观目测直接定性且给出结论,无须进一步的详细检测鉴定。因而,在实际工作中,宜将钢结构的可靠性鉴定分为两步,通过宏观检查评估,判断钢结构是否已经严重损坏及是否需要进一步进行检测鉴定。为此,本标准将钢结构系统的检测鉴定分为两步,即钢结构系统的检查评估以及检测鉴定,并分别给出各自具体的内容要求。
钢结构系统的检查评估是对钢结构系统整体性的宏观检查与评估,而钢结构系统的检测鉴定是对钢结构系统的详细检测、分析验算和可靠性鉴定。
8.1.1 钢结构系统的宏观检查评估,主要是通过现场目视检查的方法,对结构现状进行初步总体宏观评定,判定结构是否为安全危险结构,或者结构是否具有继续承载的能力,以便为是否需要进一步的详细检测鉴定及是否有价值加固提供初步结论,以免造成不必要的额外工作和经济代价。
钢结构系统的检查评估,虽然不能给出详细的结构鉴定结论,但应该能够根据结构宏观检查的结果给出结构安全性的初步结论,说明结构是否为安全危险结构,或者结构是否有必要进行下一步详细的检测鉴定,以便业主及检测机构的决策。
8.1.2 由于钢结构安全性是首要的,故此,应作为鉴定的强制性条文。
本节中的主要构件和主要节点,是指钢结构系统中处于主要传力路线上的构件和节点,这些构件和节点一旦破坏,结构将发生整体失稳或倒塌破坏。钢结构系统中主要构件和主要节点的确定原则为:
(1)位于结构体系中主要传力路径上的构件和节点,均为主要构件和主要节点;
(2)连接于主要传力支座和柱脚的受力构件均为主要构件;
(3)主要传力支座和柱脚均为主要节点。
8.1.5 关于钢结构的承载能力验算,不同的结构体系,国家现行设计标准的规定各不相同,但均需要按照相应的标准要求进行验算。关于大跨度及空间钢结构,目前尚没有统一的规定,为了安全起见,应补充验算非线性整体稳定性,包括大位移几何非线性分析和大位移弹塑性分析。对于柔性钢结构体系或刚柔组合的钢结构体系,由于其显著的几何非线性特征,应采用非线性分析方法。
对钢结构系统进行可靠性鉴定时,可对钢结构系统的安全性、适用性及耐久性均进行鉴定,也可仅对其中的菜一项或两项进行鉴定。具体鉴定的内容,可由委托方和鉴定机构协商确定。
8 钢结构系统可靠性鉴定
8.1 一般规定
本章仅针对钢结构体系中主要承载部分的鉴定进行规定,故此采用了钢结构系统的概念,以区别维护结构、吊顶结构等次要结构部分。关于维护结构的检测鉴定,单独于第9章给出。
关于钢结构系统的可靠性鉴定,定义为对钢结构系统的承载安全性、适用性和耐久性的分别鉴定,不进行所谓的结构可靠性综合鉴定。另外,关于钢结构系统的可靠性鉴定,不限于对结构整体的鉴定,当结构的某一部分或单元功能独立,也可仅对该部分进行可靠性鉴定。
关于结构的抗震性能鉴定,虽属于承载安全性鉴定范围,由于相关内容广泛且计算方法相对独立,本标准与其他结构标准类似,将其内容作为独立一章进行规定,具体规定详见第10章。
需要检测鉴定的钢结构系统可分为两大类:一是按正常维护要求需要检测鉴定;二是由于发生事故或灾害需要检测鉴定。
在进行钢结构工程事故后的检测鉴定时,可能有些钢结构体系本身就具有明显的不合理构造,而导致事故发生;还有一些钢结构系统在事故或灾害后已严重损坏,没有进一步维修或加固的价值,这类钢结构系统可通过宏观目测直接定性且给出结论,无须进一步的详细检测鉴定。因而,在实际工作中,宜将钢结构的可靠性鉴定分为两步,通过宏观检查评估,判断钢结构是否已经严重损坏及是否需要进一步进行检测鉴定。为此,本标准将钢结构系统的检测鉴定分为两步,即钢结构系统的检查评估以及检测鉴定,并分别给出各自具体的内容要求。
钢结构系统的检查评估是对钢结构系统整体性的宏观检查与评估,而钢结构系统的检测鉴定是对钢结构系统的详细检测、分析验算和可靠性鉴定。
8.1.1 钢结构系统的宏观检查评估,主要是通过现场目视检查的方法,对结构现状进行初步总体宏观评定,判定结构是否为安全危险结构,或者结构是否具有继续承载的能力,以便为是否需要进一步的详细检测鉴定及是否有价值加固提供初步结论,以免造成不必要的额外工作和经济代价。
钢结构系统的检查评估,虽然不能给出详细的结构鉴定结论,但应该能够根据结构宏观检查的结果给出结构安全性的初步结论,说明结构是否为安全危险结构,或者结构是否有必要进行下一步详细的检测鉴定,以便业主及检测机构的决策。
8.1.2 由于钢结构安全性是首要的,故此,应作为鉴定的强制性条文。
本节中的主要构件和主要节点,是指钢结构系统中处于主要传力路线上的构件和节点,这些构件和节点一旦破坏,结构将发生整体失稳或倒塌破坏。钢结构系统中主要构件和主要节点的确定原则为:
(1)位于结构体系中主要传力路径上的构件和节点,均为主要构件和主要节点;
(2)连接于主要传力支座和柱脚的受力构件均为主要构件;
(3)主要传力支座和柱脚均为主要节点。
8.1.5 关于钢结构的承载能力验算,不同的结构体系,国家现行设计标准的规定各不相同,但均需要按照相应的标准要求进行验算。关于大跨度及空间钢结构,目前尚没有统一的规定,为了安全起见,应补充验算非线性整体稳定性,包括大位移几何非线性分析和大位移弹塑性分析。对于柔性钢结构体系或刚柔组合的钢结构体系,由于其显著的几何非线性特征,应采用非线性分析方法。
对钢结构系统进行可靠性鉴定时,可对钢结构系统的安全性、适用性及耐久性均进行鉴定,也可仅对其中的菜一项或两项进行鉴定。具体鉴定的内容,可由委托方和鉴定机构协商确定。
8.2 多高层钢结构可靠性鉴定
8.2.1 结构系统整体性的宏观检查应由有经验的工程师承担。通过快速的宏观检查,对结构系统存在的问题做出初步判断,为进一步开展详细检测鉴定明确工作内容和方向。
关于地基基础沉降、建筑物倾斜的检查,除通过观察建筑物的整体倾斜、墙体及地面裂损反应外,还可以进一步检查与建筑物连接的给排水管道、地下通道、沟隧等连接节点的变形损坏及电梯运行、维修情况,间接地对地基基础变形情况给出初步判断。
8.2.2 对于钢结构的整体性,表8.2.2-1中列出了构件选型和连接,如果设计规定不明确,则应参照国家现行相关设计规范进行评定。
本标准表8.2.2-2与第5.4.2条中规定的主要构件及其连接(节点)评级标准一致。
本标准表8.2.2-2为多高层钢结构“承载安全性”等级的评定方法,按照本标准的定义,钢结构中“主要构件或主要节点”的损伤或破坏会危及结构整体的承载安全性,而“一般构件或一般节点”的损伤或破坏不会危及结构整体的承载安全性。但是,如果按照本标准第5.4.2条的规定评定时,当结构中有“一般构件或一般节点”被鉴定为du级时,虽然这个或这些“一般构件或一般节点”的损伤或破坏不会危及结构整体的承载安全性,仍应该及时对这些“一般构件或一般节点”进行维护、加固或替换,以确保其自身的安全使用,原因在于这些构件或节点的自身安全,也是整体结构安全使用的前提。
8.2.3 对于多高层建筑结构整体变形问题,应区分建筑物现状倾斜(不均匀沉降)变形和风荷载作用下的侧移变形。高层建筑现状倾斜产生的附加弯矩作用,应在分析计算中考虑,建筑物倾斜对适用性的影响与风荷载作用下的侧移变形对适用性的影响性质不同。建筑物现状倾斜(不均匀沉降)变形应是地基基础鉴定评级的范围,不属于本标准考虑的范围。
多高层钢结构在水平风荷载作用下的侧向位移变形的等级,根据理论验算分析结果评定,本条第1款提到的现状检测,是针对墙体、装修等存在的损坏或损伤而言的。
关于风激振动舒适性,通常可分为生理舒适性和心理舒适性两类,本标准舒适性是指生理舒适性。
以上内容如果设计规定不明确,则应参照国家现行相关设计规范进行评定。
8.2.4 多高层钢结构的耐久性鉴定,应先分别评定结构防护现状、防火现状的等级,再根据该两项的评定结果,确定耐久性鉴定等级。表8.2.4-2中的主要构件及主要节点,在多高层钢结构中指:框架梁柱、支撑及其他抗侧构件及连接节点等。表8.2.4-2中构件及节点的耐久性等级按照第5.6节的规定评定。如果设计规定不明确,则应参照国家现行相关设计规范进行评定。
8.3 大跨度及空间钢结构可靠性鉴定
8.3.1 关于大跨度及空间钢结构体系检查评估的主要内容,在实际检测鉴定工作中,对于具体结构状况,可酌情增加或细化。
8.3.2~8.3.4 对于大型复杂空间钢结构系统,通常由于其体系复杂、构件众多、冗余度高,难以分析主要传力路线,也就难以确定结构的主要构件和主要节点,因而,通常主要采用计算的方法,评定结构的安全性等级。
关于主要节点构造的鉴定,如果在抽样检测鉴定中有一个节点构造评定为du级,则这个节点的实际状态就可能危及结构整体的安全,故此,从安全严格要求的角度,就应该将该类节点构造评定为du级。由于检测通常为抽样检测,因此,在有节点构造评定为du级时,应要求扩大节点检测范围,并根据理论计算结果进一步识别主要节点。
对于表8.3.3中结构的整体性,如果设计规定不明确,则应参照国家现行相关设计规范进行评定。另外,如果设计未明确结构整体稳定系数,则应按照国家现行有关标准评定。
8.3.5 大跨度及空间钢结构系统的适用性鉴定,包括结构整体挠曲变形、支座变形或位移两个项目,可通过实测或/和理论计算的方法进行评定。结构的最大容许变形,参照国家现行设计标准确定;支座变形或位移根据经验目测评定。这里的支座变形或位移,包括铰支座的转角范围、滑移支座的可移动行程、弹性支座及抗震支座的功能是否满足要求。
关于结构整体的适用性鉴定,不再包含对构件适用性的鉴定内容。
对于表8.3.5中的变形限值,如果设计规定不明确,则应参照国家现行相关设计规范进行评定。
8.3.6 大跨度及空间钢结构系统的耐久性鉴定,包括结构构件及连接节点表面防护现状和防火现状鉴定。评定方法与多高层结构相同。
8.4 厂房钢结构可靠性鉴定
8.4.1 厂房钢结构系统整体性检查评估,是通过现场观察给出结构可靠性初步鉴定结论,为后续工作提供条件。
8.4.2 根据厂房钢结构系统的特点,可将厂房钢结构系统划分为承重结构、支撑系统和吊车梁结构三个结构系统,厂房钢结构系统的可靠性,针对承重结构、支撑系统和吊车梁结构分别评定。
8.4.4 对单层钢结构厂房和多层钢结构厂房上部承重结构整体性的近似评定,可将单层钢结构厂房划分为若干个平面框排架,将多层厂房整个上部结构按层划分为若干单层子结构,每个子结构按单层厂房的规定评级,再对各层评定结果进行综合评定。在不违反结构构成的前提下,也可采用其他的方法划分子结构进行相应的评定。条文中的构件是指柱、屋架、吊车梁、支撑杆件等。
对于钢结构的整体性表8.4.4中构件选型和连接,如果设计规定不明确,则应参照国家现行相关设计规范进行评定。
8.4.6 在工业建筑的上部结构中,经常会因设备运行带来振动现象,过大的振动会对结构的使用性能造成影响,有时甚至会对结构安全造成影响,为此需要对结构振动影响进行鉴定,本标准附录B专门规定了进行振动影响鉴定的具体要求和方法。
计算厂房或露天栈桥的纵向变形时,可假定吊车纵向水平荷载分配在温度区段内所有柱间支撑或纵向框架上。
8.4.7、8.4.8 支撑结构系统是钢结构厂房的重要组成部分,对厂房安全性、适用性具有很大的影响。应从整体性和构件长细比两方面对支撑结构系统安全性、适用性进行的鉴定评级,由整体性评定支撑布置完整性、支撑杆件形式、节点构造与连接等方面存在的缺陷,由长细比评定支撑结构体系杆件构成等方面存在的问题。
对于支撑构件,如果设计规定不明确,则应参照国家现行相关设计规范进行评定。
8.4.9 吊车梁结构系统安全性应从其整体性和承载安全性两方面进行鉴定评级。由整体性评定吊车梁选型、制动及辅助结构布置、整体构造与连接等方面存在的缺陷,由承载安全性评定吊车梁及其连接节点、制动结构及其连接节点的强度。
对于吊车梁结构,如果设计规定不明确,则应参照国家现行相关设计规范进行评定。
8.4.10 吊车梁结构系统适用性鉴定,本标准考虑了吊车梁结构系统各个功能系统(吊车梁本体、制动结构和辅助结构)对其适用性影响的差异。
8.5 高耸钢结构可靠性鉴定
8.5.1 高耸钢结构体系检查评估的具体内容,在实际工程的检测过程中,可进行适当的修改或细化。
8.5.2~8.5.4 鉴定内容根据高耸钢结构体系的构造特点确定,分三部分分别鉴定,即结构系统的整体性、结构系统承载安全性以及主要构件及主要节点变形损伤。结构系统的承载安全性需要通过计算评定,而其他两项可通过构造和现状观察结果,根据经验评定。
8.5.5 高耸钢结构系统的适用性鉴定,包括结构及构件变形、结构振动加速度的鉴定,可通过实测或/和理论计算的方法进行评定。结构的容许变形、主要构件的容许弯曲、结构的容许转角以及容许振动加速度,均参照设计标准确定。如果设计规定不明确,则应参照国家现行相关设计规范进行评定。当有实测结果时,应优先采用实测结果进行评定。
8.5.6 高耸钢结构系统的耐久性鉴定,包括结构构件及连接节点的表面防护现状等级鉴定。若高耸钢结构的部分区域有防火要求,可参照大跨度及空间钢结构的检测鉴定要求及方法进行评定。
9 围护结构的检测与鉴定
9.1 一般规定
9.1.1 围护结构的鉴定,主要适用于压型钢板屋面与墙面或类似的围护结构。对于不在本标准规定范围内的围护结构体系如玻璃幕墙、石材幕墙等,按照相应的专业标准执行。
9.1.2 围护结构检测鉴定前,应先明确围护结构对主体结构的影响,主要是对影响主体结构可靠性的大面积的围护结构进行界定,这些内容主要包括屋面系统、墙面系统的檩条及面板以及屋面吊顶。
9.1.3 围护结构的工作形态,主要是指不影响结构的整体安全、但会间接影响部分功能的状态,对于已经影响正常使用的维护结构,如屋面漏水、严重锈蚀、局部破坏等问题,必须进行维修。对于地震、大风及火灾后有严重变形或损伤的围护结构,宜直接拆换。
9.1.4 围护结构及其构件属于一般构件,故此,其承载安全性按照一般构件进行评定。
9.1.5 围护结构构件及节点的腐蚀与主体结构相同,故此,其检测与鉴定方法也参照主体结构进行。
一个建筑物或构筑物中,除主体结构外,往往还会有其他的附属结构,围护结构只是其中的一种,虽然附属结构的功能各有不同,但结构的作用和其对主体结构的影响往往相差不多,因而,不属于主体结构的其他附属钢构件及节点,如出屋面钢爬梯、小型设备或水电设备管道钢支架等,均可参照本章的规定进行检测与鉴定。
9 围护结构的检测与鉴定
9.1 一般规定
9.1.1 围护结构的鉴定,主要适用于压型钢板屋面与墙面或类似的围护结构。对于不在本标准规定范围内的围护结构体系如玻璃幕墙、石材幕墙等,按照相应的专业标准执行。
9.1.2 围护结构检测鉴定前,应先明确围护结构对主体结构的影响,主要是对影响主体结构可靠性的大面积的围护结构进行界定,这些内容主要包括屋面系统、墙面系统的檩条及面板以及屋面吊顶。
9.1.3 围护结构的工作形态,主要是指不影响结构的整体安全、但会间接影响部分功能的状态,对于已经影响正常使用的维护结构,如屋面漏水、严重锈蚀、局部破坏等问题,必须进行维修。对于地震、大风及火灾后有严重变形或损伤的围护结构,宜直接拆换。
9.1.4 围护结构及其构件属于一般构件,故此,其承载安全性按照一般构件进行评定。
9.1.5 围护结构构件及节点的腐蚀与主体结构相同,故此,其检测与鉴定方法也参照主体结构进行。
一个建筑物或构筑物中,除主体结构外,往往还会有其他的附属结构,围护结构只是其中的一种,虽然附属结构的功能各有不同,但结构的作用和其对主体结构的影响往往相差不多,因而,不属于主体结构的其他附属钢构件及节点,如出屋面钢爬梯、小型设备或水电设备管道钢支架等,均可参照本章的规定进行检测与鉴定。
9.2 檩条和墙梁的检测与鉴定
9.2.1 国家现行标准关于檩条的制作和安装允许偏差是根据国内外的施工经验和有关资料进行了必要的调整后确定的,因此,检测与鉴定可以此为依据。
9.2.2 考虑到檩条与墙梁的数量较多,因此,参照现行国家标准《钢结构工程施工质量验收规范》GB 50205的规定进行抽检。而对于有损伤或严重锈蚀的,应100%检测。
9.2.3 檩条和墙梁属于基本构件,因此,按照构件的要求进行构件(包括连接节点)的安全性鉴定与等级评定。
9.2.4 檩条和墙梁的适用性鉴定主要是变形等级评定。檩条和墙梁的变形,可根据实测结果或计算结果进行鉴定。
9.3 压型钢板的检测与鉴定
9.3.1 压型钢板系统检测主要包括材料、制作安装偏差、损伤及腐蚀,这些指标将影响压型钢板能否正常使用或是否有必要拆除,同时,压型钢板连接节点的构造与腐蚀状况至关重要。
9.3.2 压型钢板系统面积较大,可参照现行国家标准《钢结构工程施工质量验收规范》GB 50205确定检测单元,按变形缝、屋面、墙面的开间或区格进行划分,可参照国家现行有关标准评定。
9.3.3 压型钢板也属于构件,因此,参照构件的要求进行安全性等级鉴定。
9.3.4 压型钢板系统的适用性主要依据变形,变形过大会引起屋面漏雨问题无法解决,必须更换板材。屋面及墙面板可按照该表格要求执行。
9.4 吊顶结构的检测与鉴定
9.4.1 吊顶结构主要是指有吊顶破坏后带来安全隐患或影响正常使用的结构或构件。鉴定方法与构件相同。
9.4.2 吊顶结构的抽检数量参照围护结构选取,对于有损伤的部位应专项检测,检测面积应取该工程分项面积的100%。
9.4.3 吊顶结构属于构件,可参照构件的要求进行安全性等级鉴定。
9.4.4 吊顶结构的适用性主要依据变形等级鉴定,变形过大影响美观及使用功能。因目前尚无明确规定,因此,采用与檩条相同的限制条件,即放大15%允许变形。
10 钢结构抗震性能鉴定
10.1 一般规定
10.1.1 现行国家标准《建筑抗震鉴定标准》GB 50023中未包括钢结构的抗震鉴定内容。本章规定适用于抗震设防区进行抗震鉴定的钢结构,不包括新建钢结构(含烂尾楼)、古建筑或文物钢结构。抗震设防要求提高指下列三类情况:第一类为设防烈度不变,但设防类别提高;第二类为设防类别不变,但设防烈度提高;第三类为设防烈度和设防类别均提高。对通过超限审查的既有超限钢结构系统,可根据超限审查意见,参考本标准的方法进行抗震性能鉴定。
10.1.2 对既有钢结构进行抗震鉴定时,其抗震设防类别,应根据现行国家标准《建筑工程抗震设防分类标准》GB 50223选取。与钢结构相连的其他结构应按相应标准进行鉴定。
10.1.3 鉴于既有钢结构建造年代不同,设计时采用的设计标准和地震动区划图的版本不同,将导致彼此之间的实际抗震能力有很大差别,为此在进行抗震鉴定时,将其按建造年代不同选用了不同的后续使用年限,以便在抗震能力评定时可根据建造年代不同适当降低评定标准要求。后续使用年限少于50年的既有钢结构建筑,在遭受同样地震影响时,损坏程度将略大于后续使用年限50年的钢结构建筑,但不致倒塌。该划分方法与现行国家标准《建筑抗震鉴定标准》GB 50023保持了一致性。
10.1.4 结构整体抗震性能、结构抗震构造措施、构件和节点承载力及结构整体变形能力是实现国家政策的抗震设防目标的主要因素。本条文突出结构整体抗震性能的重要性,虽将其和抗震构造措施合为第一个鉴定项目,但鉴定时必须首先进行结构整体抗震性能的宏观核查(以下简称整体布置鉴定),若不满足可直接评为抗震不合格,第二个鉴定项目为构件和节点承载力、结构整体变形的验算,应根据本章有关条文的规定进行。
本条正文中“有一定要求的钢结构”,是指符合本标准第10.1.14条规定的钢结构。
10.1.5 鉴定整体布置时,核查竣工图纸与勘查结构现状应同时进行,不得仅根据图纸进行评定。
10.1.6 历史上各种版本的设计和鉴定标准对钢结构的抗震构造措施规定较少,且缺乏渐进性和一致性。为此,本标准对历史上各种版本的相关设计和鉴定标准进行综合后,对各类钢结构的抗震构造措施核查内容分别进行了规定,这些规定不因后续使用年限不同而不同。
10.1.7 抗震鉴定的第二个项目为多遇地震作用下构件与节点的抗震承载力和结构整体变形的综合评定,需要验算的内容应根据现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011的规定采用。
构件和节点的抗震承载力验算中,承载力抗震调整系数γRE根据后续使用年限进行了调整,对后续使用年限大于和等于50年的钢结构,γRE分别取为0.75和0.80,取值与现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011一致;当后续使用年限为40年时或后续使用年限为30年时,上述取值分别乘以0.95和0.90的系数进行了折减,以使后续使用年限30年、40年和50年的房屋具有近似相同的概率保证。R的取值应根据现场的检测结果和原技术文件核定,稳定验算的稳定系数应根据检测结果的屈服强度换算。
多遇地震作用下,结构整体变形验算的评定限值来源于国家现行设计标准。罕遇地震下变形验算的评定标准,只有单层和多高层钢结构在现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011中进行了规定。对未列出规定的结构体系,可根据具体情况进行失效或倒塌模拟分析,以结构在罕遇地震作用下不发生失效或倒塌为鉴定标准。
10.1.8 结构构件和节点在多遇地震作用下的效应组合设计值的核算,基本根据现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011的规定进行计算,但对水平地震作用效应采用抗震性能调整系数进行折算,目的是考虑具有不同延性性能的钢结构体系的塑性发展能力的差异导致内力响应不同的影响。
10.1.9 历史上各种版本的设计和鉴定标准对钢结构截面宽厚比的规定不尽相同,现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011对宽厚比提出了更严格的要求。另外,地震动区划图的版本也在不断更新。为了使历史上采用不同宽厚比限值的钢结构不因仅宽厚比不满足现行标准的限值就评定为不合格,又能充分考虑宽厚比限值严的钢结构其延性性能发挥效果好的有利影响,本条根据宽厚比限值不同对截面进行了分类,以便在鉴定中区别情况灵活对待。同时,可根据不同的宽厚比限值,定义或确定截面的分类。
10.1.10 对板件宽厚比小的塑性铰区段梁柱截面,可考虑地震作用下进入塑性后也不会丧失局部稳定,另外,塑性发展对动力响应会产生一定的折减效应。本条采用水平地震抗震性能调整系数来考虑延性性能好的有利影响。
对板件宽厚比较大的梁柱截面,因其发展塑性变形的能力较差,抗震性能调整系数取2.0,考虑材料强度和结构体系等超强因素后,相当于采用设防烈度地震作用进行验算。
10.1.11 结构整体抗震性能存在缺陷,其灾害性将非常严重,为此,必须保证钢结构体系是完整高效的抗震体系,因此,本条将“整体布置评定为不满足”列为抗震鉴定不满足的标准之一。有些抗震构造措施不满足抗震要求,不一定导致严重后果,为此将其抗震构造的底线放宽到现行国家标准《钢结构设计规范》GB 50017或《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB 50018中全截面有效的规定,是考虑到满足该最低要求,但不满足抗震要求时,可通过采用不同抗震性能调整系数进行第二个项目的鉴定,如果验算评定满足,则仍能保证结构的抗震性能,此时也可评定为抗震鉴定满足。
10.1.12 钢材性能好是抗震性能好的基础,因此,钢材性能的检测评定必须按照本标准第4章和本条的规定严格执行。
10.1.16 对于周边落地的空间网格结构,抗震分析时阻尼比可取0.02,这是对国内外多个钢结构的实测与试验结果经统计分析而得出的数值。当网格结构支承在钢或混凝土结构体系上时,其阻尼比与支承体系的刚度、网格结构矢跨比及网格结构刚度等参数有关,数值变化范围在0.020~0.035之间。关于索结构,根据资料统计可得出,对于无屋面覆盖层的索结构,阻尼比值均远远小于0.01,对于有轻屋面覆盖层的索结构,阻尼比值约为0.01~0.02,有的可达到0.03。此外,阻尼比值与结构中含有不同类型构件单元(如索元、梁元、杆元等)的比例以及构件的材料亦密切相关。偏于安全,本条对于索结构阻尼比取为0.01。
10.1.18 抗震鉴定不满足的钢结构必须进行抗震加固,并保证抗震加固后满足抗震要求或采取有效的抗震减灾对策。
另外,钢结构的建设场地、地基和基础、钢结构体系中混凝土结构的抗震性能,应按国家现行标准的规定进行鉴定。钢结构体系对基础的要求与其他结构体系一致,其抗震鉴定应按现行国家标准《建筑抗震鉴定标准》GB 50023的规定执行。
10 钢结构抗震性能鉴定
10.1 一般规定
10.1.1 现行国家标准《建筑抗震鉴定标准》GB 50023中未包括钢结构的抗震鉴定内容。本章规定适用于抗震设防区进行抗震鉴定的钢结构,不包括新建钢结构(含烂尾楼)、古建筑或文物钢结构。抗震设防要求提高指下列三类情况:第一类为设防烈度不变,但设防类别提高;第二类为设防类别不变,但设防烈度提高;第三类为设防烈度和设防类别均提高。对通过超限审查的既有超限钢结构系统,可根据超限审查意见,参考本标准的方法进行抗震性能鉴定。
10.1.2 对既有钢结构进行抗震鉴定时,其抗震设防类别,应根据现行国家标准《建筑工程抗震设防分类标准》GB 50223选取。与钢结构相连的其他结构应按相应标准进行鉴定。
10.1.3 鉴于既有钢结构建造年代不同,设计时采用的设计标准和地震动区划图的版本不同,将导致彼此之间的实际抗震能力有很大差别,为此在进行抗震鉴定时,将其按建造年代不同选用了不同的后续使用年限,以便在抗震能力评定时可根据建造年代不同适当降低评定标准要求。后续使用年限少于50年的既有钢结构建筑,在遭受同样地震影响时,损坏程度将略大于后续使用年限50年的钢结构建筑,但不致倒塌。该划分方法与现行国家标准《建筑抗震鉴定标准》GB 50023保持了一致性。
10.1.4 结构整体抗震性能、结构抗震构造措施、构件和节点承载力及结构整体变形能力是实现国家政策的抗震设防目标的主要因素。本条文突出结构整体抗震性能的重要性,虽将其和抗震构造措施合为第一个鉴定项目,但鉴定时必须首先进行结构整体抗震性能的宏观核查(以下简称整体布置鉴定),若不满足可直接评为抗震不合格,第二个鉴定项目为构件和节点承载力、结构整体变形的验算,应根据本章有关条文的规定进行。
本条正文中“有一定要求的钢结构”,是指符合本标准第10.1.14条规定的钢结构。
10.1.5 鉴定整体布置时,核查竣工图纸与勘查结构现状应同时进行,不得仅根据图纸进行评定。
10.1.6 历史上各种版本的设计和鉴定标准对钢结构的抗震构造措施规定较少,且缺乏渐进性和一致性。为此,本标准对历史上各种版本的相关设计和鉴定标准进行综合后,对各类钢结构的抗震构造措施核查内容分别进行了规定,这些规定不因后续使用年限不同而不同。
10.1.7 抗震鉴定的第二个项目为多遇地震作用下构件与节点的抗震承载力和结构整体变形的综合评定,需要验算的内容应根据现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011的规定采用。
构件和节点的抗震承载力验算中,承载力抗震调整系数γRE根据后续使用年限进行了调整,对后续使用年限大于和等于50年的钢结构,γRE分别取为0.75和0.80,取值与现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011一致;当后续使用年限为40年时或后续使用年限为30年时,上述取值分别乘以0.95和0.90的系数进行了折减,以使后续使用年限30年、40年和50年的房屋具有近似相同的概率保证。R的取值应根据现场的检测结果和原技术文件核定,稳定验算的稳定系数应根据检测结果的屈服强度换算。
多遇地震作用下,结构整体变形验算的评定限值来源于国家现行设计标准。罕遇地震下变形验算的评定标准,只有单层和多高层钢结构在现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011中进行了规定。对未列出规定的结构体系,可根据具体情况进行失效或倒塌模拟分析,以结构在罕遇地震作用下不发生失效或倒塌为鉴定标准。
10.1.8 结构构件和节点在多遇地震作用下的效应组合设计值的核算,基本根据现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011的规定进行计算,但对水平地震作用效应采用抗震性能调整系数进行折算,目的是考虑具有不同延性性能的钢结构体系的塑性发展能力的差异导致内力响应不同的影响。
10.1.9 历史上各种版本的设计和鉴定标准对钢结构截面宽厚比的规定不尽相同,现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011对宽厚比提出了更严格的要求。另外,地震动区划图的版本也在不断更新。为了使历史上采用不同宽厚比限值的钢结构不因仅宽厚比不满足现行标准的限值就评定为不合格,又能充分考虑宽厚比限值严的钢结构其延性性能发挥效果好的有利影响,本条根据宽厚比限值不同对截面进行了分类,以便在鉴定中区别情况灵活对待。同时,可根据不同的宽厚比限值,定义或确定截面的分类。
10.1.10 对板件宽厚比小的塑性铰区段梁柱截面,可考虑地震作用下进入塑性后也不会丧失局部稳定,另外,塑性发展对动力响应会产生一定的折减效应。本条采用水平地震抗震性能调整系数来考虑延性性能好的有利影响。
对板件宽厚比较大的梁柱截面,因其发展塑性变形的能力较差,抗震性能调整系数取2.0,考虑材料强度和结构体系等超强因素后,相当于采用设防烈度地震作用进行验算。
10.1.11 结构整体抗震性能存在缺陷,其灾害性将非常严重,为此,必须保证钢结构体系是完整高效的抗震体系,因此,本条将“整体布置评定为不满足”列为抗震鉴定不满足的标准之一。有些抗震构造措施不满足抗震要求,不一定导致严重后果,为此将其抗震构造的底线放宽到现行国家标准《钢结构设计规范》GB 50017或《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB 50018中全截面有效的规定,是考虑到满足该最低要求,但不满足抗震要求时,可通过采用不同抗震性能调整系数进行第二个项目的鉴定,如果验算评定满足,则仍能保证结构的抗震性能,此时也可评定为抗震鉴定满足。
10.1.12 钢材性能好是抗震性能好的基础,因此,钢材性能的检测评定必须按照本标准第4章和本条的规定严格执行。
10.1.16 对于周边落地的空间网格结构,抗震分析时阻尼比可取0.02,这是对国内外多个钢结构的实测与试验结果经统计分析而得出的数值。当网格结构支承在钢或混凝土结构体系上时,其阻尼比与支承体系的刚度、网格结构矢跨比及网格结构刚度等参数有关,数值变化范围在0.020~0.035之间。关于索结构,根据资料统计可得出,对于无屋面覆盖层的索结构,阻尼比值均远远小于0.01,对于有轻屋面覆盖层的索结构,阻尼比值约为0.01~0.02,有的可达到0.03。此外,阻尼比值与结构中含有不同类型构件单元(如索元、梁元、杆元等)的比例以及构件的材料亦密切相关。偏于安全,本条对于索结构阻尼比取为0.01。
10.1.18 抗震鉴定不满足的钢结构必须进行抗震加固,并保证抗震加固后满足抗震要求或采取有效的抗震减灾对策。
另外,钢结构的建设场地、地基和基础、钢结构体系中混凝土结构的抗震性能,应按国家现行标准的规定进行鉴定。钢结构体系对基础的要求与其他结构体系一致,其抗震鉴定应按现行国家标准《建筑抗震鉴定标准》GB 50023的规定执行。
10.2 多高层钢结构抗震性能鉴定
10.2.1 关于钢-混凝土混合结构体系中的钢筋混凝土结构的抗震性能,可参照现行国家标准《建筑抗震鉴定标准》GB 50023的规定进行鉴定。
10.2.2 既有多高层钢结构整体布置核查与勘查的内容,是结合本标准第10.1.5条结构整体抗震性能鉴定而提出的。
10.2.3 多高层钢结构整体抗震性能鉴定所列条款,均为多高层结构体系遭受地震时,导致其整体垮塌的主要危险因素。
10.2.4 对不属于第10.2.3条所列不能满足结构整体抗震性能情况的既有多高层钢结构,虽然其整体布置鉴定为满足,但还应按本条规定对其构造的抗震性能进行进一步检测与鉴定,若这些构造不满足规定时,应提出相应对策。进行本条规定的目的是避免因为“不致结构整体或部分破坏失效的抗震构造措施”的不满足而导致太多的“结构抗震鉴定不满足”。以下其他结构体系类同。
10.2.5 既有多高层钢结构构件的抗震构造措施应根据全部检测结果进行鉴定。
本条的板件宽厚比限值的底线与现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011的要求相比进行了适当降低,当构造不符合抗震标准要求时,应通过验算鉴定其抗震承载力。框架柱的长细比关系到结构的整体稳定,必须予以严格控制。梁柱板件的宽厚比是构件局部稳定的保证,受弯构件的板件宽厚比应随截面塑性变形发展的程度而满足不同要求,形成塑性铰后需要实现较大转动者,要求严格,考虑柱子仅在后期出现少量塑性不需要很高的转动能力,可适当放松。对塑性铰以外区域可按现行国家标准《钢结构设计规范》GB 50017的要求设置加劲肋,以减小腹板高厚比。本条中宽厚比限值是参照欧洲标准确定的。偏心支撑框架中的耗能梁段出现塑性的程度较高,板件的宽厚比也适当从严。
10.2.6 本条的构造措施主要为达到以下目的:
(1)应满足强节点、弱杆件要求;
(2)在罕遇地震作用下,有可能进入塑性的节点区域的整体性应有保证;
(3)节点受动荷载的安全性应有保证。
10.2.8 当弹性层间位移角超过本标准限值时,宜通过罕遇地震作用下的弹塑性分析结果对其抗震性能进行进一步评定。
10.3 大跨度及空间钢结构抗震性能鉴定
10.3.3 大跨度及空间钢结构整体抗震性能鉴定的条款,均为大跨度及空间钢结构体系遭受地震时,导致其整体垮塌的主要危险因素。第4款中的单向传力体系指平面拱、单向平面桁架、单向立体桁架、单向张弦结构等形式,空间传力体系指网架、网壳、双向立体桁架、双向张弦结构和弦支穹顶等形式。
10.3.4 对不属于第10.3.3条所列不能满足结构整体抗震性能情况的既有大跨度及空间钢结构,虽然其整体抗震性能鉴定为满足,但还应按本条对其体系构造的抗震性能进行进一步检测与鉴定,若这些体系构造不满足规定时,应提出相应对策。
10.3.5 既有大跨度及空间钢结构构件的抗震构造措施应根据全部检测结果进行鉴定。本条的板件宽厚比限值的底线放宽到现行国家标准《钢结构设计规范》GB 50017或《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB 50018中全截面有效的规定要求,但验算评定其抗震承载力时,应按截面类型取用相应的抗震性能调整系数。构件长细比关系到结构的整体稳定,必须予以严格控制,考虑到抗震标准的不同版本将其限值分为两个版本,否则不满足的工程会太多。
10.3.6 连接节点抗震构造措施应进行图纸、计算书核查和现场勘查,然后经综合分析后进行鉴定。鉴定的主要目的是为防止节点的破坏先于其连接的杆件,实际支座构造要满足计算假定,在罕遇地震作用下支座不脱落。
10.3.7 网架结构、双层及以上网壳结构的计算模型可假定为空间铰接杆系结构,忽略节点刚度的影响,不计次应力;单层网壳结构的计算模型可假定为空间刚接梁系结构,每根杆件要承受轴力、弯矩(包括扭矩)和剪力。刚性索对改善索结构形状稳定性有帮助,可考虑其弯曲刚度的贡献。
10.3.8、10.3.9 采用时程分析法时,输入的地震加速度时程曲线的有效持续时间,一般从首次达到该时程曲线最大峰值的10%的那一时间点算起,到最后一点达到最大峰值的10%为止。不论是实际的强震记录还是人工模拟波形,有效持续时间一般为结构基本周期的5倍~10倍。
大跨度及空间钢结构为振型密集型结构,故采用振型分解反应谱法进行抗震分析时,需要考虑足够多的振型参与计算。对于网架结构宜至少取前10阶~15阶振型,对于网壳结构宜至少取前25阶~30阶振型,以进行效应组合,对于体型复杂或重要的大跨度及空间网格结构需要取更多振型进行效应组合。
当结构采用三向(二个水平和一个竖向)地震波输入时,其加速度最大值通常按1(水平1):0.85(水平2):0.65(竖向)的比例调整。人工模拟的加速度时程曲线,也应按上述要求生成。
进行罕遇地震作用下的承载力验算时,应采用空间结构模型(包括上部和下部结构的协同计算模型)进行弹塑性时程法分析。进行弹塑性时程法分析时,应选择足够的地震波数量,并采用合理的承载力评定方法。
10.4 厂房钢结构抗震性能鉴定
10.4.3 厂房钢结构整体抗震性能鉴定的条款,均为厂房钢结构体系遭受地震时,导致其整体垮塌的主要危险因素。
10.4.4 对不属于第10.4.3条所列不能满足结构整体抗震性能情况的既有厂房钢结构,虽然其整体抗震性能鉴定为满足,但还应按本条对其体系构造的抗震性能进行进一步检测与鉴定,若这些体系构造不满足规定时,应提出相应对策。
10.4.5 对于附属类结构构件的抗震构造,尚应符合现行相关专门标准的规定。
10.4.6 厂房结构体系一般为平面受力结构体系,屋架平面外的整体稳定和地震力的传递均由屋面支撑体系承担,故地震区厂房体系的屋面支撑体系必须严格按本标准的规定进行现场检测与图纸核查,经综合分析后进行鉴定。
10.4.7 厂房结构体系一般为平面受力结构体系,框架柱平面外的整体稳定和地震力的传递均由柱间支撑体系承担,故地震区厂房的柱间支撑体系必须严格按本标准的规定进行现场检测与图纸核查,经综合分析后进行鉴定。
10.4.8 既有厂房钢结构构件的抗震构造措施应全部通过检测结果进行鉴定。构件长细比关系到结构的整体稳定,必须予以严格控制。
10.4.9 既有厂房钢结构柱脚的抗震构造措施应通过检测与图纸核查结果进行鉴定。要保证在罕遇地震作用下柱脚不折断、拔脱,或先于框架柱而破坏。
10.5 高耸钢结构抗震性能鉴定
10.5.1 钢-混凝土混合结构体系中的钢筋混凝土结构的抗震性能,可参照现行国家标准《建筑抗震鉴定标准》GB 50023进行鉴定。
10.5.2 结构整体抗震性能鉴定,应根据各检查项目在具体工程中的符合程度及重要性,并结合工程经验综合判断。
10.5.3 高耸钢结构整体抗震性能鉴定的条款,均为高耸结构体系遭受地震时,导致其整体垮塌的主要危险因素。
10.5.4 对不属于第10.5.3条所列不能满足结构整体抗震性能情况的既有高耸钢结构,虽然其整体抗震性能鉴定为满足,但还应按本条对其体系构造的抗震性能进行进一步检测与鉴定,若这些体系构造不满足规定时,应提出相应对策。
10.5.5 既有高耸钢结构构件的抗震构造措施应全部通过检测结果进行鉴定。本条的板件宽厚比限值的底线放宽到现行国家标准《钢结构设计规范》GB 50017或《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB 50018及其轴心受压时全截面有效的规定要求。对满足D类截面要求的情况,验算评定其抗震承载力时抗震性能调整系数应放大,取2.0;对仍能满足A、B类截面要求的情况,仍可进行延性折减。构件长细比关系到结构的整体稳定,必须予以严格控制。
10.5.6 连接节点抗震构造措施应进行图纸、计算书核查和现场勘查,分析后进行鉴定。鉴定的主要目的为防止节点的破坏先于其连接的杆件,实际支座构造要满足计算假定,在罕遇地震作用下支座不拔脱。
附录A 钢结构性能的静力荷载检验
A.1 一般规定
A.1.2 使用性能检验和承载力检验的对象,可以是实际的结构或构件,也可以是足尺或缩尺模型;破坏性检验的对象,可以是不再使用的结构或构件,也可以是足尺模型。
当需要通过试验检验结构受弯构件的承载力、刚度性能时,或对结构的理论计算模型进行验证时,可进行非破坏性的现场荷载试验。进行现场荷载试验的结构构件应具有代表性,且宜位于受荷最大、最薄弱的部位。缩尺模型应注意考虑模型相似性问题,同时,对模型与实际结构之间在荷载及作用方式、边界约束条件、几何上的差异所引起的受力性能差异应给予充分考虑。
A.1.3 应在采取可靠安全措施的条件下,对结构局部或某一构件进行短期静力加载试验。
A.6 基于试验的设计指标确定
A.6.1 基于试验的承载力设计值,应考虑试验结果的置信概率和作为试件原型的设计可靠度,分别采用考虑结构试件变异性的修正因子kt和基于试验的抗力分项系数γtR来表示。相关理论推导见参考文献[李元齐,王莉萍,沈祖炎,基于试验的试件设计指标合理取值方法研究,建筑结构学报,2013,34(3):11—18]。不同构件类型的几何不定性变异系数及不同材料的强度不定性变异系数可参考在不同材料的基本构件设计可靠度分析中的相应统计结果中得到。作为针对给定目标试验荷载下的承载力设计值验证试验,考虑到目前国内的试验认证资质及体系的现状,本条提出了较严格的要求,即按照一组试验(一般最少3个)中的最小值来确定承载力设计值。如果在试验中能够确认某个试件的试验存在明显的错误而导致其承载力严重低估,可以按要求重新进行新的一组试验。
附录B 钢结构的动力检测
B.0.1 钢结构动力特性和动力响应是两种不同性质的数据,对钢结构进行动力检测,可分为动力特性检测或动力响应检测,必要时可包括两者,应根据不同目的要求,确定相应的检测目标。钢结构动力检测的目的如下:
(1)通过动力特性检测,一般情况下可获取结构自振频率、振型、模态阻尼比,当有特殊要求时,可获取模态刚度、模态质量等结构动力性能参数,可为结构计算模型修正提供依据,为结构损伤判别提供参考依据;
(2)通过动力响应检测,获取结构动力输入处和响应最大处的位移、速度、加速度,为理论分析和采取减振加固措施提供依据。
由于受灾损伤、老化等诸多因素导致钢结构的退化或损伤,必将在结构的静力响应和动力响应(如结构位移、结构频率、结构振动模态等)中表现出来,因此,检测结构的动力特性和动力响应,获取结构的动力参数数据,通过有效的识别方法捕捉结构响应的变化,确定结构的力学性能变化,进而可推测结构是否存在退化损伤以及更进一步的结构退化损伤信息,并给出结构安全状态评估。
另外,当钢结构遇到某种动外力如机械动力、车辆经过的动力、大风等时,某些部位可能会有位移、速度或加速度过大的现象发生,这些现象可能对结构的安全产生影响或引起结构内部人员身体不适,为了解释、评估这种现象对结构安全或人员身体不适的影响程度,以及为了进一步采取减轻这种影响的措施,需要通过动力检测提供可靠的数据依据。
B.0.2 由于动力检测代价昂贵,因此,本条仅列出常见需要进行动力检测的几类结构,实际需要时,可根据要求另行增加或细化。
B.0.3 对于大型复杂结构,单点激励显得能量不够,且在传递过程中损失较大,因此,距激励较远的地方,响应信号较弱,信噪比较小。若增大激励力,则容易产生局部效应过大,造成非线性现象。另外,单点激励时,若激励点正好处于某阶模态的节点位置,对该阶模态来说,系统将成为不可控和不可观的,因此,将无法辨识该阶模态,就会发生漏失模态的现象。对于单输入多输出系统,模态参数辨识一般只利用频响函数矩阵中的一列数据,因此,能提供的信息量有限,影响辨识精度,对模态密集的情况,辨识能力较弱。在下列情况下必须进行多点激励:
(1)重频、密频;
(2)结构巨大,需要大的能量激励;
(3)一激励点为某阶感兴趣模态的节点。
B.0.4~B.0.7 结构动力性能检测应符合下列要求:
(1)设备要求。动力检测试验设备一般包括激振设备、振动控制设备、测量和记录仪器、数据处理设备。体积小、重量轻的激振器可以减小对被测系统的影响。测试量程应合适,若量程设置过大,测试信号过低,信噪比将降低;反之,若量程设置过小,则容易过载。仪器的灵敏度、分辨率若不满足测试要求,将导致错误的测试结果甚至测试无法实施。
(2)测试要求。试验结构的模型可参考国家现行标准的相关要求制作。如果激振点正好选在结构某阶模态的节点上,则该阶模态不能被激发,即使激振点在节点附近,该阶模态的振动信号也很弱。如果激振点正好落在某阶模态的峰点附近,则激振力能有效激起该阶模态。但由于峰点的振动幅度最大,可能超出测量仪器量程范围。激振点的选取有两种方法。根据经验确定,即如果结构有自由端,激振点宜选在自由端附近;如果结构对称,不宜选在结构对称面上。根据试验确定,即在通过经验初步确定的基础上,可选定几个激振点进行激振试验,测量若干个频响函数,观察由哪几个激振点激励所得到的频响函数不丢失重要模态,则此点为最佳激振点。
(3)数据处理要求。时域法可以克服频域法的一些缺陷,特别是对大型复杂结构受到风、浪及大地脉动作用时,在工作中承受的荷载很难测量,但响应信号很容易测得,直接利用响应的时域信号进行参数识别无疑是很有意义的。时域法是将振动信号直接进行识别,最基本、最常用的有Ibrahim时域法、最小二乘复指数法(LSCE法)、多参考点复指数法(PRCE法)、特征系统实现法(ERA法)和时序分析法等。
时域法的主要优点是可以只使用实测响应信号,无须傅立叶变换,因而可以利用时域方法对连续工作的设备例如发电机组、大型化肥设备及化工装置等进行“在线”参数识别。由于时域法参数识别技术只需要响应的时域信号,从而减少了激励设备,大大节省了测试时间与费用,这些都是频域法所不具有的优点。当不使用脉冲响应信号时,缺点也很明显。由于不使用平均技术,因而分析信号中包含噪声干扰,所识别的模态中除系统模态外还包括噪声模态,如何甄别和剔除噪声模态,一直是时域法研究中的重要课题。
频域法可分为单模态识别法、多模态识别法、分区模态综合法、频域总体识别法等。对小阻尼且各阶模态耦合较小的系统,用单模态识别法可达到满意的识别精度。而对模态耦合较大的系统,必须用多模态识别法。频域法的最大优点是利用频域平均技术,最大限度地抑制噪声影响,使模态定阶问题容易解决,但也存在以下不足:功率泄露、频率混叠及离线分析等。
在识别振动模态参数时,虽然傅立叶变换能将信号的时域特征和频域特征联系起来,分别从信号的时域和频域观察,但由于信号的时域波形中不包含任何频域信息,所以,不能把二者有机结合。另外,傅立叶谱是信号的统计特性,从其表达式可看出,它是整个时间域内的积分,没有局部分析信号的功能,完全不具备时域信息,这样在信号分析中就面临时域和频域的局部化矛盾。
由于对非线性参数需用迭代法识别,因而分析周期长,又由于必须使用激励信号,一般需增加复杂的激振设备,特别是对大型结构,尽管可采用多点激励技术,但有些情况下仍难以实现有效激振,无法测得有效激励和响应信号,大型海工结构、超大建筑及超大运输等,往往只能得到其自然力或工作动力激励下的响应信号。
小波分析能将时域和频域结合起来描述观察信号的时频联合特征,构成信号的时频谱,也称为时频局部化方法,特别适用于非稳定信号。
小波分析是傅立叶分析方法的突破性进展,是一种新的时变信号时频两维分析方法。它与短时傅立叶变换的最大不同之处是其分析精度可变,它是一种加时变窗进行分析的方法。在时频相平面的高频段具有高的时间分辨率和低的频率分辨率,而在低频段具有低的时间分辨率和高的频率分辨率,这正符合低频信号变换缓慢而高频信号变化迅速的特点。小波变换比短时傅立叶变换具有更好的时频窗口特性,克服了傅立叶变换中时频分辨率恒定的弱点,因此,它具有能在足够时间分辨率的前提下分析信号的短时高频成分、又能在很好的频率分辨率下估计信号中的低频的优点。但小波分析源于傅立叶分析,小波函数的存在性证明依赖于傅立叶分析,因此,它不可能完全取代傅立叶分析。本质上,小波变换仍是一种线性变换,不能用于处理非线性问题。此外,小波变换分析的分辨率仍有一定的极限,这使得变换结果在某些场合下失去了物理意义。
HHT分析与小波分析等其他方法相比,具有以下特点:
经验模式分解(EMD)能有效处理非平稳信号,在线性框架下,HHT谱与小波谱具有相同的表现特性,但HHT谱在时域内的分辨率高于小波谱。
与傅立叶谱相比,从Hilbert谱中不仅可看出幅值,而且可以看出频率随时间的变化情况,这是傅立叶谱所不能反映的。此外,对非平稳的时程曲线,傅立叶谱的分辨率可能要低一些,而对Hilbert谱来说,因为可以结合频率和时间两个坐标来分析,容易消除一些干扰,有利于提高检索信号的分辨率。
在克服边缘效应后,HHT能较好地处理短时信号。
HHT能客观处理一类非线性问题,所得到的三维谱形能准确地用于波内调制机制,从而反映出系统的非线性变化特性。小波分析难以处理非线性问题。
EMD能较好地分离强间歇信号,而且也是去除高频噪声的最好方法之一。实际应用HHT时,必须克服边缘效应。可参考的结构动力参数识别方法及特点如表4所示。
表4 结构动力参数识别方法及特点
B.0.8 动力有限元模型的修正应符合下列要求:
(1)由于大型土木结构的复杂性,建模过程的各种近似因素及不确定因素,或者在使用过程中出现损伤,使得该动力有限元模型不可避免地含有误差,因此,由动力有限元模型预测的结构响应,一般无法与测量得到的结构响应完全一致,需要通过获取的处于安全使用状态下的结构响应数据,修正结构的动力有限元模型,使得修正后的动力有限元模型可以正确预测结构响应。由修正的结构动力有限元模型预测的结构响应将与测量的结构响应一致,该修正的动力有限元模型将作为判别结构性能的基准。
(2)动力有限元模型的修正过程包括:
模型匹配:使得测量的自由度与有限元模型的自由度相互协调。
相关性指标:比较分析频率与量测频率、模态与测量模态的一致程度,以便决定是否需要模型修正。
(3)选择修正参数,修正参数可分为下面几种类型:
整体系统矩阵的独立元素。
描述整体刚度矩阵中子矩阵按比例变化的参数,子矩阵可以是单元矩阵或描述结构某一有限部分的矩阵。
有限元模型的物理参数(即材料特性或几何特性)。
(4)误差定位:确定有限元模型误差发生的位置。
(5)修正方法:修正方法可分为两类,一类是直接修改结构的总刚度矩阵或总质量矩阵,也可以是修改其中的某些系数,即所谓的直接修正法;另一类是选择一组修正系数,如选择结构的几何尺寸、材料性质、边界条件以及连接刚度等作为修正参数,然后通过修正改组参数的方式,达到有限元模型修正的目的,也称为迭代法。
B.0.9 结构损伤动力识别应符合下列要求:
(1)结构退化/损伤识别系统分为两个过程,一是得到修正的有限元模型,作为结构退化损伤识别的基准;二是根据结构的动力响应,通过识别算法判断结构的力学性能。
(2)结构退化/损伤识别方法可分为两类,非破坏性评估方法、基于振动特性的结构破坏识别方法。非破坏性评估方法,主要应用于检测识别结构部件的局部破坏;基于振动特性的结构破坏识别方法,可以对结构整体的力学性能给出定量评价,从而识别结构整体力学性能的退化或整体结构性能的损伤。
(3)结构退化/损伤识别方法分为以下四级,分别称为a、b、c、d级识别方法(算法):
a级,可以识别已经发生的损伤。
b级,可以识别已经发生的损伤,并且判断损伤发生的位置。
c级,可以识别已经发生的损伤,判断损伤发生的位置,同时估计损伤的程度。
d级,可以识别已经发生的损伤,判断损伤发生的位置,估计损伤的程度,同时预测结构的剩余寿命。
(4)a级识别方法可用于结构频率变化的识别,作为结构退化或损伤的标志;b级识别方法,可用于判断结构是否存在退化或损伤及损伤发生的位置,但前提条件是量测的振型需十分准确。
(5)结构损伤识别方法主要包含破坏因子方法、振型模态曲率方法、振型模态应变能法、柔度变化方法、均匀柔度模态曲率变化方法、刚度变化方法等。考虑到质量矩阵难以实际量测,宜选用破坏因子方法、振型模态曲率方法、振型模态应变能法、刚度变化方法。
(6)结构损伤识别方法包括破坏因子识别方法、振型模态曲率方法、柔度变化方法、均匀柔度模态曲率变化方法和刚度变化方法。
1)破坏因子识别方法(Damage Index Method)。
考虑一个线弹性梁,有限元离散为NE个单元、N个自由度,ψi(z)为结构的第i个振型向量,EI(x)记为梁的弯曲刚度,L记为梁的长度。定义破坏因子如下:
其中:[K]——结构刚度矩阵;
[M]——结构质量矩阵;
{xi}——第i个位移特征向量。
结构有退化或损伤时,特征值问题可写为
其中:*——结构退化或损伤时的相应量。
对梁而言,考虑在点x处作用弯矩M(x),在该点处的变形曲率v″(x)可以写为
其中:EI——梁的弯曲刚度;
v″(x)——变形曲率,可以用作损伤因子。
3)柔度变化方法(Change in Flexibility Method)。
结构没有退化或损伤时,柔度矩阵[F]可以由测量的结构振型计算如下:
其中:{i}——第i个质量归一的振型向量;
[Φ]——振型矩阵,[Φ]=[{1},{
2},…,{
n}];
wi——第i个振动频率;
[Ω]——振型刚度矩阵,[Ω]=diag[w21,w22,…,w2n];
n——测量或计算的模态个数。
同样结构退化或损伤时,相应的柔度矩阵[F]可以由测量的结构振型计算如下:
上式为对向量的绝对值运算,理解为对向量每个元素分别取绝对值,可作为结构退化或损伤指标。
4)均匀柔度模态曲率变化方法(Change in uniform flexibility shape curvature method)。
结构没有退化或损伤时,柔度矩阵[F]可以由测量的结构振型计算如下
同样,结构有退化或损伤时,柔度矩阵可以由测量的结构振型计算如下
其中:*——结构退化或损伤时的相应量。
在所有的自由度上作用单位载荷,此时的结构位移称为均匀柔度矩阵。
[△]可作为结构退化或损伤指标
5)刚度变化方法(Change in stiffness method)。
不考虑结构阻尼,结构没有退化或损伤时,结构特征值问题可写为
其中:[K]——结构刚度矩阵;
[M]——结构质量矩阵;
[Φ]——振型矩阵,[Φ]=[{1},{
2},…,{
n}];
{i}——第i个质量归一的振型向量;
wi——第i个振动频率;
[Ω]——振型刚度矩阵,[Ω]=diag[w21,w22,…,w2n];
n——测量或计算的模态个数。
当结构发生退化或损伤时,假定[K]及[M]的摄动量为[△Kd]及[△Md],结构特征值问题可写为
其中:*——结构退化或损伤时的相应量。
预测结构退化或损伤,可先不考虑质量矩阵的变化,下面的表达式可作为结构退化或损伤的指标
结构退化或损伤前后的刚度矩阵,可由测量的结构振型计算得到
附录C 常见材料的燃点、变态温度
C.0.1~C.0.3 该部分资料引自文献“建筑结构的火灾分析和处理”(段文玺,《工业建筑》,1985.5—7)。
C.0.4 各种钢材由于化学成分及其所经受的一系列加工过程(包括生产轧制、热处理方式、冷加工工艺等)的不同,其常温性能、高温性能以及高温过火对钢材性能的影响均有较大差别。本附录“结构钢”是指钢结构中最常用的普通热轧结构钢,如Q235钢和Q345钢。表中结构钢高温下的屈服强度折减系数,取自现行行业标准《建筑钢结构防火技术规范》CECS 200:2006,高温过火冷却后的屈服强度折减系数,取自文献“损伤累积条件下钢框架结构火灾反应的分析研究”(曹文衔,同济大学博士学位论文,1998年3月)。
普通热轧结构钢在高温下的力学性能有如下特点:
屈服强度和弹性模量随温度升高而降低,且屈服台阶变得越来越小,在温度超过300℃以后,已无明显的屈服极限和屈服平台;
极限强度基本上随温度的升高而降低,但在180℃~370℃温度区间内,钢材出现蓝脆现象(钢材表面氧化膜呈现蓝色),即极限强度有所提高,而塑性和韧性下降,材料变脆;
当温度超过400℃后,强度与弹性模量开始急剧下降,当温度达到650℃钢材已基本丧失承载力。
一般地,普通热轧结构钢在高温过火冷却后的强度降低很小,而经过热处理、冷拔加工得到的高强度钢(如35号钢、45号钢)以及薄壁冷弯型钢在高温过火冷却后强度降低较多。
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