某市人民检察院办公大楼外立面钢廊柱检测鉴定分析

詹学杰 （福建省建筑科学研究院有限责任公司，福建 福州 350000）

0 前言

人民检察院、法院等司法机关办公大楼主入口外立面的通高廊柱一般采用内部钢构架、外干挂石材幕墙的结构形式。本文以在建某市人民检察院主入口外立面钢廊柱施工过程中出现局部晃动的工程实例，通过现场调查和检测，分析处理数据，进行构件鉴定分析，判断钢廊柱产生局部晃动的原因，并提出处理建议。通过本次检测鉴定过程，可为此类钢廊柱的设计、施工提供借鉴。

1 工程概况

该检察院办公大楼现为6层框架结构，房屋总高度约为23.25m，建筑面积约为7079m2。该楼主立面在（4）-（1/C）轴 、（5）-（1/C）轴 、（6）-（1/C）轴 、（10）-（1/C）轴、（11）-（1/C）轴及（12）-（1/C）轴设有六根圆柱形廊柱，建筑平面见图1。经查，该楼外立面廊柱在进行干挂石材板幕墙安装施工至约9m高度位置时，廊柱中已经施工完成的内部钢构架出现局部晃动现象。

图1 一层局部建筑及所检廊柱平面示意图

2 现场调查和检测

2.1 结构布置和连接节点构造

现场检查结果表明，该大楼在（4）-（1/C）轴、（5）-（1/C）轴、（6）-（1/C）轴、（10）-（1/C）轴、（11）-（1/C）轴及（12）-（1/C）轴设置上下贯通一层至五层的通高廊柱，廊柱总高度约为19.50m，外径为1.2m～1.0m（底部～顶部），廊柱上端、下端与房屋主体结构连接。上述廊柱在施工过程中未设置与主体结构相连的侧向支撑。

廊柱现状标准横截面结构平面见图2，除廊柱的主钢柱上、下端与房屋主体结构连接外，廊柱其余幕墙钢龙骨（立柱、横梁等）均未与房屋主体结构连接。

现场检查结果表明，廊柱中核心主钢柱采用现场焊接方钢管柱，边长400mm，壁板厚度为4.75mm，钢材材质为Q345B。主钢柱采用约1.5m长的L型基本板件单元现场竖向错开对抱焊接拼接而成。

图2 廊柱现状标准横截面结构平面示意

廊柱主钢柱与房屋主体结构现状连接节点大样见图3和图4。廊柱中钢龙骨与主钢柱之间及钢龙骨与钢龙骨之间均采用焊接连接。钢廊柱结构及节点现状见图5、图6。

2.2 核心主钢柱平面位置

现场在廊柱半高处量测外围钢龙骨与核心主钢柱平面相对位置，量测结果表明（5）-（1/C）轴、（12）-（1/C）轴主钢柱相对外围钢龙骨存在较严重偏置，见图7。

2.3 主钢柱垂直度

现场采用吊线锤法沿高度分段检测主钢柱柱身垂直度，结果表明（5）-（1/C）轴、（11）-（1/C）轴及（12）-（1/C）轴主钢柱垂直度检测结果较差，其中（11）-（1/C）轴主钢柱局部最大轴线垂直度偏差为H/257，见图8。

图3 廊柱主钢柱上节点连接大样

图4 廊柱主钢柱下节点连接大样

图5 廊柱整体结构现状

图6 主钢柱上节点

图7 主钢柱偏置

图8 （11）-（1/C）轴主钢柱垂直度

3 结构验算

3.1 计算模型

本工程廊柱中仅核心主钢柱上、下端与房屋主体结构连接，其余钢龙骨构件（立柱、横梁等）均未与房屋主体结构连接，钢龙骨完全支承于主钢柱上，即廊柱石材板幕墙荷载、钢龙骨荷载全部作用于主钢柱上，因此对核心主钢柱进行分析验算。

廊柱核心主钢柱上端与主体结构预埋件连接节点采用长圆孔螺栓连接，可不考虑主钢柱上端与主体结构的竖向内力与变形传递，廊柱仅作为一般荷载施加于下端支承处的主体结构上，因此本工程廊柱可不作为结构构件参与主体结构的内力与变形计算，上下两端与主体结构的连接节点可简化为主钢柱的不动铰支座，主钢柱作为独立的简支构件进行分析计算，承受竖向荷载（廊柱自重）和水平荷载（风荷载），按压弯构件考虑，计算简图见图9。

图9 主钢柱计算简图

3.2 计算参数

3.2.1 截面特性

截面规格400mm×400mm×4.75mm（Q345B）焊接方钢管，b类截面；

面积A=7510mm2；

惯性矩Ix=Iy=19556×104mm4；

截面回转半径ix=iy=161.4mm；

截面模量Wx=Wy=977.8×103mm3；

3.2.2 材料特性

抗拉、抗压强度设计值，抗剪强度设计值f=305N/mm2，

弹性模量E=206×103N/mm2。

3.2.3 荷载

恒荷载。廊柱自重（含核心主钢柱、钢龙骨、石材板幕墙）9.44t（94.4kN），线荷载标准值gk=4.8kN/m2；

活荷载（风荷载标准值）：

基本风压值取w0=0.7kN/m2，

地面粗糙度类别B类，迎风宽度1.2m，高度19.5m，风压高度变化系数μz=1.23，风载体型系数μs=0.55，风振系数 βz=1.28，wk=βzμsμzw0=1.28×0.55×1.230.7=0.6kN/m2。

线荷载标准值qk=0.6×1.2=0.72kN/m。

3.3 作用效应计算

主钢柱弯矩、轴力、剪力标准值计算结果见图10。

图10 主钢柱内力图

控制截面取高度中部截面及底部截面，根据现行《建筑结构可靠性设计统一标准》（GB 50068-2018），承载能力极限状态验算时恒载、活载作用分项系数分别取γG=1.3、γQ=1.5，控制截面基本组合的效应设计值计算结果见表1。

控制截面作用组合的效应设计值 表1

3.4 验算结果

3.4.1 强度及整体稳定验算

根据《钢结构设计标准》（GB 50017-2017）第7.1节、7.2节、8.1节及8.2节进行强度及整体稳定验算，因壁板宽厚比等级不满足《钢结构设计标准》（GB 50017-2017）表3.5.1的S3级要求，因此根据该规范第8.1.1条，验算时截面塑性发展系数，验算结果见表2。

控制截面强度及整体稳定验算结果 表2

由表2验算结果可知，核心主钢柱控制截面的强度及整体稳定验算满足要求。

3.4.2 局部稳定验算（板件宽厚比验算）

壁板宽厚比为：

壁板宽厚比超出《钢结构设计标准》（GB 50017-2017）第7.3.1条第3款的要求。

3.4.3 长细比验算

计算长度系数取1.0，计算长度为l0=19.5m，截面回转半径ix=iy=161.4mm。

4 结构分析与鉴定

综合以上分析结果，该工程钢廊柱产生局部晃动的原因可从以下几个方面分析。

①核心主钢柱壁板宽厚比远超处规范限值，不满足要求。

②石材板幕墙安装完毕前，廊柱未能形成圆柱形封闭结构，风荷载作用效应明显增大且更加复杂，导致施工阶段廊柱结构受力状况与安装完成后封闭圆柱体的受力状况存在较大差异，且核心主钢柱相对外围钢龙骨存在不同程度偏置，安装过程会产生荷载偏心，针对上述情况，本工程施工阶段未采取临时支撑等措施，如沿层高设置与主体结构相连的水平拉结件。

③核心主钢柱未采取工厂预制现场吊装方式，而采用1.5m长的L型基本板件单元现场竖向错开对抱焊接拼接而成，现场施工质量难以保证，尤其是柱身垂直度，现场实测也表明部分主钢柱垂直度较差。

④廊柱中仅核心主钢柱上端、下端与房屋主体结构连接，外围竖向通长主龙骨立柱未与主体结构连接，廊柱整体刚度较弱。

5 建议

根据本工程具体情况，提出如下处理建议。

①核心主钢柱四角增设加强角钢，外围竖向通长主龙骨立柱上、下端与主体结构连接，使主钢柱与外围竖向主龙骨组成类格构柱，提高整体刚度。

②考虑风引起的振动，连接节点处的螺栓宜采用双螺母加强连接。

③施工阶段沿层高设置与主体结构相连的水平拉结件，以保证施工阶段的整体稳定性。

此类廊柱虽不是主体承重构件，但因其属高柔构件，位于建筑主立面，有其特殊性，设计施工应从承载力与稳定性、使用阶段与施工阶段等方面进行周密考虑。