體育場(chǎng)館類結(jié)構(gòu)典型問題及檢測(cè)鑒定案例

體育場(chǎng)館類結(jié)構(gòu)典型問題及檢測(cè)鑒定案例01引言2023年7月23日，齊齊哈爾市第三十四中學(xué)體育館發(fā)生坍塌，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)初步調(diào)查，該事故發(fā)生的主要原因是體育館毗鄰的教學(xué)綜合樓施工過程中，施工單位違規(guī)將珍珠巖堆置體育館屋頂，受降雨影響，珍珠巖浸水增重，導(dǎo)致屋頂荷載增大引發(fā)坍塌。體育場(chǎng)館一般需要提供足夠的空間來容納觀眾和運(yùn)動(dòng)員，因此通常采用大跨度結(jié)構(gòu)，常見的結(jié)構(gòu)類型包括懸索結(jié)構(gòu)、桁架結(jié)構(gòu)以及網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。大跨度空間結(jié)構(gòu)本身的特點(diǎn)就導(dǎo)致其施工難度較常規(guī)結(jié)構(gòu)更大，疊加復(fù)雜的使用環(huán)境、作用荷載，應(yīng)對(duì)其結(jié)構(gòu)安全性予以高度重視。中冶檢測(cè)認(rèn)證有限公司曾對(duì)多種體育場(chǎng)館結(jié)構(gòu)開展檢測(cè)鑒定工作。本文結(jié)合相關(guān)工程案例，對(duì)體育場(chǎng)館類結(jié)構(gòu)存在的問題做一個(gè)簡(jiǎn)要的梳理。02

體育場(chǎng)館典型問題01設(shè)計(jì)安全富裕度不大2000年后，體育場(chǎng)館大跨空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)項(xiàng)目多采用EPC（設(shè)計(jì)、采購(gòu)、施工總承包）模式，為了降低造價(jià)節(jié)省成本，通常進(jìn)行桿件滿應(yīng)力設(shè)計(jì)（桿件應(yīng)力比達(dá)0.9以上），以節(jié)省材料。比如很多體育場(chǎng)館的大跨度結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)時(shí)，除了上部防水、保溫重量和積雪、檢修荷載，剩余的使用荷載預(yù)留很少，可能給裝修吊頂或者燈具預(yù)留點(diǎn)荷載，一般不超過每平米50kg，有的甚至不超過每平米20kg。02施工缺陷多體育場(chǎng)館大跨度空間結(jié)構(gòu)在施工和使用過程中會(huì)出現(xiàn)各種缺陷和損傷，如支座傾斜變形或偏心、支座滑移方向錯(cuò)誤、支座支座脫開未焊接、桿件缺失、桿件彎曲變形、桿件開裂、桿件連接節(jié)點(diǎn)脫開與松動(dòng)等。這些損傷不但影響外觀，還影響構(gòu)件受力甚至引發(fā)安全事故。03使用運(yùn)維方面網(wǎng)架桿件在設(shè)計(jì)時(shí)只考慮受拉或者受壓，不能受彎，故上部堆積荷載或者下部懸掛荷載都應(yīng)作用在節(jié)點(diǎn)球上，不能直接落在網(wǎng)架桿上，否則就會(huì)容易發(fā)生失穩(wěn)破壞。耐久性損傷也是體育場(chǎng)館結(jié)構(gòu)服役期間經(jīng)常面臨的問題，尤以游泳館鋼屋架的銹蝕問題最為凸出。由于大跨度空間結(jié)構(gòu)桿件多為薄壁構(gòu)件，銹蝕引起的截面削弱、承載力降低較常規(guī)鋼結(jié)構(gòu)更加嚴(yán)重。此外，體育場(chǎng)館下部混凝土結(jié)構(gòu)也會(huì)出現(xiàn)鋼筋銹蝕、混凝土脫落等耐久性損傷。在使用期間，體育場(chǎng)館可能需要進(jìn)行屋面光伏改造或增設(shè)管道、燈具等，由于構(gòu)件設(shè)計(jì)承載力富裕度不高，增大的荷載很有可能導(dǎo)致構(gòu)件超載使用，增大安全隱患。故增大作用荷載前應(yīng)進(jìn)行檢測(cè)鑒定確認(rèn)方案的安全性和可行性（西班牙圣伊納西奧體育中心就因?yàn)榘惭b過量的光伏設(shè)備導(dǎo)致屋面發(fā)生整體坍塌）。部分體育場(chǎng)館在受到外部荷載作用時(shí)，可能會(huì)發(fā)生振動(dòng)或共振現(xiàn)象，如果振動(dòng)幅度過大或共振頻率與結(jié)構(gòu)固有頻率接近，可能會(huì)導(dǎo)致人體不適或結(jié)構(gòu)破壞，此時(shí)應(yīng)進(jìn)行振動(dòng)專項(xiàng)鑒定并采取振動(dòng)控制措施。03

體育場(chǎng)館檢測(cè)鑒定典型案例案例一游泳館某游泳館建于1996年，屋蓋結(jié)構(gòu)形式為螺栓球鋼網(wǎng)架，由于長(zhǎng)期處于高溫、高濕、高氯離子的服役環(huán)境中，其存在下列問題：1、局部網(wǎng)架桿件及檁條嚴(yán)重銹蝕，部分網(wǎng)架桿件銹斷；2、部分網(wǎng)架桿件彎曲變形。圖1整體狀況

圖2部分桿件銹斷圖3屋面檁條銹蝕圖4部分桿件變形案例二體育場(chǎng)看臺(tái)某體育場(chǎng)看臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)建于2010年，其主體采用拱支管桁架結(jié)構(gòu)，南北向設(shè)計(jì)軸線尺寸為175.000m，東西向設(shè)計(jì)軸線尺寸為26.508m。圖5支座滑移方向錯(cuò)誤圖6檁條支撐立柱連接質(zhì)量差圖7

桿件嚴(yán)重偏心由于施工缺陷導(dǎo)致結(jié)構(gòu)安全性不滿足國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，主要問題如下：1、實(shí)際墻拱支座滑移方向與支座設(shè)計(jì)滑移方向不一致，改變結(jié)構(gòu)整體受力；2、個(gè)別節(jié)點(diǎn)原設(shè)計(jì)為焊接球節(jié)點(diǎn)，實(shí)際采用相貫節(jié)點(diǎn)；3、大量節(jié)點(diǎn)連接處的桿件嚴(yán)重偏心；4、節(jié)點(diǎn)連接處焊接質(zhì)量差。案例三田徑館某田徑館建于上世紀(jì)60年代，主體結(jié)構(gòu)為42米跨度的桁架式門式剛架，并中部和兩端第二開間設(shè)有上弦橫向水平支撐，在屋架1/２跨度和端部處設(shè)有通長(zhǎng)垂直支撐，和檁條、拉條一起組成屋蓋結(jié)構(gòu)。該場(chǎng)館主要存在以下問題：1、個(gè)別屋架和檁條隨意設(shè)置吊繩或吊環(huán)（額外荷載），造成屋架和檁條二次受力，部分拉條已發(fā)生彎曲變形；2、屋頂四個(gè)角和山墻多處有水印，有屋面漏水的痕跡；3、屋架下弦未設(shè)置任何橫向和縱向支撐，下弦支撐系統(tǒng)偏弱。圖8場(chǎng)館整體布置

圖9屋架隨意增設(shè)吊環(huán)案例四網(wǎng)球館某網(wǎng)球館由現(xiàn)澆混凝土框架和鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架組成，項(xiàng)目于2012年完工，鑒定發(fā)現(xiàn)其結(jié)構(gòu)存在以下問題：1、個(gè)別網(wǎng)架桿件彎曲變形；2、局部網(wǎng)架桿件套筒松動(dòng)；3、混凝土樓板滲水。圖10

桿件彎曲變形

圖11

套筒松動(dòng)圖12混凝土樓板滲水案例五籃球館某籃球館由現(xiàn)澆混凝土框架和鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架組成，項(xiàng)目于2012年完工，鑒定后發(fā)現(xiàn)屋架結(jié)構(gòu)66根桿件長(zhǎng)細(xì)比超限，5根桿件應(yīng)力比超限。圖13屋架桿件驗(yàn)算結(jié)果案例六風(fēng)雨操場(chǎng)網(wǎng)架某學(xué)校風(fēng)雨操場(chǎng)為拱形正放四角錐鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，節(jié)點(diǎn)均為焊接空心球節(jié)點(diǎn)。屋面為壓型鋼板夾心板。業(yè)主擬對(duì)其進(jìn)行改造，結(jié)構(gòu)荷載有所變化，故對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)鑒定，鑒定結(jié)果表明：原網(wǎng)架結(jié)構(gòu)滿足國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求，裝修改造后部分網(wǎng)架結(jié)構(gòu)桿件承載力不滿足要求。圖14

風(fēng)雨操場(chǎng)布置圖15

網(wǎng)架計(jì)算模型案例七門球館與射箭館某門球館與射箭館由現(xiàn)澆混凝土框架和鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架組成，項(xiàng)目于2012年完工，鑒定發(fā)現(xiàn)其結(jié)構(gòu)存在以下問題：1、個(gè)別網(wǎng)架桿件彎曲變形，且桿件承載力不滿足要求；2、結(jié)構(gòu)頂板漏水。圖16

網(wǎng)架桿件變形圖17

結(jié)構(gòu)頂板漏水案例八綜合體育場(chǎng)某綜合體育場(chǎng)建于2009年，屋面采用了弦支穹頂鋼結(jié)構(gòu)，直徑為122米，屋蓋矢高為12.2米，該弦支穹頂結(jié)構(gòu)體系由上部單層網(wǎng)殼和下部弦支索桿體系構(gòu)成。鑒定發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)存在如下問題：1、部分構(gòu)件與設(shè)計(jì)尺寸不符；2、鋼結(jié)構(gòu)涂層均不滿足設(shè)計(jì)要求。圖18

結(jié)構(gòu)布置圖19屋蓋結(jié)構(gòu)驗(yàn)算結(jié)果案例九乒舉館某乒舉館建于1998年，結(jié)構(gòu)形式鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，由于一層舉重運(yùn)動(dòng)員在訓(xùn)練時(shí)，杠鈴落地使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生振動(dòng)，并對(duì)其下面的地下室結(jié)構(gòu)及其上面結(jié)構(gòu)的使用產(chǎn)生影響，故對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)鑒定。鑒定結(jié)果表明：1、樓板振動(dòng)最大加速度值2.8m/s2，超過國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO2631的人體非常不舒適性限值1，會(huì)對(duì)館內(nèi)工作人員造成較大的不適感覺；2、由于地下室頂板的振動(dòng)，也導(dǎo)致樓板與縱隔墻（填充墻）連接部位出現(xiàn)裂縫和墻皮脫落現(xiàn)象；3、混凝土樓板存在收縮裂縫。圖20

振動(dòng)測(cè)試結(jié)果圖21

樓板開裂滲水案例十滑冰館某滑冰館由現(xiàn)澆混凝土框架剪力墻和鋼結(jié)構(gòu)屋架組成，建于2005年。2013年3月，在一場(chǎng)大雪過后，由于屋面積雪及屋面漏水保溫棉吸水導(dǎo)致屋面局部塌陷，壓型鋼板保溫層下滑，C型鋼檁條和其下圓管立柱傾覆、折斷，網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)部分桿件發(fā)生嚴(yán)重變形。其鑒定結(jié)果表明：1、130根屋架桿件承載力不滿足國(guó)家設(shè)計(jì)規(guī)范要求；2、變形的屋架桿件在螺栓球連接處有螺栓和螺母松動(dòng)現(xiàn)象。圖22

屋架驗(yàn)算結(jié)果圖23

上弦桿變形圖24下弦桿變形圖25屋面板