某公交候车亭结构安全性鉴定
Structural Safety Appraisal of a Bus Shelter
姜巍①② JIANG Wei；严钟来① YAN Zhong-lai；陶伟① TAO Wei
（①安徽省建筑工程质量监督检测站，合肥 230088；
②安徽省水利部淮委水利科学研究院，合肥 230088）
（①Anhui Provincial Construction Engineering Quality Supervision and Inspection Station，Hefei 230088，China；
②Anhui Province Ministry of Water Resources Huaihe Water Resources Commission Hydraulic Research Institute，Hefei 230088，China）
摘要：公交候车亭作为便民的公交设施，为大家的出行带来了便捷，但近年来其结构的安全问题令人担忧，2018年合肥望江西路公交候车亭垮塌事件就是此类问题的缩影。本文通过对某公交候车亭的检测鉴定和计算分析，对结构安全性做出评价和处理建议，并以此希望引起有关部门对公交设施安全的关注重视。
Abstract: Bus shelters are convenient for everyone's travel, but in recent years their structural safety issues are worrying. The collapse of bus shelters in Wangjiang Road, Hefei in 2018 is the epitome of such problems. This paper evaluates and analyzes the structural safety of a bus shelter, and hopes to cause the relevant departments to pay attention to the safety of public transportation facilities.
关键词：公交车候车亭；检测；安全性；鉴定；处理建议
Key words: bus shelter；detection；safety；identification；treatment suggestion
中图分类号：TU391 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2019）25-0183-02
0 引言
公交候车亭具有为乘客提供暂时歇息、遮阳、避风雨等功能，是与公交站牌相配套的交通设施。作为便民的公交设施，其质量与安全是最基本要求，但近年或多或少的发生公交候车亭自身结构破坏和安全事故，造成了这些破坏和事故的问题因素很多，例如未经正规结构设计造成结构的不合理、施工单位为了获取更多的利益而偷工减料以及监管力度不严等等。2018年1月4日安徽合肥望江西路的公交候车亭大量垮塌事件正是近年公交候车亭结构安全质量问题的一个缩影。本文结合工程实例，阐明陈述公交候车亭的检测鉴定和计算分析，并对结构安全性做出评价和提出处理建议。
1 工程概况
某公交候车亭为钢结构拼装体系，高约2.8m，总长约13.4m，顶棚宽为1.5m。该公交候车亭所使用的钢构件均由施工单位依据图纸要求统一采购成品件在现场进行制作安装，工程于2017年11月施工完成，但未办理任何相关验收等手续。2018年1月4日合肥市普降暴雪以及望江西路公交候车亭垮塌事件的发生，有关部门立即对该公交候车亭顶棚前横梁处加设竖向钢管以作加固支撑，以防止安全事故发生。鉴于该候车亭地处闹市区，为保证其在使用过程中的结构安全、可靠，故对其结构安全性进行检测鉴定和评价。
2 现状的调查与检测
依据提供的安装图纸对公交候车亭进行核对，经核查基本按图纸安装施工，整体结构未出现明显锈蚀现象，表面防腐漆膜保存完好，但在核查检测的过程中发现较多问题，具体问题如下：
①顶棚与主横梁连接节点所使用的内六角螺栓缺失或松动、未拧紧，连接板翘曲变形；支撑牛腿与中纵梁连接处已脱焊；顶面阳光板部分区域内凹变形，造成积灰较严重，影响美观和正常使用。
②通过对基础的开挖，发现该基础采用不规则的土坑为模板浇筑，造成基础整体呈现上大下小的情况，测得基础宽度尺寸在580-670mm之间，至基础顶面深度约为700mm左右，与提供的基础图纸不符，同时基础侧表面不平整、粗糙以及出现部分镂空未浇筑完全的现象。
③在候车亭前悬挑处设有额外竖向支撑的情况下，采用全站仪直接测量钢立柱的顶点侧向位移，检测发现5根钢立柱顶点均向西侧偏移，偏移在9.0mm～13.0mm不等，但未超出《民用建筑可靠性鉴定标准（GB 50292-2015）》[1]表7.3.10所列的限值要求。在前悬挑处设有额外竖向支撑未拆除的情况下，测得主横梁前悬挑和后悬挑高差在27.0mm至41.0mm不等，且均为前悬挑下挠。
3 结构承载力复核验算
根据现场实测情况，依据《钢结构设计标准（GB50017-2017）》[2]和《建筑结构荷载规范（GB50009-2012）》[3]等现行标准、规范，对公交候车亭的主体结构承载力进行计算分析。钢板及型钢材质按Q235钢取。计算建模时，假定结构使用年限为25年，结构安全等级为二级，结构重要性系数取1.0。合肥地区抗震设防烈度：7°。地基基础：丙级。地面粗糙度：B类。
3.1 荷载信息
①自重：钢结构容重78.5kN/m3，混凝土容重24kN/m3。
②基本风压：0.4kN/m2（R=100年）。
③基本雪压：0.7kN/m2（R=100年）。
④人员推力：根据《建筑结构荷载规范》第5.5.2条，按水平荷载1.0kN/m取值，加载位置按距离地面（±0）1.5m位置处计算立柱及基础，简化为集中力按0.5kN取值。
⑤荷载组合：结构计算按承载力极限状态进下作用的基本组合，分别考虑雪荷载、风荷载为主要控制活载，荷载组合为：①Sd=1.2G（恒）+1.4S（雪）+0.6×1.4W（风）+0.7×1.4T（人）；②Sd=1.2G（恒）+1.4S（风）+0.7×1.4W（雪）+0.7×1.4T（人）。
基础计算按正常使用极限状态下作用的标准组合，荷载组合为：Sd=G（恒）+S（雪）+0.6W（风）+0.7T（人）。
3.2 计算结果
采用有限元软件建立计算模型，立柱、横梁、纵梁采用梁单元模拟，立柱与立柱、横梁与横梁的节点连接均按刚性连接考虑；阳光板采用板单元模拟。立柱风荷载按竖向均布荷载加载，人员推力按集中力加载，顶板风荷载、雪荷载均按面荷载加载。板面荷载通过边纵梁传递荷载到立柱顶板悬挑主横梁，边纵梁与悬挑主横梁通过弹性连接进行荷载传递。
3.2.1 强度及稳定性计算
通过计算分析，在两种工况下，结构最大强度应力265MPa＞f=215MPa，公交候车亭结构强度不满足要求。结构最大稳定应力比1.54＞1，公交候车亭结构稳定不满足要求。
3.2.2 刚度计算
通过计算分析，结构最大竖向变形18.7mm，其中悬挑横梁前端下挠14.3mm，挠跨比14.3/（1000×2）=1/140＞1/250，变形超限，而实际中悬挑横梁前端下挠远超过计算值。
3.3 结论
通过建模计算分析，公交候车亭钢结构的强度、刚度和稳定性均不满足《钢结构设计标准（GB50017-2017）》的要求；同时柱下独立基础应力也不满足要求。
4 鉴定评论
4.1 构件安全性等级评级
综合现场调查和检测结果，按承载能力、构造以及不适于承载的位移或变形等检查项目，对钢结构构件的安全性等级进行评定，评定结果见表1。
4.2 子单元安全性鉴定评级
地基基础。根据对基础的现场检测，基础存在整体呈现上大下小的情况以及侧表面不平整、粗糙以及部分镂空未浇筑完全的现象，同时复核计算基础应力不满足要求。
故评定地基基础的安全性等级为Du级。
上部承重结构。根据钢结构的承载功能、结构整体性和结构的侧向位移，对钢结构的安全性鉴定进行评级。
钢结构承载功能方面：钢柱构件安全性等级为bu，钢梁构件安全性等级为du，评为Du级。
结构整体性方面：结构布置和构造布置合理，形成完整的系统，基本符合国家现行设计规范要求，评为Bu级；支承系统布置合理，形成完整的支撑系统；构件长细比及连接构造符合现行设计规范要求，但存在一定的施工缺陷，评为Cu级；结构、构件间的联系连接方式基本正确，但构件之间连接存在螺栓松动或缺失施工缺陷，评为Cu级。
结构侧向位移方面：钢柱构件存在侧向倾斜变形，评为Bu级。
综合所包含结构承载功能（主要构件和一般构件）安全性等级、结构整体性等级和结构侧向位移等级，上部承重结构（子单元）的安全性等级评为Du级。
4.3 鉴定单元安全性鉴定评级
根据《民用建筑可靠性鉴定标准（GB50292-2015）》第9.1.2条规定，故该鉴定单元的安全性等级应评为Dsu级。
鉴于该候车亭结构强度、刚度和稳定性均不满足现行规范要求以及基础应力不满足要求，同时存在较多的施工缺陷问题，实际情况已造成该结构和构件不安全，应立即采取处理加固措施，以防止安全事故的发生。
5 处理建议
结合检测情况和结构计算结果，提出以下建议：①前端悬挑横梁和顶盖方钢加大截面尺寸。②上、下柱连接采用自锚式螺栓连接，且上下柱截面直接突变，不满足刚性柱连接的构造要求，节点连接刚度较弱，同时自锚式螺栓缺少固定端，存在连接失效的风险，故需对上下立柱节点加固。③基础尺寸绑宽，将原基础全部挖出，形成纵向长度1m，横向宽度为2m的土坑，浇筑C30的混凝土对原基础进行外包，同时对原基础向机动车道侧方向进行植筋。④对加固整改后的结构进行定期检查和维护保养。
6 结语
大型的公共建筑安全已得到全社会的关注和重视，但为何小小的公交候车亭却没有？请大家不要忘记结构安全也是与人民生命财产息息相关的，为何非要等到造成重大的安全事故和恶劣的社会影响后，才进行反思谴责和追责。通过对公共建筑物结构的安全检测鉴定，不仅仅是为了发现质量安全隐患问题，最主要的是如何有效地解决安全质量问题和避免日后此类问题的再次出现，同时也为施工管理水平敲响警钟。
参考文献：
[1]中华人民共和国国家标准.GB50292-2015，民用建筑可靠性鉴定标准[S].北京：中国建筑工业出版社，2015.
[2]中华人民共和国国家标准. GB700-2006，碳素结构钢[S]. 北京：中国国家标准化管理委员会，2007.
[3]中华人民共和国国家标准. GB50017-2017，钢结构设计标准[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2018.
[4]中华人民共和国国家标准. GB50009-2012，建筑结构荷载规范[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2012.
[5]李卓，姚湘，肖志高.基于长株潭城市一体化公交设施的体验设计研究[J].价值工程，2015，34（03）：103-104. |
