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上海某农产品批发市场混凝土框架结构火灾后检测报告

2018-12-04 18:02:29 结构检测中心 阅读

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  上海某农产品批发市场混凝土框架结构火灾后检测报告

 

  【摘要】某农产品批发市场遭受火灾后,结构损伤严重。通过现场残留物的形态推定火灾范围和火灾温度场,并根据混凝土、钢筋等材料灾后性能测试结果,对构件和结构做出损伤等级评定,并依据评定结果提出结构加固方案。

 

  1.检测概述

  上海某农产品批发市场,建于 1999年,1层混凝土框架结构,用途为农产品交易、批发。市场分若干交易区,本次火灾区为猪肉交易厅和干货交易区,本次受委托检测范围为猪肉交易区,建筑面积约 5600m2。经火灾后,主体结构受损严重,为了解火灾后结构的损伤状况和结构现状,受委托对该房屋进行火灾后结构安全检测鉴定,并为后续改造设计提供技术依据。本次受委托检测鉴定区域为猪肉交易厅,检测范围平面图见图 1-1~图 1-3。

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  2.房屋概况

  上海某农产品批发市场猪肉交易厅,因使用需要,于 2002年和 2010年进行过改造,2002年改造主要内容为:增加悬挂猪肉用钢平台( 2.5m标高处),钢平台支承于原混凝土框架柱上。

  2010年主要改造内容为:根据疏散要求新增加大门;在原有猪肉市场内设置保温板墙体及保温板吊顶,形成封闭式猪肉市场冷链。四周和顶部(顶部吊顶标高为 5.000米)均重新安装 PU夹心保温板,屋顶新增设备处,屋面梁粘贴碳纤维加固。

  通过对房屋进行基本情况的调查,了解房屋的基本概况、主要结构特征、图纸资料情况、房屋周围环境、历史维修使用情况等见表 2-1,现场建筑平面图见图 2-1。

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  3.现场检测情况

  3.1火灾现场调查及火场温度判断

  火灾后现场调查与勘察的内容包括:大火燃烧范围与位置,燃烧时间,可燃物质,灭火或熄火方式,大火后现场残留物变形形态以及结构构件的变形形态,收集判定火灾曾经产生的最高温度的依据。

  大火燃烧范围与位置:起火区位于东侧干货交易厅,大火通过中间不到顶隔墙顶蔓延至猪肉交易厅。猪肉交易厅四周和吊顶设有 PU保温板,PU保温板着火后猪肉交易厅形成火灾。

  本次现场检测开始时间距离火灾发生时间约 6个月,根据现场检查结果,火灾现场已经清理干净,除了结构本身构件保留外,火灾残留物较少。根据甲方反映,猪肉交易厅主要着火物为四周和吊顶 PU保温板,吊顶处保温板燃烧后对楼面梁、板、上部柱造成一定影响,因地面无可燃物,钢平台基本未过火。

  燃烧时间:从 20时 30分干货交易厅起火到次日凌晨结束,猪肉交易厅着火时间大概在当时 21点以后。

  可燃物质:PU保温板,该保温板设于猪肉交易区四周和吊顶( 5m标高处),主要材质为聚氨酯发泡材料。

  灭火方式:消防水。

  结构构件形态:采光顶附近、和干货交易厅相邻区域部分屋面板底粉刷层脱落、表面混凝土局部脱落、钢筋外露、表面土黄;大部分区域屋面板、梁、柱上部表面粉刷层脱落、表面细微裂缝、呈暗红色;其余区域屋面板、梁、柱表面粉刷层开裂、熏黑,凿除粉刷层后,表面颜色正常;除和干货交易厅相连处墙体上部粉刷层外,其余处墙体表面熏黑;采光顶处钢网架、钢梁、彩钢板均已严重变形、节点损坏、脱落;外墙卷帘门基本完好;因现场经过清理,未发现残留物。

  基于现场调查得到的火场特征,综合判断认为,因吊顶和四周保温板着火,检测范围内其余区域无燃烧物,所以过火区域主要为猪肉交易厅屋面板、梁和吊顶内混凝土柱,其余区域如钢平台主要为室内高温、柱变形等产生的影响。

  根据现场检查判断,因采光顶作用主要为采光、通风,室内着火后,采光顶成为主要通风口,该处火势较大,且烧灼时间相对较长;因起火区域为东侧相邻干货交易厅,后蔓延至且猪肉交易厅,因此猪肉交易厅东侧结构火势较大,且烧灼时间相对较长。

  根据规范和现场实测结果推定,表面粉刷层脱落较小或无脱落的构件表面温度一般在 300℃左右;表面粉刷层脱落较多,有细微裂缝的构件表面温度一般在 500℃左右;表面混凝土脱落,钢筋外露的构件表面温度一般在 700~800℃左右。构件内部温度随着深度递减,保护层内钢筋温度一般比构件表面温度降低 100℃左右。

  3.2现场结构完损检测

  3.2.1围护系统

  1)门窗系统

  现场检查,猪肉交易厅内无窗户,南、北立面设有卷帘门,因卷帘门离着火区较远,因此,卷帘门未受明显影响、基本完好。

  2)墙体

  填充墙体为多孔砖,主要为四周外墙,室内无填充墙体和隔断。四周墙体表面贴有磁砖,经现场检查,除局部墙体上部磁砖脱落外,大部分墙体表面被熏黑。

  3)屋面 屋面未过火,除采光顶被烧坏外,屋面表面未见明显损伤。

  3.2.2主体框架和钢平台

  根据现场检查检测,房屋受损构件主要为屋面梁、板和原吊顶以上柱,以及因高温导致材料变形的部分钢平台梁。

  因为采光顶受损后通风,该处四周构件受火灼烧时间较长,受损相对严重。另外因东侧干货交易区着火严重,且火势从干货交易厅蔓延至猪肉交易厅,导致和干货交易厅相邻区域构件受损严重。

  受损相对较严重区域屋面板底混凝土脱落、钢筋外露,个别混凝土梁底混凝土脱落。其余区域大部分屋面板底和梁表面粉刷层脱落,小范围屋面板底和梁表面粉刷层被熏黑。大部分柱上部粉刷层脱落,下部较完好。个别钢平台梁变形严重,部分钢平台主梁和混凝土柱连接节点损坏,大部分钢梁表面未见明显损坏。

  屋面板底面层混凝土脱落、钢筋外露区域,大部分混凝土表面颜色为土黄,表面混凝土敲击声发闷;表面粉刷层脱落的梁、柱、板底表面颜色为暗红,表面混凝土敲击声较发闷或较发亮;表面粉刷层开裂但未脱落的梁、柱、板底敲除粉刷层后,表面颜色为正常混凝土灰色,混凝土敲击声较响亮。

  梁、柱、屋面板等裂损现状详见图3-1~3-4。

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  3.3建筑、结构状况检查与复核

  在委托方及有关方面配合下,查阅了房屋施工图纸并进行房屋使用情况的调查,对房屋结构布置进行了现场检查。

  现场对房屋结构轴线以及柱、梁、楼板、墙体的布置、楼层层高、钢筋配置等进行了复核,结果表明房屋建筑、结构布置和做法与原施工图纸基本相符。

  3.4结构材性检测

  3.4.1混凝土强度、碳化情况检测

  现场采用回弹取芯综合法对未过火区域、过火区域的构件混凝土均进行了测试,以了解混凝土在过火后的强度退化情况。根据设计资料,柱混凝土强度等级为C35,梁、板混凝土强度等级为C25,实际检测推算混凝土强度,去除过火区域构件表面浮渣后,混凝土退化不明显,除局部构件表面混凝土强度影响较大外,大多构件影响较小。

  现场用酚酞试剂对混凝土构件进行碳化深度测试,现浇混凝土构件碳化深度为 3mm~16mm,平均为 7mm,碳化深度小于混凝土保护层设计厚度。

  从测试结果分析,屋面梁个别构件表面混凝土有脱落现象,柱顶部表面无混凝土脱落现象,梁、柱混凝土强度经测试无明显退化。部分屋面板底受火灾影响混凝土脱落,去除表面酥松混凝土后,强度尚可,经测试,强度等级均在 C25以上,满足原设计要求。

  混凝土构件内钢筋,受混凝土保护层保护下的钢筋,被火灾影响较小。验算分析时可按照原设计强度考虑;保护层混凝土脱落处钢筋被火灾影响较大,钢筋抗拉强度均有不同程度降低,验算时应考虑钢筋强度的折减。

  现场截取受损较严重屋面板底钢筋,(4~1/4)轴(1/G~H)轴、(1/6~7)轴(G~1/G)轴轴、(1/4~5)轴(1/G~H)轴共 3处进行拉伸试验。钢筋试验结果显示,原设计为  T9的冷轧钢筋,其试验结果屈服强度、极限抗拉强度和伸长率均基本满足规范要求。分析认为,框架结构钢筋受火灾影响较小,验算分析时可按照原设计强度考虑。

  3.4.2钢材情况检测

  根据室内钢平台结构特点和现场测试条件,采用里氏硬度回弹法对钢平台梁的硬度进行了测试。根据现行有关规范标准推定钢材抗拉强度。

  测试结果显示,该钢平台钢梁极限抗拉强度最低值为 428MPa,满足规范规定 Q235B钢材极限抗拉强度为 350MPa~500MPa的要求。过火区域表面硬度正常,降低不明显。

  3.5 建筑物差异沉降和构件变形检测

  3.5.1房屋差异沉降测量

  现场采用经纬仪棱线投射法对房屋外墙棱线倾斜进行了测量,测量结果见附录二。因猪肉交易厅北侧和其余交易区相邻、东侧和干货交易厅为一个整体,根据现场条件,仅对西南角具备测试条件,现场结西南角棱线进行倾斜测量。具体测量结果见附录二。

  倾斜测量结果包含施工误差在内。由倾斜测量结果分析,该建筑棱线整体朝西南方向倾斜。由北向南最大倾斜率为 1.7‰,由东向西最大倾斜率为 1.3‰。

  现场对屋面女儿墙顶高差进行测量,测量结果显示,女儿墙整体表示西侧较东侧低,南侧较北侧低,整体表现为向西南方向沉降,根据沉降测量数据推算房屋倾斜率,东向西为 2.0‰,北向南为 1.2‰,倾斜方向和倾斜率和棱线倾斜测量结果基本一致。

  经现场检测,根据房屋倾斜测量结果,考虑施工误差和现场对上部结构检查结果,认为该建筑地基基础不均匀沉降率较小,且无严重静载缺陷,地基基础尚能满足结构现状的安全使用要求。

  3.5.2构件变形检测

  现场采用 DSZ2级水准仪和激光测距仪辅助法对检测区域内部分混凝土梁、钢平台梁变形进行了测量,用 2m靠尺对部分混凝土柱倾斜变形进行了测量,测量结果见附录二,测量结果包含施工误差在内。

  根据现场测试条件,对受火灾影响较严重和较轻的构件进行抽测。受火灾影响较严重区域梁整体表现为上拱,受火灾影响较轻区域梁整体表现为下挠。梁上拱尺寸平均为 10mm左右,个别次梁上拱 46mm,梁下挠尺寸平均为 7mm左右。除个别次梁外,屋面梁变形值最大为跨度的 1/470,整体变形较小。

  根据现场测试条件,对部分混凝土柱倾斜变形进行测量。测量结果显示,检测范围内混凝土柱倾斜,南北方向整体朝北倾斜,东西方向整体朝采光顶方向倾斜(即采光顶西侧柱朝东倾斜,东侧柱朝西倾斜),分析认为柱倾斜变形主要受火灾高温和结构总长远超过规范限值的影响。和东侧干货交易厅相邻区域为火灾较严重区域,着火时间长、温度高,混凝土构件在高温作用下产生附加弯矩朝温度较低区域和结构薄弱区域(如采光顶区域)变形,即检测范围内混凝土柱整体朝北倾斜,西侧柱朝东、东侧柱朝西倾斜。

  根据现场测试条件,现场抽测部分钢平台梁进行变形测量。测量结果显示,部分主梁变形下挠 30mm(为跨度的 1/267)以上,变形较大,现场检查该部分梁两端节点均已损坏,连接螺栓已经和混凝土柱剥离。钢平台梁整体表现为下挠,变形值在 0~41mm左右。F轴交(3~4)轴、H轴交(3~4)轴主钢梁变形严重,已经失效,未进行变形测量。

  3.6 结构构件鉴定初步评级

  根据现场检查的情况、火场温度判断情况,及结构安全分析结果,综合评判火灾后结构构件的安全与完损程度。

  根据《火灾后建筑结构鉴定标准》(CECS252:2009),火灾后结构构件的鉴定评级分初步鉴定评级和详细鉴定评级,本节为结构构件的初步鉴定评级,根据构件烧灼损伤、变形、开裂程度按下列标准评定损伤状态等级:

  根据现场检测结果,对照规范规定,对检测范围内混凝土梁、柱、板、钢平台梁等构件进行初步鉴定评级。对屋面板底混凝土脱落、钢筋外露区域构件评为Ⅲ级,需要加固处理;对表面粉刷层脱落、表面混凝土细微裂缝的梁、柱、板评为Ⅱb级,需进行耐久性修复;对粉刷层大部分未脱落、仅粉刷层开裂的梁、柱、板评为Ⅱ a级,可直接更换粉刷层处理;对变形严重的钢梁评为Ⅳ级,需更换处理;对变形较大,端部节点损坏的钢平台梁评为Ⅱ b级,需要加固处理;其余钢梁评为Ⅱa级,表面修复或直接使用。

 

  4.结构承载力验算分析

  4.1 房屋使用荷载的调查与分析

  在检测过程中,对房屋的使用荷载进行了调查分析,为房屋结构性能的计算分析提供依据。荷载调查主要包括使用活荷载和屋面板结构层厚度、建筑面层做法及其厚度等全面调查。活荷载的取值主要按照国家标准《建筑结构荷载规范》(GB50009-2012)确定,屋面恒荷载的取值则依照楼板现有厚度、建筑构造做法确定,屋面设备荷载根据设备重量确定。

  4.2计算条件

  抗震设防烈度 7度(第一组),抗震设防分类为丙类,设计基本地震加速度

  0.10g,IV类场地土(上海地区),特征周期 Tg取 0.9s,结构抗震等级为三级。

  材料强度根据实际测试结果确定,其中混凝土强度等级柱取 C35,梁和板取C25;钢材按Q235考虑;钢筋抗拉强度CRB550( T)为360N/mm2,HRB335( )为 300N/mm2。

  4.3计算模型和计算软件

  本次鉴定计算主要采用中国建筑科学研究院研制的 PKPM系列软件 PMCAD、鉴定加固设计软件,结构计算遵循国家现行设计规范。

  根据建筑结构施工图,结合现场检测数据,对房屋结构建模计算分析,验算结构的承载能力。

  根据房屋建造年代和使用现状,对应有关抗震鉴定规范要求,房屋后续使用年限不超过 40年,本次检测区域结构按 B类房屋进行抗震验算。

  因相邻干货交易厅和本次检测的猪肉交易厅为一个单体,相邻区域结构互相影响。在验算猪肉交易厅结构时,需考虑干货交易厅结构作用,所以本次验算模型中考虑其影响,按火灾前状态建立干货交易厅模型,待干货交易厅加固施工前,按拟加固后状态考虑其影响,再复核猪肉交易厅结构。

  材料退化的考虑,混凝土、钢筋、钢材强度按实测推定值考虑;混凝土弹性模量折减系数按规范和现场实测表面温度推定,Ⅱa类构件不折减,Ⅱb类按0.8的系数折减,Ⅲ类按 0.6折减。

  按刚度等效原理,弹性模量的折减可通过减小构件截面实现,原柱截面 450x450,等效于 425x425;300x700的梁等效于 240x700,250x600的梁等效于 200x600。

  4.4计算结果和分析

  按结构现状建立计算模型后进行计算分析,主要分析结果如下:

  梁:经验算,除部分南北向边跨主梁承载力不满足规范要求外,其余屋面主、次梁承载力基本满足现行规范要求;

  柱:经验算,框架柱承载力基本满足现行规范要求;

  屋面板:部分板底混凝土脱落处考虑加固修复,经验算,屋面板承载力基本满足现行规范要求。

  钢平台:经验算,抗力和荷载效应比均在 1.35左右,钢平台主梁承载力不满足规范要求,次梁承载力基本满足规范要求。

  地基基础:经现场检测,该区域四周棱线倾斜率最大为 1.7‰,地基基础不均匀沉降较小,在上部荷载变化不大时,地基基础尚能满足安全使用要求。

  计算结果见表 4-1,三维模型如下图4-1:

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  房屋结构抗震性能验算:

  结构在地震作用下 X方向最大层间位移角为 1/355,不满足规范规定不大于 1/550的要求,最大层间位移与平均层间位移比为 1.07,满足规范不大于 1.5的要求;结构在地震作用下 Y方向最大层间位移角为 1/280,不满足规范规定不大于 1/550的要求,最大层间位移与平均层间位移比为 1.29,满足规范不大于 1.5的要求。

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  5.房屋结构综合分析和评级

  5.1房屋综合评级

  根据《火灾后建筑结构鉴定标准》(CECS252:2009),火灾后结构构件的鉴定评级分初步鉴定评级和详细鉴定评级,对初步鉴定评级为Ⅱb、Ⅲ级的重要结构构件应进行详细鉴定评级。本节为结构构件的详细鉴定评级:

  根据现场检测和承载能力验算结果,对照规范规定,对检测范围内混凝土梁、柱、板、钢平台梁等构件进行详细鉴定评级。对火灾后混凝土构件承载能力,抗力和作用效应比不小于 0.95时评为 b级;抗力和作用效应比不小于 0.9时评为 c级;抗力和作用效应比小于 0.9时评为 d级。

  5.2房屋结构综合分析

  上海某农产品批发市场交易大厅(猪肉交易厅)主体为单层混凝土框架结构,室内设有悬挂猪肉用钢平台,钢平台支承在混凝土框架柱上。猪肉交易厅和东侧干货交易厅为一个单体,中间无变形缝。本次起火区为干货交易厅,通过相邻不至顶墙体上部,火势蔓延至猪肉交易厅。

  火灾发生于晚上 8点半左右,火势持续至凌晨全部扑灭,采用消防水灭火。火灾持续时间相对较长,初步判断结构构件部分为自然冷却、部分构件为冷水冷却。

  根据现场检测结果,部分区域构件灼烧时间较长,表面混凝土损坏较大,大部分区域混凝土表面混凝土未脱落、敲击声较亮。屋面采光顶钢结构受损严重,构件大部分失效。下部钢结构平台个别部位主梁变形较大,两端和柱连接节点脱落,主要受高温和柱变形影响。检测区域内受损严重构件主要有:采光顶大部分构件、部分屋面板、部分钢平台梁,其余构件受损程度次之。对受损严重构件采取拆除后更换措施,对受损程度一般构件进行适当修复措施。

  结构承载力验算,需考虑受损严重构件更换、过火区域构件弹性模量折减。因和相邻干货交易厅结构无变形缝,结构验算时需考虑相邻结构影响。因无相邻区域数据,本次验算按正常状态(不考虑火灾影响)下干货交易区结构对检测区域结构影响。建议在对本次检测区域结构进行加固施工前,对相邻干货厅结构进行火灾后检测,以评估其影响后,再复核本次检测区域结构现状。

  考虑上述影响后,按结构现状对检测范围内结构承载力验算后,结构梁、柱、板承载力基本满足规范要求,钢平台梁承载力不满足规范要求。

  综上所述,对火灾区域内屋面梁、板、柱、钢平台梁等构件进行更换、加固、修复处理后,结构能满足后续使用要求。

 

  6.结论及建议

  6.1 鉴定结论

  上海某农产品批发市场猪肉交易厅,单层混凝土框架结构,现因室内发生火灾,局部构件损坏,受委托对该区结构进行火灾后检测鉴定,根据现场检测检查及分析结果,鉴定主要结论如下。

  现场检测原设计和实测结果基本相符,相邻干货交易厅和本次检测猪肉交易厅为一个单体,中间未设置变形缝,总长 120m,超过规范限值 55m,结构在温度作用下内力不易释放,易导致结构变形过大。

  起火区域位于相邻干货交易区,火势通过相邻不至顶墙顶窜入猪肉交易厅,并引燃室内四周 PU保温板,导致吊顶上部混凝土梁、板、柱等构件发生不同程度损坏。

  经现场检测,除表面酥松混凝土未进行测试外,对其余混凝土梁、柱、板、钢筋、钢梁等构件材料强度进行了测试,结果表面混凝土强度、钢筋强度、钢材强度均能达到原设计要求,考虑高温作用,对过火区域混凝土弹性模量进行适当折减。

  1 )经现场检查,采光顶附近、和干货交易区相邻区域屋面板底烧损较严重,部分板底混凝土脱落、钢筋外露,梁、柱除粉刷层脱落外,未见混凝土脱落等损坏;采光顶钢结构构件损坏严重,部分构件节点脱落,扭曲变形;室内钢平台主梁和混凝土柱连接节点局部损坏、拉裂,个别主梁变形严重。损坏严重构件需立即更换处理。

  2 )经现场检测,房屋不均匀沉降较小,整体朝西南方向倾斜;屋面梁受火灾影响较严重区域整体表现为上拱,受火灾影响较轻区域整体表现为下挠,上拱主要因高温变形所致;混凝土柱在南北方向大多朝北倾斜,东西方向整体朝采光顶方向倾斜(即采光顶西侧柱朝东倾斜,东侧柱朝西倾斜),柱倾斜变形主要受高温影响;钢平台梁整体表现为下挠,变形值在 0~41mm左右,F轴交(3~4)轴、 H轴交(3~4)轴主钢梁变形严重,已经失效。

  3 )结合现场检测结果,对结构进行承载力验算分析,部分失效构件需立即更换处理;除部分边跨主梁承载力略有不足外,其余混凝土梁、柱、板承载力基本满足要求;钢平台主梁承载力略有不足,次梁均满足规范要求。结构在抗震验算时,变形大于规范要求,扭转较大,不满足规范要求。

  4 )根据现场检测和计算分析结果,对检测范围内构件进行初步鉴定评级和详细鉴定评级。对损伤严重构件评为Ⅲ级,对一般损伤构件评为Ⅱ b级,对基本无损伤构件评为Ⅱa级;对承载力不满足规范要求的Ⅱb级、Ⅲ级构件 b~d级构件。

  5 )综上所述,该建筑结构局部受火灾影响严重,部分构件需要立即更换或加固处理;屋面部分边跨主梁、钢平台主梁承载力不足,其余构件承载力基本满足规范要求;结构抗震能力不满足规范要求。针对上述问题进行相应处理后,建筑结构可满足安全使用要求。

  6.2 处理意见及建议

  依据检测检查、分析结果和鉴定结论,提出以下处理意见及建议。

  (1)根据房屋使用情况,结合规范要求,建议本次检测范围结构在加固修复后,后续使用年限按 40年考虑,达到使用年限后再对其安全性进行检测鉴定。

  (2)考虑火灾影响,部分混凝土弹性模量变小,表面强度退化,建议对重要部位,如混凝土梁端部混凝土进行适当加固处理。

  (3)对受损严重、评级为Ⅳ级的的屋面采光顶钢构件、钢平台主梁直接拆除后重新施工处理;对受损明显的混凝土、钢构件(评级为Ⅲ),可采取局部更换、置换混凝土、扩大截面等加固方法加固;对局部受损混凝土、钢构件(评级为Ⅱb)可采取除污后修补砂浆修补、增加碳纤维等方法加固;对受损明显的屋面混凝土梁(评级为Ⅱ b),可采取端加下适当扩大截面处理;对保留下来的钢平台构件表面除污后重新涂刷油漆、防火涂料修复;对受损较小的混凝土梁、柱、板、钢构件(评级为Ⅱa),可去除表面污渍后粉刷修复使用。

  (4)对承载力不足钢平台梁、屋面混凝土梁进行适当加固或直接更换处理;对钢平台主梁两端损坏节点重新加设节点处理。

  (5)结合干货交易厅加固,可考虑对本次检测猪肉交易厅整体刚度加固,可局部增设剪力墙、柱间支撑等措施,提高结构抗变形能力,以满足地震作用下结构变形要求。

  (6)因相邻干货厅和猪肉交易厅为一个单体,其结构间互相影响,建议及时对该区域结构进行检测鉴定和加固,便于总体分析两个区域结构安全可靠性。

  (7)使用过程中,注意观察,发现问题及时处理。

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