建筑結構檢測技術在既有建筑物結構評價中的應用

上海標濟工程質量檢測有限公司 上海 201316

國家住建部副部長仇保興說過，作為世界上年新建建筑量最大的國家，我國建筑物平均壽命只有25～30年，確實使人汗顏。相比較之下，瑞士、挪威等發達國家房屋壽命可達80年，美國是74年，而英國建筑的平均壽命達到132年。

前不久，浙江寧波奉化市居民樓坍塌事件，撥動了億萬人對建筑安全的敏感神經，已成為一個典型的警示標本：該樓屬于磚混結構，建于1995年，壽命只有19年。這樣看來，我國各地在上世紀80年代和90年代建設的樓房，因為各種主客觀原因，已經進入了“質量報復周期”，有些甚至已成為坍塌事故的主角。

為何建筑物如此“未老先衰”？究竟是哪些因素縮短了建筑物的設計使用年限？我們無意追溯。但面對現實，為既有建筑“體檢”，未雨綢繆，對建筑結構安全作出正確的評價，我們責無旁貸。

1 影響既有建筑物實際使用年限的主要因素

一般而言，規劃設計、建筑施工質量和實際使用這三方面的因素直接影響建筑物的實際使用年限。

（a）上世紀80～90年代，我們市場經濟剛剛起步，為了解決城市居民急需的住房問題，各地確實以躍進式的速度趕工完成了一批“快餐式”住宅。但由于規范標準體系跟不上建設速度，只能照搬照抄國外建筑設計標準，勉強套用，難免先天不足。

（b）隨著城市化建設的發展，“民工潮”涌動，當年很多由農村來到城市的務工者甚至來不及學習建筑施工常識，就從農田直接上了腳手架，加上建材質量不穩定、施工技術條件落后、現場監理監督程序缺失和建設資金緊缺等方面的原因，使建筑工程質量很難得到保證。

（c）在建筑實際投入使用過程中，由于當年的房型設計無法滿足實際居住需求，幾乎都有大裝大改。特別是快砌式的磚混結構建筑，受力在墻體，承重墻是萬萬不能被破壞的。而野蠻裝修、擅自更改結構等現象卻屢見不鮮，比比皆是，這些也為日后房屋安全埋下了隱患。

2 對既有建筑物進行預防性結構檢測的重要性

建筑物經過一定時期的使用之后，會逐漸出現墻體開裂、樓板開裂、鋼筋銹蝕等“病癥”，需要及時進行預防性的結構檢測，了解它的健康狀況，并對它進行維修改造[1]。隨著我國基本建設的蓬勃發展，這種需求正在日益擴大，也越來越受到各方重視。

目前，我國的基本建設正處于新建工程與既有建筑物維修改造并重的發展階段。在需要對既有建筑物的結構質量進行評價時，或當既有建筑物由于某種原因不能滿足功能的要求或對滿足某項功能的要求產生懷疑時，就需要對既有建筑物的整體結構、結構的某一部分或某些構件進行檢測。當判定被檢結構存在安全隱患時，就應該對其進行加固處理，或者拆除。

一般而言，遇有下列情況時就要對既有建筑物進行結構檢測：

（a）設計不周或有誤：如對工程地質、水文地質和地基情況了解不全，地基承載力估計過高，漏算或少算作用于結構上的荷載；設計人員受力分析概念不清，結構內力計算錯誤等。

（b）施工質量低劣：如澆筑的混凝土強度等級低于設計要求，鋼筋混凝土結構構件上有蜂窩、孔洞、露筋等缺陷，鋼筋力學性能不符合設計要求；或砌體砌筑方法不當，造成通縫，空心砌塊不按設計要求灌注混凝土芯柱；或鋼結構的焊接質量達不到設計要求等。

（c）使用或改造不當：如未經核算就在原有建筑物上加層或對其進行改造，造成原有結構承載力不足，使用過程中又任意改變用途加大荷載；或隨意拆除承重墻或墻上開洞等。

（d）使用環境惡化：如高溫、振動、酸、堿、鹽等不利因素作用，引起結構構件的腐蝕和損傷等。

（e）建筑物年久失修：建筑古老，結構有損傷或破壞，不能滿足目前的使用要求或安全系數不足。

（f）由于各種災害事件使結構產生裂縫或者破壞。

（g）需要對古建筑、歷史性建筑進行進一步維修、保護。

建筑結構檢測技術是以現行規范為根據、以人工和儀器檢測為手段，測量出能反映結構或構件實際工作性能的有關參數，為判斷結構的承載能力和安全儲備提供重要依據[2]。建筑結構檢測不僅對新建工程安全性能的評定起重要作用，而且對于既有建筑物的更新改造、古建筑和受損結構的加固修復等提供直接的技術參數。

3 常用建筑結構檢測方法

建筑結構檢測工作包括的內容比較多，一般有結構材料的力學性能檢測、結構的構造措施檢測、結構構件尺寸檢測、結構內鋼筋位置及直徑檢測、結構及構件的開裂和變形情況檢測以及結構性能荷載檢測等[3,4]。

我們按所檢的種類可以把建筑結構檢測方法分為：混凝土結構檢測、砌體結構檢測等。

對某建筑結構或構件欲獲得其結構承載受力性能或構件承載力、剛度、抗裂性能，也可進行結構或構件整體性能的靜力荷載檢驗。對某些重要建筑和大型的公共建筑還可進行結構的動力測試。其中靜力荷載檢驗又可分為使用性能檢驗、承載力檢驗和破壞性檢驗。使用性能的檢驗主要用于驗證結構或構件在規定荷載的作用下不出現過大的變形和損傷，結構或構件經過檢測后還必須滿足正常使用要求；承載力檢驗主要用于驗證結構或構件的設計承載力；破壞性檢驗則主要用于確定結構或模型的實際承載力。

對混凝土結構的混凝土材料強度，目前廣泛應用的檢測方法是鉆芯法和回彈法。鉆芯法即在建筑構件上鉆取混凝土芯樣直接進行抗壓強度檢驗，其結果準確可靠，但會造成對構件的局部損壞，尤其是對重要的結構部位，無法進行大量的檢測。而非破損的回彈法、超聲法、超聲-回彈綜合法所測定的參數（回彈值、聲速值）對混凝土強度來說并不很敏感，測試結果精度不高。

拔出法是一種介于鉆芯法和非破損檢測方法之間的混凝土強度微破損檢測方法，其操作簡便易行，對構件損傷極小，又有足夠檢測精度．尤其是近年才出現的后裝拔出法更具優越性。它無需預先在混凝土中埋置錨固件，而是在己硬化的混凝土上通過鉆孔、擴槽、嵌入的方法將錨固件置入并固定其中，所以，在己硬化的新舊混凝土各種構件上都可以使用，適應性很強，檢測結果的可靠性也較高，特別是當現場結構缺少混凝土強度的有關試驗資料時，是非常有價值的一種檢驗評定手段。

對砌體結構的檢測目前主要使用軸壓法、推出法、筒壓法、回彈法、點荷法、射釘法。這些檢測方法又大致可分為兩類：直接法和間接法，前者為檢測砌體抗壓強度和砌體抗剪強度的方法，后者為測試砂漿強度的方法。直接法的優點是直接測試砌體的強度參數，反映被測試工程的材料質量和施工質量，其缺點是試驗工作量較大，對砌體有一定的損傷；間接法則是測試與砂漿強度有關的物理參數，進而推定其強度，但由于“推定”時難免會增大測試誤差，也不能綜合反應工程的材料質量和施工質量，故在使用時具有一定的局限性，其優點是測試工作較為簡便，對砌體工程損傷較少或無損傷。檢測方法的選用應綜合考慮結構情況，選用直接法或間接法或兩者綜合。

4 建筑結構檢測工作流程

4.1 現場考察

檢測前，必須到現場按圖紙資料核對實物。首先是對建筑物的外觀質量進行檢查，看一看待測建筑物有無傾斜、裂縫、鋼筋銹蝕等結構破損，查一查房屋使用方已發現的問題，接著對建筑物內在質量再進行初步調查，根據初步調查結果確定檢測方案和重點。現場考查時如發現有重大結構安全隱患，如房屋地基基礎滑移或傾斜、梁柱等主要受力構件嚴重開裂等情況，應及時通知房屋使用方暫停使用，馬上采取相應急救措施。

4.2 歷史調查

仔細聆聽相關單位和房屋使用方介紹建筑物歷史，了解房屋何時施工、何時竣工、歷次修繕及改造、用途變更、使用條件改變以及是否受災等情況。詢問建筑物是否遭受過外界破壞，使用過程中發現了哪些問題，今后的使用目的和用途。有條件找到施工單位當事人的，還可深入了解一些施工中的信息。

4.3 收集資料

向相關單位和房屋使用方索要建筑物檔案，如巖土工程勘察報告、設計計算書、設計變更記錄、施工圖、施工及施工變更記錄、竣工圖、竣工質檢及驗收文件（包括隱蔽工程驗收記錄）、定點觀測記錄、事故處理報告、維修記錄、歷次加固改造圖紙等。這些資料收集得越齊全，越有利于對建筑物的狀況作出準確判斷。

4.4 開展檢測工作

主要檢測建筑材料的強度、梁板構件中鋼筋的分布情況、構件的尺寸、結構變形和裂縫、腐蝕等損傷，工作內容包括：

（a）建筑材料的強度檢測。

（b）鋼筋分布情況檢測。鋼筋分布情況的檢測主要是檢測房屋的柱子、梁和樓板里的鋼筋配置情況，查驗其是否符合設計要求，該項工作通常采用鋼筋掃描儀進行檢測。將鋼筋掃描儀探頭在柱子、梁或樓板的表面縱橫方向移動，就可以得到埋藏在混凝土內的鋼筋圖像，從而確定鋼筋的位置和保護層的厚度。

（c）構件的尺寸測量。主要是測量柱子和梁的斷面尺寸、樓板的厚度。柱子和梁的斷面尺寸可采用普通鋼卷尺測量；樓板厚度的檢測方法是先在樓板上鉆一個通孔，然后用卷尺或卡尺測量孔洞長度。也可以使用樓板測厚儀，將探頭緊貼樓板表面進行測量，即可測出樓板的厚度。

（d）結構變形和裂縫、腐蝕等損傷檢測。建筑物經過一定時期的使用后難免出現結構變形、裂縫和鋼筋銹蝕等“通病”，同樣需要借助專用的儀器設備來進行檢測。

結構變形是指房屋有傾斜、基礎沉降等現象，一般采用全站儀、經緯儀和水準儀進行測量。房屋傾斜測量時間較短，1～2 d即可完成；基礎沉降觀測耗時較長，快則3 個月，慢則幾年時間，應視具體情況而定。

裂縫檢測需先憑肉眼觀測，觀測柱子、梁和樓板上是否存在裂縫。然后描繪裂縫形態、位置，再采用裂縫規、塞尺或裂縫測寬儀測量裂縫的寬度，采用鋼卷尺測量裂縫的長度，必要時采用超聲儀測量裂縫的深度。

鋼筋銹蝕對混凝土結構而言是較為嚴重的病癥，一旦發現，應引起高度重視。鋼筋包裹在混凝土中，一般較難發現它是否銹蝕，只有當它銹蝕到一定程度時，才會露出一些蛛絲馬跡。柱子、梁或樓板的鋼筋銹蝕后體積膨脹，通常會引發柱子、梁或樓板的表面抹灰層脹鼓、脫落和開裂等并發癥。

鋼筋銹蝕程度的檢測方法有剔鑿法、自然電位法。剔鑿法需將鋼筋銹蝕部位的混凝土保護層剔鑿掉，用鋼絲刷刷去浮銹，再用卡尺測量鋼筋的剩余直徑，以此計算鋼筋截面損傷率。自然電位法則是利用電化學原理來定性判斷混凝土中鋼筋銹蝕程度的一種方法，可采用鋼筋銹蝕儀進行測量。

4.5 出具評價報告

根據以上4 個步驟的檢測，就可掌握被檢建筑物的一些基本情況和具體參數。依據這些檢測結果，同時運用材料科學、物理科學、工程力學、結構工程學等綜合技術，輔之以計算機模擬技術，對建筑物健康狀況進行綜合診斷，出具既有建筑物結構評價報告：

（a）凡符合國家建筑規范要求、主要指標正常的，定為一類建筑；

（b）基本符合國家建筑規范要求，某些指標不正常但不影響使用的，屬于二類建筑；

（c）有重要構件受到損傷、需要加固的，被判為三類建筑；

（d）那些已經影響使用安全的則是四類建筑，應要求房屋使用方立即采取加固措施，避免事故發生。

5 結語

建筑結構的科學檢測是建筑工程質量安全保障體系中的一個重要組成部分。嚴格遵循規范要求是建筑工程檢測工作的前提。在建筑結構檢測中，結構問題也經常表現出個性特征，因而檢測方法也必須不斷發展和創新，靈活運用檢測方法，可以取得事半功倍的效果。

目前，城市中新建商品房大部分都已采用抗震性更強的框架結構，但上世紀80～90年代建造的樓房還大量存在，為防止身邊有更多老樓提前“罷工”，各地相關部門應對所轄城市的老舊樓房進行全面普查和徹查。2012年，我國香港地區就曾推行“強制驗樓計劃”，其中清晰界定了私人業主與政府的責任：首先是政府監督不能缺位，業主作為樓宇的產權人也要對建筑負起保養、維修之責。所以，內地施行“強制驗樓”刻不容緩，各地政府應推進適合本地情況的“強制驗樓計劃”，以消除各種安全隱患。我們有理由相信，建筑結構檢測技術將在既有建筑物結構評價中發揮更加重要的作用。