淺析某框架結(jié)構(gòu)房屋抗震鑒定及加固

張 智

(福建吉特建筑工程檢測(cè)有限公司，福建 福州 350012)

在我國(guó)，混凝土框架結(jié)構(gòu)是一種廣泛使用的結(jié)構(gòu)形式。由于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的更新、現(xiàn)場(chǎng)施工管理水平的不夠或者使用年限的增長(zhǎng)，部分早期建造的建筑物存在一定程度的外表和內(nèi)部結(jié)構(gòu)缺陷，承載能力和抗震性能都無(wú)法滿足要求，甚至威脅到它們的正常使用。對(duì)于此類存在不同程度缺陷但并未達(dá)到設(shè)計(jì)年限的建筑，比較合理的做法是采用適當(dāng)?shù)募庸萄a(bǔ)強(qiáng)措施，使其能在滿足基本的安全性和適用性的前提下繼續(xù)發(fā)揮使用功能。

1 工程概況

該建筑主體為三層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，總建筑面積約為3 400 m2，建筑高度約為14 m，基礎(chǔ)為筏板基礎(chǔ)。該建筑主要承重體系為：混凝土柱、混凝土梁、混凝土板，墻體基本連續(xù)，門(mén)窗洞口基本對(duì)齊，1層高為5.0 m,2層及3層層高均為4.5 m，結(jié)構(gòu)傳力路線清晰，可形成空間穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)傳遞路徑基本明確。建筑竣工時(shí)間為1995年，初始設(shè)計(jì)使用功能為生產(chǎn)車間，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)時(shí)，該建筑處于空置狀態(tài)，業(yè)主擬將其改造為醫(yī)院病房樓。由于初始設(shè)計(jì)資料不全，鑒定工作以現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)數(shù)據(jù)為依據(jù)，實(shí)測(cè)建筑平面見(jiàn)圖1。

2 結(jié)構(gòu)安全性評(píng)級(jí)及抗震性能鑒定

2.1 鑒定程序

本次現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)依據(jù)委托單提供信息對(duì)該建筑結(jié)構(gòu)體系和平面布置進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查，對(duì)地基基礎(chǔ)現(xiàn)狀進(jìn)行查勘，再對(duì)上部承重結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)：外觀質(zhì)量調(diào)查(外觀缺陷、損傷)、材料強(qiáng)度性能檢測(cè)(混凝土梁、混凝土柱抗壓強(qiáng)度檢測(cè))、構(gòu)件尺寸檢測(cè)(柱、梁)以及圍護(hù)結(jié)構(gòu)檢測(cè)。

根據(jù)現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 50292—2015民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)規(guī)定，鑒定分為地基基礎(chǔ)、上部承重結(jié)構(gòu)、圍護(hù)系統(tǒng)承重部分三個(gè)子單元進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)子單元所包含的主要受力構(gòu)件進(jìn)行調(diào)查，根據(jù)調(diào)查及檢測(cè)情況依次評(píng)定構(gòu)件、子單元的安全性等級(jí)，最后評(píng)定鑒定單元的安全性等級(jí)；根據(jù)現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 50023—2009建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)規(guī)定，結(jié)合現(xiàn)狀調(diào)查、勘測(cè)結(jié)果，從結(jié)構(gòu)體系、材料強(qiáng)度、構(gòu)造措施和承載力驗(yàn)算等方面對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震鑒定。

2.2 檢測(cè)結(jié)果

2.2.1 地基基礎(chǔ)勘察

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)查勘，建筑物周圍地坪、散水發(fā)現(xiàn)有輕微的開(kāi)裂、下沉等異常情況。上部結(jié)構(gòu)未發(fā)現(xiàn)有明顯的因不均勻沉降所導(dǎo)致的裂縫、變形等異?，F(xiàn)象。

2.2.2 上部承重結(jié)構(gòu)檢測(cè)

1)建筑外觀質(zhì)量檢查。

通過(guò)對(duì)建筑主要構(gòu)件及一般構(gòu)件外觀質(zhì)量進(jìn)行全面檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)所測(cè)混凝土柱平直牢固，無(wú)明顯傾斜變形、開(kāi)裂及破損等異?，F(xiàn)象；所測(cè)混凝土梁基本牢固，未見(jiàn)明顯下?lián)献冃巍㈤_(kāi)裂及破損等異?，F(xiàn)象；所測(cè)混凝土板平直牢固，無(wú)明顯下?lián)献冃?、開(kāi)裂及破損等異常現(xiàn)象。部分填充磚墻存在開(kāi)裂現(xiàn)象，且以斜裂縫為主，部分內(nèi)、外抹灰有輕微空鼓脫落現(xiàn)象。

2)結(jié)構(gòu)側(cè)向位移。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件布置6個(gè)測(cè)點(diǎn)量測(cè)結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)的側(cè)向位移，量測(cè)數(shù)據(jù)表明，所測(cè)測(cè)點(diǎn)側(cè)向位移方向無(wú)明顯一致性，最大側(cè)向位移H/326，未超過(guò)規(guī)定的多層框架結(jié)構(gòu)側(cè)向位移H/200的限值要求[1]。

3)混凝土抗壓強(qiáng)度檢測(cè)。

根據(jù)建筑實(shí)際情況，采用回彈法對(duì)構(gòu)件混凝土抗壓強(qiáng)度抽樣檢測(cè)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)采集的數(shù)據(jù)分析計(jì)算，得出構(gòu)件現(xiàn)齡期混凝土抗壓強(qiáng)度推定值分別為22.9 MPa，22.8 MPa，22.5 MPa，21.9 MPa，22.6 MPa，22.5 MPa，22.7 MPa，22.3 MPa，22.0 MPa和22.8 MPa[1,3]。

4)構(gòu)件尺寸檢測(cè)。

由于原始設(shè)計(jì)資料不全，無(wú)法得知構(gòu)件初始設(shè)計(jì)尺寸，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，所有框架柱尺寸均在700 mm×400 mm附近，且偏差值在+10 mm和-5mm之內(nèi)；所有主梁尺寸均在900 mm×300 mm附近，且偏差值在+10 mm和-5 mm之內(nèi)；所有次梁尺寸均在600 mm×300 mm附近，且偏差值在+10 mm和-5 mm之內(nèi)。

5)混凝土配筋檢測(cè)。

用鋼筋位置檢測(cè)儀對(duì)鋼筋的具體位置及保護(hù)層厚度進(jìn)行檢測(cè)，經(jīng)檢測(cè)分析，鋼筋間距及保護(hù)層厚度基本滿足構(gòu)造要求。隨后采用了部分剔鑿的方法獲取鋼筋的規(guī)格尺寸，作為后續(xù)承載力驗(yàn)算的依據(jù)。

2.2.3 結(jié)構(gòu)驗(yàn)算

依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)采集的結(jié)構(gòu)及材料數(shù)據(jù)資料，結(jié)合建筑實(shí)際使用狀態(tài)，采用盈建科計(jì)算軟件進(jìn)行建模驗(yàn)算[1,4]。

建筑結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí)；建筑抗震設(shè)防類別為乙類；框架抗震等級(jí)為二級(jí)；抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.10g；設(shè)計(jì)地震分組為第二組，場(chǎng)地類別為Ⅲ類。

經(jīng)計(jì)算復(fù)核，該建筑首層部分框架柱受壓承載力不滿足要求，梁柱核心區(qū)抗剪能力不足。

2.3 結(jié)構(gòu)安全性鑒定評(píng)級(jí)

2.3.1 地基基礎(chǔ)子單元評(píng)級(jí)

現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)建筑物周邊地面存在輕微開(kāi)裂現(xiàn)象，上部結(jié)構(gòu)未發(fā)現(xiàn)因基礎(chǔ)不均勻沉陷引起的明顯變形和裂縫，地基基礎(chǔ)安全性等級(jí)根據(jù)上部結(jié)構(gòu)反應(yīng)情況間接評(píng)為Bu級(jí)。

2.3.2 上部承重結(jié)構(gòu)構(gòu)件及子單元評(píng)級(jí)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)查勘情況及檢測(cè)情況，依據(jù)GB 50292—2015民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)規(guī)定對(duì)構(gòu)件及結(jié)構(gòu)系統(tǒng)進(jìn)行安全性分析與評(píng)定，評(píng)定結(jié)果如表1，表2所示。

表1 構(gòu)件安全性鑒定評(píng)級(jí)(上部承重結(jié)構(gòu))

表2 子單元安全性鑒定評(píng)級(jí)(上部承重結(jié)構(gòu))

2.3.3 圍護(hù)系統(tǒng)的承重部分構(gòu)件及子單元評(píng)級(jí)

該建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)承重部分主要為邊柱、邊梁、屋面以及門(mén)窗洞口過(guò)梁。圍護(hù)結(jié)構(gòu)承重構(gòu)件平直牢固，無(wú)傾斜、下?lián)?、變形、裂縫、松動(dòng)等異?，F(xiàn)象。圍護(hù)系統(tǒng)承重結(jié)構(gòu)基本完好，主要構(gòu)件集為Bu，圍護(hù)系統(tǒng)承重部分承載功能為Cu級(jí)；圍護(hù)系統(tǒng)承重部分結(jié)構(gòu)布置及構(gòu)造合理，形成完整支撐系統(tǒng)，圍護(hù)系統(tǒng)承重部分結(jié)構(gòu)整體性等級(jí)為Bu級(jí)；綜合評(píng)定圍護(hù)系統(tǒng)承重部分安全性鑒定評(píng)級(jí)為Cu級(jí)。

2.3.4 鑒定單元安全性評(píng)級(jí)

根據(jù)地基基礎(chǔ)、上部承重結(jié)構(gòu)和圍護(hù)系統(tǒng)承重部分等的安全性等級(jí)，綜合評(píng)定鑒定單元的安全性等級(jí)為Csu級(jí)[1]。

2.4 結(jié)構(gòu)抗震性能鑒定

本工程為醫(yī)院普通住院用房建筑，抗震設(shè)防類別為重點(diǎn)設(shè)防類，地處抗震設(shè)防烈度7度區(qū)(0.10g)，按8度抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)確定其抗震措施。

該房屋建成年份為1995年，已投入使用26年，依據(jù)GB 50023—2009建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)第1.0.4以及第1.0.5條款，后續(xù)使用年限按40年考慮( B 類建筑)，應(yīng)按GB 50011—2010建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范各章規(guī)定抗震鑒定方法進(jìn)行鑒定。

房屋高度、結(jié)構(gòu)體系合理性、結(jié)構(gòu)材料實(shí)際強(qiáng)度、建筑形體及其構(gòu)造布置的規(guī)則性、局部易倒易損部位構(gòu)件等均滿足GB 50011—2010建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范的要求，但抗震承載力不滿足要求。綜合以上抗震分析，建筑抗震能力不滿足GB 50023—2009建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)8度抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)的抗震要求。

3 加固方案

根據(jù)鑒定結(jié)論，該建筑的主要缺陷為框架柱截面承載力不滿足要求，部分框架柱軸壓比超限，且梁柱節(jié)點(diǎn)核心區(qū)抗剪能力不足，此外部分填充墻也存在開(kāi)裂現(xiàn)象，需采用合適的加固方案，提升房屋的抗震性能和改善房屋的使用功能。

3.1 框架柱加固方案

結(jié)合房屋實(shí)際情況，為大幅提高混凝土柱的截面承載能力和抗震能力，可采用外粘型鋼加固法?？蚣苤略鍪芰卿摬捎肔75×5，框架柱中間部分采用型號(hào)為-40×4的綴板與角鋼焊接，綴板在框架柱的上下端設(shè)加密區(qū)，非加密區(qū)和加密區(qū)綴板間距分別為400 mm和200 mm。外粘角鋼沿柱高必須全部貫通，兩端均應(yīng)有可靠的連接和錨固，如角鋼遇樓層梁無(wú)法通過(guò)時(shí)，可通過(guò)采用等代鋼筋穿過(guò)樓板與上下樓層加固角鋼焊接；框架柱根部與筏板交接處應(yīng)可靠錨固，在四角位置加設(shè)錨固鋼筋，上端與角鋼焊接，下端植筋錨入筏板基礎(chǔ)內(nèi)。

框架柱加固簡(jiǎn)圖如圖2所示。

3.2 梁柱節(jié)點(diǎn)加固方案

3.3 填充墻修補(bǔ)方案

本建筑中磚墻為填充墻，由于年代較久遠(yuǎn)，部分磚墻出現(xiàn)明顯的裂縫，雖對(duì)主體結(jié)構(gòu)安全影響不是很大，但對(duì)建筑的使用功能有較大的影響，必須進(jìn)行處理。可采用清除表面粉刷層后注漿，粘貼鋼絲網(wǎng)的方法進(jìn)行處理。該處理方法施工簡(jiǎn)便，修補(bǔ)效果好且經(jīng)濟(jì)合理。填充墻修補(bǔ)方案如圖3所示。

4 結(jié)語(yǔ)

由于建成年代較早，某些初始的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)在今天看來(lái)已經(jīng)不能滿足要求，再加上長(zhǎng)期的自然環(huán)境侵蝕和不均勻變形的累積，使得建筑的承載能力和使用功能存在一定的缺陷，必須要采用恰當(dāng)?shù)募庸谭椒▽?duì)建筑物的缺陷進(jìn)行處理。

1)框架柱的承載能力和抗震能力都需要較大的提高，由于工程允許使用結(jié)構(gòu)膠粘劑，且原柱完好，適于采取加固措施，宜選用外粘型鋼加固法。經(jīng)過(guò)外粘型鋼加固計(jì)算，其承載能力可以滿足規(guī)范要求。

2)梁柱節(jié)點(diǎn)核心區(qū)抗剪能力不足，可在梁區(qū)設(shè)置穿梁等待鋼筋與兩側(cè)受力角鋼焊接，顯著提高節(jié)點(diǎn)區(qū)域抗剪承載力。

3)填充墻上的裂縫對(duì)結(jié)構(gòu)安全性影響不大，但對(duì)建筑的使用功能有不利的影響，最經(jīng)濟(jì)合理的處理方式是在裂縫區(qū)域粘貼鋼絲網(wǎng)。