框架結(jié)構(gòu)檢測(cè)鑒定與加固處理

趙婷婷， 楊穎偉， 許 萌

（1.中電投工程研究檢測(cè)評(píng)定中心有限公司，北京 100142；2.青島盛景建筑設(shè)計(jì)咨詢有限公司，山東 青島 266300）

隨著人民生活水平提高，對(duì)居住環(huán)境的要求也越來(lái)越高。房屋結(jié)構(gòu)的安全性由于與人身安全直接相關(guān)，一直都是人們關(guān)注的焦點(diǎn)，也是建筑行業(yè)的重要研究方向之一。近年來(lái),建筑結(jié)構(gòu)檢測(cè)鑒定和加固設(shè)計(jì)蓬勃發(fā)展，主要是因?yàn)椋?/p>

1）標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范不斷更新，早期建造的房屋結(jié)構(gòu)已經(jīng)不滿足現(xiàn)行規(guī)范的要求；

2）既有建筑存在材料強(qiáng)度降低、鋼材銹蝕、結(jié)構(gòu)構(gòu)件開(kāi)裂等情況，嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)安全；

3）早期建筑達(dá)到了設(shè)計(jì)使用年限，需要了解結(jié)構(gòu)的安全性；

4）既有房屋改變用途，要評(píng)估新用途下的安全性，必要時(shí)進(jìn)行加固改造設(shè)計(jì)。

目前，已有眾多學(xué)者和專業(yè)技術(shù)人員針對(duì)既有建筑的檢測(cè)鑒定及加固設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究。陸錦標(biāo)等[1]指出既有建筑的鑒定應(yīng)與現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范相協(xié)調(diào)，考慮結(jié)構(gòu)的時(shí)變性能、損傷累計(jì)及耐久性問(wèn)題；張?chǎng)蔚萚2]對(duì)目前常用的檢測(cè)鑒定方法進(jìn)行了介紹和分析，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)檢測(cè)、鑒定、加固和改造技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了展望；謝啟芳[3]通過(guò)理論分析結(jié)合試驗(yàn)，研究了碳纖維布在木結(jié)構(gòu)加固中的使用效果；張益多等[4]針對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)的現(xiàn)狀進(jìn)行了介紹，分析了各類加固方法的優(yōu)缺點(diǎn)及適用情況。本文分析一個(gè)框架結(jié)構(gòu)的檢測(cè)、鑒定及加固過(guò)程，為同類工程的檢測(cè)鑒定及加固工作提供參考。

1 工程概況

某建筑建造于20 世紀(jì)90 年代，地上9 層，總建筑面積約6 500 m2，鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，樁基礎(chǔ)。原結(jié)構(gòu)使用功能為員工宿舍，現(xiàn)擬將其改造為度假酒店使用。見(jiàn)圖1。

圖1 結(jié)構(gòu)平面

原結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)依據(jù)的1989年規(guī)范，已經(jīng)不滿足現(xiàn)行規(guī)范對(duì)于安全使用和抗震設(shè)防的要求且使用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)存在露筋、銹蝕等問(wèn)題。為了消除安全隱患，需對(duì)該建筑進(jìn)行抗震鑒定并根據(jù)鑒定結(jié)果進(jìn)行加固處理。

2 結(jié)構(gòu)檢測(cè)及鑒定

該項(xiàng)目有存檔的結(jié)構(gòu)施工圖，先進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，復(fù)核現(xiàn)有結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)圖紙是否相符合；根據(jù)檢測(cè)結(jié)果和原結(jié)構(gòu)圖紙，對(duì)該建筑進(jìn)行建模計(jì)算和分析，通過(guò)計(jì)算結(jié)果、現(xiàn)場(chǎng)對(duì)抗震構(gòu)造措施的檢查結(jié)果和目前建筑已有的損傷情況，綜合評(píng)估結(jié)構(gòu)安全性，找到建筑存在的主要安全隱患，為后續(xù)的加固設(shè)計(jì)工作提供依據(jù)。

2.1 原結(jié)構(gòu)檢測(cè)

2.1.1 現(xiàn)狀核查

現(xiàn)場(chǎng)對(duì)樓層數(shù)、層高和使用功能進(jìn)行檢查，對(duì)建筑軸網(wǎng)、構(gòu)件平面布置及截面尺寸進(jìn)行檢測(cè)，經(jīng)查：建筑未進(jìn)行過(guò)增層改造，層高與原設(shè)計(jì)圖紙一致；平面布置及軸網(wǎng)尺寸與設(shè)計(jì)圖紙相符；構(gòu)件截面尺寸與設(shè)計(jì)尺寸一致。建筑梁、柱及填充墻未見(jiàn)明顯裂縫，結(jié)構(gòu)整體未見(jiàn)明顯的沉降或傾斜，部分樓板底存在露筋及鋼筋銹蝕情況。

2.1.2 混凝土抗壓強(qiáng)度檢測(cè)

混凝土抗壓強(qiáng)度檢測(cè)可采用回彈法、鉆芯法、超聲回彈綜合法和后拔出法等，目前應(yīng)用較為廣泛的有回彈法和鉆芯法兩種；考慮到回彈法存在著工作量較大、現(xiàn)場(chǎng)工作用時(shí)較長(zhǎng)、檢測(cè)結(jié)果受人為操作和儀器影響較大的特點(diǎn)；采用了工期短、檢測(cè)結(jié)果更為直接的鉆芯法。現(xiàn)場(chǎng)隨機(jī)取芯，加工、養(yǎng)護(hù)、試驗(yàn)得到混凝土強(qiáng)度評(píng)定值：1～4 層柱強(qiáng)度19.5～56.2 MPa；5～9層柱強(qiáng)度21.0～36.9 MPa；2 層～屋面梁強(qiáng)度10.6～48.2 MPa。檢測(cè)結(jié)果表明，梁、柱均有部分構(gòu)件混凝土強(qiáng)度不滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求，個(gè)別構(gòu)件的混凝土抗壓強(qiáng)度不滿足鑒定標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)構(gòu)件混凝土強(qiáng)度最低值的要求。

2.1.3 鋼筋配置情況檢查

采用鋼筋掃描儀對(duì)鋼筋數(shù)量和間距進(jìn)行檢測(cè)，隨機(jī)抽取一定數(shù)量的構(gòu)件進(jìn)行剔鑿，檢測(cè)其鋼筋直徑。經(jīng)查，梁鋼筋主筋數(shù)量、箍筋間距和鋼筋直徑與原設(shè)計(jì)圖紙一致；柱鋼筋主筋數(shù)量、箍筋間距、箍筋直徑與設(shè)計(jì)圖紙一致，個(gè)別柱構(gòu)件的實(shí)際縱筋直徑要大于設(shè)計(jì)縱筋直徑；樓板底兩個(gè)方向底部的鋼筋直徑及間距均與設(shè)計(jì)值相符。

2.2 結(jié)構(gòu)抗震鑒定

該建筑后續(xù)使用年限為40 a，采用B 類建筑抗震鑒定方法進(jìn)行鑒定[5]。

2.2.1 抗震承載力驗(yàn)算

采用北京構(gòu)力科技有限公司開(kāi)發(fā)的PKPM 建筑工程系列軟件V4.3 計(jì)算分析。該結(jié)構(gòu)安全等級(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,抗震設(shè)防類別為丙類，結(jié)構(gòu)抗震等級(jí)為三級(jí)，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，場(chǎng)地類別為Ⅱ類，地面面粗糙度為B類。

樓面恒荷載為4.0 kN/m2，樓面及上人屋面活荷載為2.0 kN/m2，不上人屋面活荷載0.5 kN/m2，樓梯間活荷載3.5 kN/m2，基本風(fēng)壓0.75 kN/m2[6]。檢測(cè)中抽取的混凝土構(gòu)件強(qiáng)度按實(shí)測(cè)值驗(yàn)算，未檢測(cè)構(gòu)件的混凝土強(qiáng)度按推定值計(jì)算。見(jiàn)圖2。

圖2 結(jié)構(gòu)分析模型

2.2.2 抗震措施鑒定

該建筑為雙向框架結(jié)構(gòu)體系，滿足規(guī)范要求；1～2 層平面存在局部突出情況，突出部分的長(zhǎng)度大于寬度且大于該方向總長(zhǎng)度的30%，不滿足標(biāo)準(zhǔn)對(duì)平面規(guī)則性的要求；部分混凝土構(gòu)件實(shí)測(cè)強(qiáng)度低于C20，不滿足標(biāo)準(zhǔn)對(duì)混凝土構(gòu)件最低強(qiáng)度要求；梁、柱的截面尺寸均滿足抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)的要求；梁、柱箍筋間距滿足標(biāo)準(zhǔn)的限值要求。

2.2.3 抗震鑒定結(jié)果

建筑首層為薄弱層，X方向的最小剛度比為0.66，不滿足規(guī)范要求；X、Y方向的最小樓層受剪承載力比值分別為0.63、0.68，不滿足規(guī)范要求；剪重比、層間位移角、位移比、剛重比等均滿足規(guī)范要求。

建筑部分混凝土柱首層的軸壓比高于鑒定標(biāo)準(zhǔn)的限值要求；部分柱構(gòu)件的實(shí)測(cè)縱筋配筋面積低于計(jì)算配筋面積；部分梁構(gòu)件存在跨中梁底縱筋、梁端頂部縱筋或梁端箍筋實(shí)測(cè)面積低于計(jì)算配件面積的情況，個(gè)別梁構(gòu)件出現(xiàn)超筋的現(xiàn)象；部分樓板板底實(shí)測(cè)配筋面積低于計(jì)算面積。

3 加固處理

3.1 加固方案

根據(jù)檢測(cè)鑒定結(jié)果中的問(wèn)題，確定該建筑的加固方案。

1）結(jié)構(gòu)整體指標(biāo)：在原結(jié)構(gòu)首層新增部分剪力墻，增大首層剛度，協(xié)調(diào)首層平面剛度分布。

2）柱構(gòu)件：對(duì)材料強(qiáng)度、承載力不滿足要求的框架柱構(gòu)件采用加大截面或外包型鋼法加固。

3）梁構(gòu)件：對(duì)材料強(qiáng)度、承載力不滿足要求的框架梁構(gòu)件采用置換混凝土、加大截面或粘貼鋼板法加固。

4）板構(gòu)件：對(duì)承載力不滿足要求的樓板采用粘貼碳纖維和粘貼鋼板法加固，對(duì)存在露筋、銹蝕的樓板進(jìn)行除銹和清理。

3.2 體系加固

該建筑的部分整體指標(biāo)不滿足規(guī)范要求，主要由于首層層高過(guò)大和截面平面不規(guī)則所致，在該建筑首層的薄弱位置新增了混凝土墻體，增加并協(xié)調(diào)了首層的側(cè)向剛度。新增墻體的基礎(chǔ)與原結(jié)構(gòu)相同，為方便施工，采用了錨桿靜壓樁。采取該措施后，不僅建筑整體指標(biāo)滿足規(guī)范要求，上部樓層部分梁構(gòu)件的計(jì)算配筋面積也大幅減小，梁超筋的情況也不存在了。

3.3 框架柱加固

對(duì)材料強(qiáng)度、軸壓比不滿足規(guī)范要求的柱構(gòu)件優(yōu)先采用增加截面法加固，不僅可以解決單個(gè)構(gòu)件的承載能力問(wèn)題，還可以提高結(jié)構(gòu)的整體剛度。中柱四面加固；為避免破壞外墻已有的彩繪墻面，對(duì)邊柱三面加固。

對(duì)鋼筋配置不足的柱構(gòu)件采用外包型鋼加固法。該方法施工難度低、作業(yè)快、對(duì)結(jié)構(gòu)外觀影響較小，施工時(shí)，先將混凝土構(gòu)件角部鑿除補(bǔ)成圓角，然后進(jìn)行界面清理、鉆孔、埋置螺栓、涂抹結(jié)構(gòu)膠、粘接、固定及表面處理工作。

3.4 框架梁加固

對(duì)實(shí)測(cè)抗壓強(qiáng)度過(guò)低（低于13 MPa）的構(gòu)件，采用置換混凝土的方法進(jìn)行處理；由于該方法工藝繁瑣、操作上有諸多不便，本工程僅對(duì)少數(shù)混凝土強(qiáng)度過(guò)低、無(wú)法通過(guò)其他方法加固的構(gòu)件采用此方法；對(duì)頂部和底部鋼筋均不足的構(gòu)件采用加大截面的方法加固，既能增加梁的承載能力，也可以對(duì)整體結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度有增大效果；對(duì)局部鋼筋配置不足的梁構(gòu)件采用粘貼鋼板加固法。在梁底通長(zhǎng)粘貼受力鋼板，梁頂受力鋼板的截?cái)辔恢脩?yīng)根據(jù)加固設(shè)計(jì)規(guī)范[7]計(jì)算確定，還應(yīng)滿足相關(guān)的構(gòu)造要求，同時(shí)要設(shè)置“U 形箍”，保證“強(qiáng)剪弱彎”的破壞形態(tài)。

3.5 樓板的加固及處理

對(duì)于鋼筋配置不足的樓板，采用粘貼碳纖維和粘貼鋼板的方法加固。該方法簡(jiǎn)單快捷、對(duì)結(jié)構(gòu)凈空無(wú)明顯影響且加固后結(jié)構(gòu)自重?zé)o明顯增加；對(duì)存在露筋、銹蝕的樓板，先剔除表面質(zhì)量較差的混凝土，對(duì)原鋼筋進(jìn)行打磨、除銹、防腐處理，再采用環(huán)氧樹(shù)脂砂漿恢復(fù)梁截面至剔鑿前尺寸，如果存在打磨后樓板鋼筋配置不足的情況，再采用粘貼碳纖維的方法處理。

4 結(jié)論及建議

1）工程改造加固設(shè)計(jì)應(yīng)以檢測(cè)鑒定結(jié)果為基礎(chǔ)，當(dāng)存檔的設(shè)計(jì)圖紙與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果不一致時(shí)，應(yīng)以現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果為準(zhǔn)。

2）結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)不應(yīng)只關(guān)注構(gòu)件的承載力及配筋問(wèn)題，尤其當(dāng)結(jié)構(gòu)整體存在一定問(wèn)題時(shí)，合理的體系加固可以同時(shí)解決結(jié)構(gòu)存在的諸多問(wèn)題，大大減少加固設(shè)計(jì)及施工的工作量。

3）既有建筑的加固設(shè)計(jì)不能只依靠規(guī)范和圖集，要全面地考慮施工過(guò)程中可能遇到的諸多問(wèn)題，如：是否有施工作業(yè)條件、是否會(huì)有意向保留的外墻裝飾或屋面造型、是否有植筋條件等。

4）對(duì)需要鑿除部分混凝土的情況，設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮是否有必要增設(shè)臨時(shí)支撐并在設(shè)計(jì)文件中加以強(qiáng)調(diào)，以保證施工安全。