北方某劇院結構安全性鑒定評估及加固處理建議

張德智，何定宇

（1.黑龍江省寒地建筑科學研究院，哈爾濱 150080；2.哈爾濱工業大學（威海），山東威海 264209）

0 引言

隨著科技和時代的進步，國家規范要求以及對建筑結構安全性要求也在不斷進步。某劇院已建成40多年并經過改造，結構安全性是否符合現行標準不能得到保障，為了確保未來使用安全，按照國家現行相關規范要求對該劇院進行結構安全性能進行檢測、鑒定，并采用YJK-A 結構計算軟件對其進行重新建模分析，最終給出了結構的安全性等級評定結果，對不滿足要求的關鍵部位提出了加固建議。為該劇院的安全使用以及類似工程的鑒定加固提供了技術參考。

1 工程概況

工程為黑龍江省某劇院，初始建設年代不詳，1975 年開始進行了擴建，1982 年投入使用。該劇院局部地下1 層（原鍋爐房部分、正廳大臺階下部），地上3層，總長度約為72.5m，總寬度為約為41m，建筑總高度舞臺部分為25.55m，其余部分為22.85m。1 層房間主要使用功能為商服及辦公室，2 層房間主要使用功能為舞臺、觀眾廳及門廳，2 層半房間主要使用功能為觀眾廳，3 層房間主要使用功能為排練廳及宿舍。該建筑外墻粘貼飾面磚，采暖方式為散熱器采暖，如圖1所示。

圖1 北方劇場照片

劇院主體為磚混結構，基礎為毛石條形基礎，混凝土柱下獨立基礎及混凝土條形基礎，觀眾廳及舞臺上部屋面結構形式為鋼結構屋架、槽型板屋面，其余屋面為混凝土預制樓板屋面，局部為現澆鋼筋混凝土樓板屋面。舞臺部分原有建筑為單層空曠房屋。擴建時，在舞臺軸軸外墻13.35m 以上每側新增5 根混凝土柱軸軸是普通磚砌體，使舞臺在13.350標高以上變為混合承重結構。后擴建部分為框架結構，后擴建部分與舞臺部分未設伸縮縫及沉降縫。

2 現場結構檢測

2.1 檢測內容及方法

2.1.1 檢測內容

依據現行國家規范[1]，對該劇院進行勘驗內容。①對建筑外觀質量進行全面調查；②對該建筑主體結構外觀、結構構造進行勘驗；③對該建筑地基基礎進行勘測；④對該建筑主體結構混凝土承重構件的混凝土抗壓強度、鋼筋間距、混凝土保護層厚度進行抽樣檢測；⑤對該建筑主體結構砌體承重構件的抗壓強度、砂漿抗壓強度進行抽樣檢測。

2.1.2 檢測方法

根據擬定的鑒定大綱[2]要求，并結合現場的實際情況，對房屋的檢測范圍進行選點，選點原則一是采用有代表性的隨機抽樣方法，二是依據現場的實際情況對重點部位或重要構件進行抽檢。

采用磚回彈儀（ZC4 型）對砌筑紅磚抗壓強度進行檢測；采用貫入式砂漿強度檢測儀（SJY800A 型）對砌筑砂漿抗壓強度進行檢測；采用混凝土回彈儀（ZC3型）對該房屋鋼筋混凝土構件的混凝土抗壓強度進行檢測；采用HC-GY30 混凝土鋼筋檢測儀對建筑混凝土柱及梁鋼筋布置情況進行檢測，并查清建筑是否存在有構造柱、圈梁、拉結筋等構造措施；采用水鉆等工具對混凝土柱及混凝土樓板進行鉆芯取樣并按鉆芯法進行混凝土抗壓強度檢測；采用鋼尺、JG-80 手持激光測距儀對屋面結構平面步子及構件尺寸進行測量；采用超聲波測厚儀測定鋼屋架桿件有效截面厚度。

2.2 檢測結果

2.2.1 地基基礎

圖2 是對該建筑進行基礎探坑情況。經現場勘驗，該建筑所處場地地勢平坦，場地地基穩定，無滑動跡象及滑動史。未發現上部結構出現由地基基礎不均勻沉降產生的變形、裂縫。

圖2 獨立基礎探坑

2.2.2 上部承重結構檢

（1）承重砌體外觀、構造及裂縫變形。對該建筑砌筑塊體進行勘驗，其中砌筑塊體為燒結普通磚，砌筑砂漿為混合砂漿，墻體表面為抹灰飾面。經檢查水平灰縫厚度及水平灰縫寬度在8～12mm 之間。除此之外，該建筑外墻飾面磚已發生脫落，外墻造型破損，挑檐抹灰層脫落，漏水嚴重。

圖3 墻體無拉結

（2）混凝土構件外觀、構造及裂縫變形。對該建筑入口處地下室及臺階進行勘驗，勘驗結果為入口處大臺階下部地下室部分漏水現象比較嚴重，地下室頂板為300mm 厚混凝土樓板，局部地下室頂板為150mm 厚預制樓板上部澆筑150mm 厚現澆鋼筋混凝土樓板，地下室混凝土梁保護層厚度偏小，鋼筋存在銹蝕現象，如圖4 所示。軸外側1 層至屋面的室外鋼爬梯鋼構件銹蝕嚴重，梯板已發生變形，外墻裝飾鋼構件銹蝕嚴重，部分鋼構件已發生變形。四周鋼爬梯及馬道鋼構件存在銹蝕現象，

圖4 鋼筋銹蝕

圖5 該建筑舞臺部分結構勘驗圖，結果為A馬道板存在殘缺、破損現象。且鋼結構部分原①軸外側1 層、2 層頂部懸挑鋼梁，懸挑長度為2500mm。原舞臺部分在13.65m 以上兩側房間屋面漏水嚴重，墻體發霉、長毛，兩側房間用鋼結構構件進行了分隔，使原1 層房間變成了2 層，鋼結構構件銹蝕嚴重，鋼結構上部為鋼筋混凝土樓板，樓板厚度約為50mm，樓板混凝土澆筑質量較差且存在露筋現象，屋面梁在軸上軸至⑤軸間存在豎向裂縫，裂縫寬度0.2～0.5mm，垂直于軸方向的梁鋼筋存在銹蝕現象。

圖5 舞臺部分鋼結構破損圖

圖6 柱中穿管

（3）鋼結構構件外觀、連接構造。圖7 為建筑鋼結構勘驗圖，觀眾廳上部屋架為梯形鋼屋架，鋼屋架跨度為27m，鋼屋架所處環境干燥，屋面未見漏水現象，鋼屋架構件表面油漆良好，鋼屋架有銹蝕現象，鋼屋架水平支撐與鋼屋架焊縫長度不夠，焊接質量較差，部分工字鋼20a 在下弦節點處未設置加勁板，槽鋼18a 在吊桿吊點處未設置加勁板。

圖7 鋼結構勘驗圖

2.2.3 材料強度

檢測對該建筑主體結構混凝土構件的抗壓強度進行抽檢，按照國家現行《回彈法檢測混凝土抗壓強度技術規程》對檢測數據進行數值分析，《鉆芯法檢測混凝土強度技術規程》對回彈數據進行修正。根據混凝土構件抗壓強度檢測結果，混凝土抗壓強度實測值見表1。

表1 混凝土構件抗壓強度M P a

依據現行《貫入法檢測砌筑砂漿抗壓強度技術規程》對該建筑砌體砂漿及磚強度進行檢測。檢測結果如表2 所示。

表2 磚抗壓強度、砂漿抗壓強度M P a

3 結構安全性分析鑒定結果

3.1 結構安全性分析

根據國家現行《民用建筑可靠性鑒定標準》[2]，安全性鑒定工作依構件、子單元、鑒定單元三個層次進行。依據各自的評定結果確定安全性等級。依據子單元各檢查項目和各種構件的評定結果，確定子單元安全性等級；依據各子單元的評定結果，確定鑒定單元的安全性等級。根據該建筑實際結構布置情況，按照現狀進行建模計算，結構實體計算模型圖詳圖如圖8所示。受力分析結果表明，該建筑主體結構部分構件承載力和觀眾廳頂部屋面梯形鋼屋架承載力均不能滿足規范要求。

圖8 劇院實體模型圖

3.2 結構安全性分析及鑒定結果

依據現行國家有關規范，按照實測材料強度及擬改造方案。首先對該建筑實地進行勘驗，根據勘驗結果及規范進行相應的荷載取值后采用北京盈建科軟件股份有限公司研發的YJK-A 結構計算軟件對該樓進行驗算。該建筑為劇場，為重點設防類，對該建筑進行結構系統安全性評估，結果見表3。

表3 結構系統安全性評估

3.2.1 地基基礎部分

工程所處場地地勢平坦，場地地基穩定，無滑動跡象及滑動史，在勘驗過程中未發現該工程由于地基承載力不足出現的上部結構變形、裂縫。因此，該建筑地基基礎安全性評級為Bsu 級。

3.2.2 主體結構

依據現行國家有關規范，按照實測材料強度和國家荷載規范，結合YJK-A 結構計算軟件分析結果，最終主體結構安全性評定等級為Csu 級，應采取相關加固措施。

4 加固措施建議

4.1 混凝土修補及加固

該建筑整體結構安全性不符合國家現行標準評級，并且部分梁、墻、柱出現承載力不足及破損。對抗壓承載力不足、抗震承載力不足的墻段建議采用鋼筋混凝土面層加固法[4]或粘結外包鋼技術，面層加固法技術要求高但加固效果好，而粘結外包鋼技術要求較低，但加固耗費鋼材數量多。首先對該建筑進行整體性加固及修補。在進行加固時盡可能優先選用與原有磚砌體結構設計一致的材料。在設計混凝土強度等級時，應比原有結構的混凝土強度等級提高一級的方法對磚砌體構件進行加固處理[5]。在加固過程中還應該注意盡量減少對原結構的影響和破壞。對不連續處，可進行增梁等方法進行修改傳力路徑進行加固。

4.2 地下室頂板及屋面板保溫防水的修繕

該建筑地下室頂板及屋面板主要出現裂縫并有潮濕、發霉等現象。對于地下室頂板的修繕可采用促凝灰漿修補法，該方法能夠很好地改善地下室的孔洞及漏水。而對于地下結構修補較深、較大的孔洞及裂縫寬度大于0.5mm 的裂縫，施工縫和接縫可用壓力注漿補漏[6]。能夠很好地延長其使用壽命及防水性能。

4.3 鋼構件除銹及修補

該建筑多處出現鋼筋銹蝕的梁、板、柱鋼結構，除了對其進行除銹，還需要對建筑原截面進行修補。可采用噴砂除銹，相對于其他除銹方法對環境污染較小且操作較簡單。加固可采用增大截面加固法、粘貼鋼板加固法等進行加固處理，不影響結構整體性和傳力路徑[7]。除此之外還需要對鋼結構分隔的樓層進行拆除，恢復至原結構。保證建筑的使用安全及提高整體結構性。

4.4 鋼屋架加固

由于該建筑鋼屋架處鋼構件未設置加勁肋且焊縫質量差，因此為了確保使用安全，需要對其進行加固。可以采用加大截面面積或者改變受力路徑方法。加大截面面積可在角鋼焊接型鋼或粘貼鋼板，可以較好的提高承載能力，但是改變了構件面積容易產生附加彎矩[8]。而改變傳力路徑可新增屋架和原有屋架共同受力，能很好地加大承載能力。除此之外還可以使用鋼構套加固法對節點處進行加固，使結合后形成的鋼構套與加固構件共同作用，從而達到提高加固構件承載力和剛度的目的[9]。加固時若需要進行焊縫應注意避免應力集中。

4.5 懸挑鋼梁

該建筑舞臺部分①軸外側1 層、2 層頂部懸挑鋼梁，懸挑長度為2500mm。因此可對該建筑原舞臺①軸外側用型鋼梁做懸挑結構。懸挑結構能夠增加其結構穩定性并且節省鋼材。在設置時應注意設置間距和長度的設置。對于節點連接處可采用焊接、鉚接、普通螺栓或高強度螺栓連接等方法。焊縫加固才進行焊縫長度加長以及附加連接板，對施工人員要求高。對于承受動荷載節點可采用摩擦性螺栓。

5 結語

文中對北方某劇院結構進行現場勘驗和鑒定評估，主要工作及建議如下：

（1）采用回彈儀、貫入式砂漿強度檢測儀、混凝土鋼筋檢測儀、鉆芯法等多種檢測側手段和技術，對北方某劇院進行詳細勘測，包括地基基礎、上部稱重結構和材料強度等，充分掌握了該劇院的破壞現狀。

（2）根據測量結果，對劇院主體結構重新進行建模分析，結果表明該建筑主體結構部分構件承載力和觀眾廳頂部屋面梯形鋼屋架承載力均不能滿足規范要求，在此基礎上，依據相關規范和給出了該結構安全性評定等級。

（3）結合結構特點，分別針對結構的混凝土構件、地下室頂板及屋面板、鋼結構部分進行了加固方案的優選，為類似建筑結構安全性鑒定及加固提供了技術參考。