北方某劇院結(jié)構(gòu)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(xué)研究院，哈爾濱 150080；2.哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海），山東威海 264209）

0 引言

隨著科技和時代的進(jìn)步，國家規(guī)范要求以及對建筑結(jié)構(gòu)安全性要求也在不斷進(jìn)步。某劇院已建成40多年并經(jīng)過改造，結(jié)構(gòu)安全性是否符合現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)不能得到保障，為了確保未來使用安全，按照國家現(xiàn)行相關(guān)規(guī)范要求對該劇院進(jìn)行結(jié)構(gòu)安全性能進(jìn)行檢測、鑒定，并采用YJK-A 結(jié)構(gòu)計算軟件對其進(jìn)行重新建模分析，最終給出了結(jié)構(gòu)的安全性等級評定結(jié)果，對不滿足要求的關(guān)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(shù)參考。

1 工程概況

工程為黑龍江省某劇院，初始建設(shè)年代不詳，1975 年開始進(jìn)行了擴(kuò)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(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)為毛石條形基礎(chǔ)，混凝土柱下獨立基礎(chǔ)及混凝土條形基礎(chǔ)，觀眾廳及舞臺上部屋面結(jié)構(gòu)形式為鋼結(jié)構(gòu)屋架、槽型板屋面，其余屋面為混凝土預(yù)制樓板屋面，局部為現(xiàn)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(kuò)建時，在舞臺軸軸外墻13.35m 以上每側(cè)新增5 根混凝土柱軸軸是普通磚砌體，使舞臺在13.350標(biāo)高以上變?yōu)榛旌铣兄亟Y(jié)構(gòu)。后擴(kuò)建部分為框架結(jié)構(gòu)，后擴(kuò)建部分與舞臺部分未設(shè)伸縮縫及沉降縫。

2 現(xiàn)場結(jié)構(gòu)檢測

2.1 檢測內(nèi)容及方法

2.1.1 檢測內(nèi)容

依據(jù)現(xiàn)行國家規(guī)范[1]，對該劇院進(jìn)行勘驗內(nèi)容。①對建筑外觀質(zhì)量進(jìn)行全面調(diào)查；②對該建筑主體結(jié)構(gòu)外觀、結(jié)構(gòu)構(gòu)造進(jìn)行勘驗；③對該建筑地基基礎(chǔ)進(jìn)行勘測；④對該建筑主體結(jié)構(gòu)混凝土承重構(gòu)件的混凝土抗壓強(qiáng)度、鋼筋間距、混凝土保護(hù)層厚度進(jìn)行抽樣檢測；⑤對該建筑主體結(jié)構(gòu)砌體承重構(gòu)件的抗壓強(qiáng)度、砂漿抗壓強(qiáng)度進(jìn)行抽樣檢測。

2.1.2 檢測方法

根據(jù)擬定的鑒定大綱[2]要求，并結(jié)合現(xiàn)場的實際情況，對房屋的檢測范圍進(jìn)行選點，選點原則一是采用有代表性的隨機(jī)抽樣方法，二是依據(jù)現(xiàn)場的實際情況對重點部位或重要構(gòu)件進(jìn)行抽檢。

采用磚回彈儀（ZC4 型）對砌筑紅磚抗壓強(qiáng)度進(jìn)行檢測；采用貫入式砂漿強(qiáng)度檢測儀（SJY800A 型）對砌筑砂漿抗壓強(qiáng)度進(jìn)行檢測；采用混凝土回彈儀（ZC3型）對該房屋鋼筋混凝土構(gòu)件的混凝土抗壓強(qiáng)度進(jìn)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(jìn)行檢測，并查清建筑是否存在有構(gòu)造柱、圈梁、拉結(jié)筋等構(gòu)造措施；采用水鉆等工具對混凝土柱及混凝土樓板進(jìn)行鉆芯取樣并按鉆芯法進(jìn)行混凝土抗壓強(qiáng)度檢測；采用鋼尺、JG-80 手持激光測距儀對屋面結(jié)構(gòu)平面步子及構(gòu)件尺寸進(jìn)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(jié)果

2.2.1 地基基礎(chǔ)

圖2 是對該建筑進(jìn)行基礎(chǔ)探坑情況。經(jīng)現(xiàn)場勘驗，該建筑所處場地地勢平坦，場地地基穩(wěn)定，無滑動跡象及滑動史。未發(fā)現(xiàn)上部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)由地基基礎(chǔ)不均勻沉降產(chǎn)生的變形、裂縫。

圖2 獨立基礎(chǔ)探坑

2.2.2 上部承重結(jié)構(gòu)檢

（1）承重砌體外觀、構(gòu)造及裂縫變形。對該建筑砌筑塊體進(jìn)行勘驗，其中砌筑塊體為燒結(jié)普通磚，砌筑砂漿為混合砂漿，墻體表面為抹灰飾面。經(jīng)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(fā)生脫落，外墻造型破損，挑檐抹灰層脫落，漏水嚴(yán)重。

圖3 墻體無拉結(jié)

（2）混凝土構(gòu)件外觀、構(gòu)造及裂縫變形。對該建筑入口處地下室及臺階進(jìn)行勘驗，勘驗結(jié)果為入口處大臺階下部地下室部分漏水現(xiàn)象比較嚴(yán)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(yù)制樓板上部澆筑150mm 厚現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板，地下室混凝土梁保護(hù)層厚度偏小，鋼筋存在銹蝕現(xiàn)象，如圖4 所示。軸外側(cè)1 層至屋面的室外鋼爬梯鋼構(gòu)件銹蝕嚴(yán)重，梯板已發(fā)生變形，外墻裝飾鋼構(gòu)件銹蝕嚴(yán)重，部分鋼構(gòu)件已發(fā)生變形。四周鋼爬梯及馬道鋼構(gòu)件存在銹蝕現(xiàn)象，

圖4 鋼筋銹蝕

圖5 該建筑舞臺部分結(jié)構(gòu)勘驗圖，結(jié)果為A馬道板存在殘缺、破損現(xiàn)象。且鋼結(jié)構(gòu)部分原①軸外側(cè)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(cè)房間屋面漏水嚴(yán)重，墻體發(fā)霉、長毛，兩側(cè)房間用鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行了分隔，使原1 層房間變成了2 層，鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件銹蝕嚴(yán)重，鋼結(jié)構(gòu)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(zhì)量較差且存在露筋現(xiàn)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(xiàn)象。

圖5 舞臺部分鋼結(jié)構(gòu)破損圖

圖6 柱中穿管

（3）鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件外觀、連接構(gòu)造。圖7 為建筑鋼結(jié)構(gòu)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(huán)境干燥，屋面未見漏水現(xiàn)象，鋼屋架構(gòu)件表面油漆良好，鋼屋架有銹蝕現(xiàn)象，鋼屋架水平支撐與鋼屋架焊縫長度不夠，焊接質(zhì)量較差，部分工字鋼20a 在下弦節(jié)點處未設(shè)置加勁板，槽鋼18a 在吊桿吊點處未設(shè)置加勁板。

圖7 鋼結(jié)構(gòu)勘驗圖

2.2.3 材料強(qiáng)度

檢測對該建筑主體結(jié)構(gòu)混凝土構(gòu)件的抗壓強(qiáng)度進(jìn)行抽檢，按照國家現(xiàn)行《回彈法檢測混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》對檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)值分析，《鉆芯法檢測混凝土強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》對回彈數(shù)據(jù)進(jìn)行修正。根據(jù)混凝土構(gòu)件抗壓強(qiáng)度檢測結(jié)果，混凝土抗壓強(qiáng)度實測值見表1。

表1 混凝土構(gòu)件抗壓強(qiáng)度M P a

依據(jù)現(xiàn)行《貫入法檢測砌筑砂漿抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》對該建筑砌體砂漿及磚強(qiáng)度進(jìn)行檢測。檢測結(jié)果如表2 所示。

表2 磚抗壓強(qiáng)度、砂漿抗壓強(qiáng)度M P a

3 結(jié)構(gòu)安全性分析鑒定結(jié)果

3.1 結(jié)構(gòu)安全性分析

根據(jù)國家現(xiàn)行《民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》[2]，安全性鑒定工作依構(gòu)件、子單元、鑒定單元三個層次進(jìn)行。依據(jù)各自的評定結(jié)果確定安全性等級。依據(jù)子單元各檢查項目和各種構(gòu)件的評定結(jié)果，確定子單元安全性等級；依據(jù)各子單元的評定結(jié)果，確定鑒定單元的安全性等級。根據(jù)該建筑實際結(jié)構(gòu)布置情況，按照現(xiàn)狀進(jìn)行建模計算，結(jié)構(gòu)實體計算模型圖詳圖如圖8所示。受力分析結(jié)果表明，該建筑主體結(jié)構(gòu)部分構(gòu)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(guī)范要求。

圖8 劇院實體模型圖

3.2 結(jié)構(gòu)安全性分析及鑒定結(jié)果

依據(jù)現(xiàn)行國家有關(guān)規(guī)范，按照實測材料強(qiáng)度及擬改造方案。首先對該建筑實地進(jìn)行勘驗，根據(jù)勘驗結(jié)果及規(guī)范進(jìn)行相應(yīng)的荷載取值后采用北京盈建科軟件股份有限公司研發(fā)的YJK-A 結(jié)構(gòu)計算軟件對該樓進(jìn)行驗算。該建筑為劇場，為重點設(shè)防類，對該建筑進(jìn)行結(jié)構(gòu)系統(tǒng)安全性評估，結(jié)果見表3。

表3 結(jié)構(gòu)系統(tǒng)安全性評估

3.2.1 地基基礎(chǔ)部分

工程所處場地地勢平坦，場地地基穩(wěn)定，無滑動跡象及滑動史，在勘驗過程中未發(fā)現(xiàn)該工程由于地基承載力不足出現(xiàn)的上部結(jié)構(gòu)變形、裂縫。因此，該建筑地基基礎(chǔ)安全性評級為Bsu 級。

3.2.2 主體結(jié)構(gòu)

依據(jù)現(xiàn)行國家有關(guān)規(guī)范，按照實測材料強(qiáng)度和國家荷載規(guī)范，結(jié)合YJK-A 結(jié)構(gòu)計算軟件分析結(jié)果，最終主體結(jié)構(gòu)安全性評定等級為Csu 級，應(yīng)采取相關(guān)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(jié)構(gòu)安全性不符合國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)評級，并且部分梁、墻、柱出現(xiàn)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(jié)外包鋼技術(shù)，面層加固法技術(shù)要求高但加固效果好，而粘結(jié)外包鋼技術(shù)要求較低，但加固耗費鋼材數(shù)量多。首先對該建筑進(jìn)行整體性加固及修補。在進(jìn)行加固時盡可能優(yōu)先選用與原有磚砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計一致的材料。在設(shè)計混凝土強(qiáng)度等級時，應(yīng)比原有結(jié)構(gòu)的混凝土強(qiáng)度等級提高一級的方法對磚砌體構(gòu)件進(jìn)行加固處理[5]。在加固過程中還應(yīng)該注意盡量減少對原結(jié)構(gòu)的影響和破壞。對不連續(xù)處，可進(jìn)行增梁等方法進(jìn)行修改傳力路徑進(jìn)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(xiàn)裂縫并有潮濕、發(fā)霉等現(xiàn)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(jié)構(gòu)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(gòu)件除銹及修補

該建筑多處出現(xiàn)鋼筋銹蝕的梁、板、柱鋼結(jié)構(gòu)，除了對其進(jìn)行除銹，還需要對建筑原截面進(jìn)行修補?？刹捎脟娚俺P，相對于其他除銹方法對環(huán)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(jìn)行加固處理，不影響結(jié)構(gòu)整體性和傳力路徑[7]。除此之外還需要對鋼結(jié)構(gòu)分隔的樓層進(jìn)行拆除，恢復(fù)至原結(jié)構(gòu)。保證建筑的使用安全及提高整體結(jié)構(gòu)性。

4.4 鋼屋架加固

由于該建筑鋼屋架處鋼構(gòu)件未設(shè)置加勁肋且焊縫質(zhì)量差，因此為了確保使用安全，需要對其進(jìn)行加固?？梢圆捎眉哟蠼孛婷娣e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(gòu)件面積容易產(chǎn)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(gòu)套加固法對節(jié)點處進(jìn)行加固，使結(jié)合后形成的鋼構(gòu)套與加固構(gòu)件共同作用，從而達(dá)到提高加固構(gòu)件承載力和剛度的目的[9]。加固時若需要進(jìn)行焊縫應(yīng)注意避免應(yīng)力集中。

4.5 懸挑鋼梁

該建筑舞臺部分①軸外側(cè)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(cè)用型鋼梁做懸挑結(jié)構(gòu)。懸挑結(jié)構(gòu)能夠增加其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性并且節(jié)省鋼材。在設(shè)置時應(yīng)注意設(shè)置間距和長度的設(shè)置。對于節(jié)點連接處可采用焊接、鉚接、普通螺栓或高強(qiáng)度螺栓連接等方法。焊縫加固才進(jìn)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(jié)點可采用摩擦性螺栓。

5 結(jié)語

文中對北方某劇院結(jié)構(gòu)進(jìn)行現(xiàn)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(qiáng)度檢測儀、混凝土鋼筋檢測儀、鉆芯法等多種檢測側(cè)手段和技術(shù)，對北方某劇院進(jìn)行詳細(xì)勘測，包括地基基礎(chǔ)、上部稱重結(jié)構(gòu)和材料強(qiáng)度等，充分掌握了該劇院的破壞現(xiàn)狀。

（2）根據(jù)測量結(jié)果，對劇院主體結(jié)構(gòu)重新進(jìn)行建模分析，結(jié)果表明該建筑主體結(jié)構(gòu)部分構(gòu)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(guī)范要求，在此基礎(chǔ)上，依據(jù)相關(guān)規(guī)范和給出了該結(jié)構(gòu)安全性評定等級。

（3）結(jié)合結(jié)構(gòu)特點，分別針對結(jié)構(gòu)的混凝土構(gòu)件、地下室頂板及屋面板、鋼結(jié)構(gòu)部分進(jìn)行了加固方案的優(yōu)選，為類似建筑結(jié)構(gòu)安全性鑒定及加固提供了技術(shù)參考。