某公寓結構安全性及抗震檢測鑒定和加固方案

孟 瑋

(南京航空航天大學,江蘇 南京 210000)

0 引言

隨著我國社會發展及科技進步,人們對房屋建筑使用功能的需求不斷提高的同時,對建筑安全的需求也在與日俱增,因此,社會房屋建筑安全管理水平也在隨之提高[1]。部分建設時間早的建筑因年代久遠,使用功能難以滿足當下的要求,需修繕改造,但由于該建筑建設時期規范標準普遍較現行規范標準低,加之在多年的使用中建筑出現的材料老化、鋼材銹蝕、結構構件開裂等情況[2],導致結構安全性能下降,不能滿足現行相關規范的要求,繼續使用會存在結構安全隱患。因此,改造前應對建筑進行結構安全性及抗震鑒定,并根據鑒定結論和國家現行的相關標準規范采取加固措施,使其滿足結構安全規范要求。

磚混結構的建筑物結構特點為:承擔豎向荷載的墻用砌塊或磚砌筑,構造柱和承擔橫向荷載的梁、板等構件為鋼筋混凝土材質[3]。該結構隨著水泥、混凝土和鋼筋混凝土的應用在19紀中葉迅速興起,在現有建筑中占很大比例。磚混結構建筑具有一定的承重和抗震性能,但組成磚混結構建筑的基本材料和連接方式決定了其脆性性質[4],其中磚墻使用的磚和砌塊材料的抗拉、抗剪強度不高,自重較大且整體性較差,因此容易發生脆性破壞,抗震性能低。此外,隨著砌塊及砂漿強度的不斷衰減,房屋整體結構強度逐年下降,不能滿足使用要求,結構抗震性能變差,加之年久失修和早期施工水平的限制,老舊磚混結構房屋存在諸多安全隱患。

1 工程概況

某公寓位于江蘇省南京市,建于2000年,建筑總面積約為3 803.8 m2,為地下1層、地上6層的磚混結構,地下1層層高3.0 m,地上1層—6層層高3.3 m。該建筑主體結構地下室承重墻體采用燒結普通磚砌筑,地上承重墻體采用KP1多孔磚砌筑,墻厚均為240 mm,樓面、屋面均采用現澆混凝土板。該建筑結構由4個相同的單元對稱組成,總平面圖見圖1,每個單元的基礎結構平面圖見圖2,地上標準層單元結構平面圖見圖3。

2 檢測鑒定內容和方法

2.1 外觀質量檢查

經現場檢測,該建筑未見主要承重墻體、混凝土構件存在明顯裂縫或其他結構性損傷。

經現場觀察,該建筑圍護結構存在如下缺陷:1)石膏封邊開裂,有脫落的跡象;2)梁粉刷層起鼓、脫落;3)墻體存在滲水現象,粉刷層起鼓、脫落;4)外墻面粉刷層霉變、起鼓、脫落。

2.2 軸線尺寸復核結果

采用手持式測距儀對該建筑8處軸線尺寸進行抽檢復核。現場檢測操作按照GB 50344—2019建筑結構檢測技術標準[5]和GB 50203—2011砌體結構工程施工質量驗收規范[6]的有關規定進行,檢測結果中,3層(2-1)-(2-2)×(2-B)軸線位置偏差為+8 mm,為該建筑最大軸線尺寸偏差,小于GB 50203—2011砌體結構工程施工質量驗收規范第5.3.3條中表5.3.3規定的軸線位置允許偏差±10 mm,滿足規范要求。

2.3 混凝土構件強度檢測

根據JGJ/T 23—2011回彈法檢測混凝土抗壓強度技術規程[7]的要求,采用回彈法對構件混凝土強度進行檢測。按照GB/T 50344—2019建筑結構檢測技術標準[8]中第3.2.4條規定,根據結構的混凝土強度分布情況和體量進行檢驗批劃分,結合現場情況,隨機抽檢各層梁的混凝土強度。經檢測:該建筑混凝土構件的現齡期抗壓強度推定值為20.6 MPa～21.4 MPa,滿足設計強度等級C20的要求。

2.4 砌筑砂漿抗壓強度檢測

根據JGJ/T 136—2017貫入法檢測砌筑砂漿抗壓強度技術規程[9]的要求,現場隨機抽取26片墻體,采用貫入法對砂漿抗壓強度進行檢測。經檢測:砂漿抗壓強度推定值為4.0 MPa～9.6 MPa,有23片墻體砌筑砂漿抗壓強度不符合設計要求。

2.5 磚抗壓強度

按照GB/T 50315—2011砌體工程現場檢測技術標準[10]的要求現場隨機抽取26片墻體,采用回彈法對磚抗壓強度進行檢測。經檢測:磚抗壓強度推定值為12.0 MPa～15.7 MPa,符合設計要求。

2.6 構件截面尺寸

按照GB/T 50784—2013混凝土結構現場檢測技術標準[11]現場隨機抽取混凝土梁構件,進行截面尺寸檢測。經檢測:隨機抽取的構件截面尺寸最大偏差為+5 mm,-2 mm,小于GB 50204—2015混凝土結構工程施工質量驗收規范[12]第8.3.2條規定的允許偏差+10 mm,-5 mm,符合設計要求。

2.7 構件鋼筋配置檢測

按照JGJ/T 152—2019混凝土中鋼筋檢測技術標準[13]的有關規定,現場采用鋼筋探測儀對抽檢層混凝土梁、板的鋼筋配置進行了抽樣檢測。經檢測,該建筑梁、板鋼筋配置及保護層厚度均滿足設計和規范要求。

2.8 地基基礎檢測鑒定

經現場勘察,在該磚混結構建筑的上部主要承重構件中,未發現因下部地基不均勻沉降造成的顯著開裂等不良現象。

2.9 抗震鑒定

該建筑抗震設防烈度為7度,根據GB 50023—2009建筑抗震鑒定標準[14]的要求和建筑使用實際情況,該建筑按A類建筑,即后續使用年限為30 a為標準,并依據GB 50011—2010建筑抗震設計規范[15]的相關要求對該建筑進行抗震能力鑒定。以下為第一級鑒定:

1)地基基礎、場地狀況鑒定。經現場鑒定,該建筑基礎工作狀態正常,地基基礎無嚴重靜載缺陷、無不均勻沉降,且未發現該建筑結構存在明顯的變形等異常情況。

2)上部結構外觀和內在質量鑒定。經檢查鑒定,該建筑支承主梁的承重墻體無顯著裂縫,上部結構墻體中亦未發現酥堿、空鼓及明顯歪閃等情況,屋蓋構件無明顯變形,混凝土構件無開裂或局部剝落,鋼筋無露筋、銹蝕,滿足規范要求。

3)抗震構造措施鑒定。對該建筑的結構體系、承重墻體的材料強度等級、連接構造的整體性、局部易倒塌部件及其連接的評估項進行鑒定,得出:

a.層數、最大高度、多孔磚墻厚度不滿足GB 50023—2009建筑抗震鑒定標準要求。b.承重外墻盡端至門窗洞邊的最小距離不滿足GB 50023—2009建筑抗震鑒定標準和GB 50011—2010建筑抗震設計規范要求。c.其余評估項滿足規范要求。

綜上,該建筑在第一級抗震鑒定中,存在不滿足規范和標準要求的情況,因此,后續需要使用樓層綜合抗震能力指數法對該建筑進行第二級抗震鑒定。

3 結構承載力及抗震能力驗算

3.1 計算參數

該多層磚混結構公寓此次修繕改造目的為結構加固并延長其工作年限,根據GB 55021—2021既有建筑鑒定與加固通用規范[16]4.2.2第2條,應在調查結構上實際作用的荷載及擬新增荷載的基礎上,按照現行規范與標準的規定進行驗算。根據原結構圖紙和現場結構檢測結果,采用PKPM結構計算軟件對房屋整體建模,進行承載力復核及抗震性驗算,計算參數取值情況如下:

1)屋面、樓面的永久荷載標準值:參照GB 50009—2012建筑結構荷載規范[17]的相關規定取值計算。

2)樓面可變荷載取值:衛生間4.0 kN/m2、房間2.0 kN/m2、樓梯間3.5 kN/m2。

3)屋面可變荷載取值:2.0 kN/m2。

4)風荷載取值:地面粗糙度類別為C類,基本風壓0.45 kN/m2。

5)地震作用情況:根據使用功能的重要性,該建筑抗震設防類別為丙類;根據中國地震參數區劃圖,江蘇南京的設計地震分組為第1組,抗震設防烈度為7度,設計基本地震加速度值為0.10g。

3.2 鑒定結論

3.2.1 安全性鑒定評級

依據GB 50292—2015民用建筑可靠性鑒定標準[18]的要求對該建筑進行分層鑒定,將該磚混結構建筑劃分為3個層次,分別為“子單元中的每一種構件”“子單元”及“鑒定單元”,且每個層次都分為4個安全性等級(Au,Bu,Cu,Du)。分層鑒定步驟如下:

第一層次鑒定:依據子單元中每一種構件的檢測數據和模型計算結果,確定各個子單元中的每種構件的等級。

第二層次鑒定:依據第一層次鑒定中子單元中的每種構件和各個檢查項目的等級評定結果,確定各個子單元的等級。

第三層次鑒定:依據第二層次鑒定中各個子單元的等級評定結果,取子單元較低等級作為鑒定單元的安全性等級。

依據GB 50292—2015民用建筑可靠性鑒定標準,將該磚混結構建筑的子單元劃分為地基基礎、上部承重結構和圍護系統3個子單元。經第一、二、三層次鑒定,該鑒定單元安全性鑒定評級結果為Dsu級,鑒定單元的安全性鑒定評級詳見表1。

表1 鑒定單元安全性鑒定評級

3.2.2 抗震性鑒定結果

經二級鑒定——綜合抗震能力指數驗算,該建筑一、二層樓層綜合抗震能力不滿足GB 50023—2009建筑抗震鑒定標準的要求,部分墻抗震能力不滿足GB 50011—2010建筑抗震設計規范的要求。

3.2.3 鑒定結論及建議

安全性鑒定:該磚混結構公寓建筑結構的安全性最終評定為Dsu等級,距Asu級的要求相差甚遠,對房屋的承載能力存在很大的影響。

抗震性鑒定:該磚混結構公寓建筑經一級和二級抗震鑒定,其抗震性能不能達到抗震鑒定的要求。

綜上,對該磚混結構公寓建筑建議采用專業技術措施處理,提高房屋的承載能力、整體性及結構抗震能力。

4 加固設計方案

為使該建筑結構安全性和抗震能力滿足規范要求,且盡可能避免該樓的使用功能受房屋加固的影響,根據結構安全性和抗震能力鑒定結論及相關建議,針對該建筑存在的不同問題,做出加固設計方案如圖4所示。

1)-1層新增條形基礎:原建筑1層—6層的(②軸)/(A-B軸)、(②軸)/(C-D軸)8個區域設計有墻體,而-1層未設計墻體。在-1層上述區域開挖并根據建筑原有基礎做法新增抗震墻基礎,做法如圖5所示。新加抗震墻基礎混凝土強度等級為C35(抗滲等級P6),墊層混凝土強度等級為C15,與原基礎交接處按新老混凝土交接面做法處理,并新增鋼筋植入原基礎內,植入深度大于20d。

2)-1層新增墻體:在-1層地下室新增基礎區域新砌墻體與原建筑梁連接,墻體采用240 mm厚MU15混凝土實心磚,M10水泥砂漿砌筑。新增墻與原柱采用鍵槽及2φ6@600 mm拉結筋連接。墻體頂部120 mm高度處用φ12@500 mm鋼筋植入原梁,用C20混凝土澆筑。新增墻做法如圖6,圖7所示。

3)1層—2層部分窗洞封堵:綜合考慮加固和使用需求,對采光要求較低的衛生間(衛生間設置排風機滿足通風需要)窗洞口采用砌筑和灌漿料澆筑方法封堵,砌筑采用MU15混凝土實心磚,M10水泥砂漿,保留300 mm寬度。窗洞口填實做法如圖8所示。

4)-1層、1層、2層部分墻體加固:將原墻面拆除至結構層,并清洗表面,剔除部分粉化嚴重的磚墻,鑿除墻體灰縫5 mm～10 mm,用水潤濕墻面后,采用45 mm厚單面鋼筋網聚合物砂漿面層加固,所有鉆孔用膠粘劑灌注填實。聚合物砂漿分層粉刷,每層厚度不超過15 mm,粉刷完成后澆水養護3 d。內墻樓板加固做法如圖9—圖13所示。

5 結語

本文以工程實際為例,介紹了某磚混結構公寓結構安全性及抗震鑒定的流程和基本內容,并根據原設計圖紙、鑒定結論和該建筑使用情況做出了合理的加固設計方案。

1)在查閱原結構圖紙后,利用實地檢測數據進行了結構承載力復核和抗震性驗算并分析得出:該磚混結構公寓建筑結構的安全性等級為Dsu級,同時其綜合抗震能力亦不符合抗震鑒定的要求。

2)根據鑒定結論和該建筑使用情況,對該房屋采取專業加固技術措施處理,提高房屋的承載能力、整體性及結構抗震能力,具體措施包括:-1層新增條形基礎并在新增基礎上新增承重墻體;1層—2層部分窗洞封堵加固;-1層、1層、2層部分墻體鋼筋混凝土面層加固。

綜上所述,該加固設計方案在保證建筑滿足安全結構安全性及抗震要求的同時,也為后續該建筑的修繕改造打好了基礎。