考慮危險構(gòu)件關(guān)聯(lián)性影響的建筑危險性鑒定研究

胡漢敏

(福州外語外貿(mào)學院 福建福州 350202)

隨著科學技術(shù)的發(fā)展，建筑結(jié)構(gòu)形式逐漸由木結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)向鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)及鋼結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，但20世紀末到21世紀初建造起來的砌體結(jié)構(gòu)大多未達到使用壽命，而該既有建筑的安全度水平可能低于現(xiàn)行國家標準[1-3]，且在使用過程中，建筑在外界環(huán)境及荷載效應(yīng)作用下，因自身材料老化、腐蝕會出現(xiàn)不同程度的損傷，給建筑結(jié)構(gòu)的安全使用性能造成了不同程度的威脅，因此對建筑特別是既有建筑進行有效、科學、可靠地危險性鑒定就顯得尤為必要[4-5]。

本文以福建某教學樓為例，先對建筑結(jié)構(gòu)進行裂縫、傾斜或不均勻沉降測量、材料強度檢測及結(jié)構(gòu)靜力驗算分析，評定出結(jié)構(gòu)危險構(gòu)件，再分別就考慮危險構(gòu)件及未考慮危險構(gòu)件對結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)性影響進行建筑危險性鑒定分析。

1 工程概況

福建某小學教學樓為三層磚混結(jié)構(gòu)，上部結(jié)構(gòu)采用240 mm厚粘土實心磚墻承重，樓、屋蓋均為現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，建筑總高度為10.1 m，總建筑面積約990 m2，基礎(chǔ)采用墻下磚條形基礎(chǔ)。該工程地處抗震設(shè)防烈度6度區(qū)(0.05 g)，抗震設(shè)防類別為重點設(shè)防類(乙類)，約于1985年施工建成，已投入使用約31年，為了解本工程的結(jié)構(gòu)安全狀況，需對其進行建筑危險性進行鑒定。經(jīng)現(xiàn)場檢查，該建筑于A軸及B軸主梁支承處設(shè)置490 mm×370 mm磚柱，編號為Z1～Z10，各層墻體均設(shè)置閉合圈梁，其余部位均未設(shè)置構(gòu)造柱。樓梯間設(shè)在3軸及4軸之間，結(jié)構(gòu)平面圖如圖1所示。

圖1 建筑結(jié)構(gòu)平面圖(單位：mm)

2 結(jié)構(gòu)受損構(gòu)件檢測與分析

2.1 結(jié)構(gòu)整體情況調(diào)查

結(jié)構(gòu)砌體為錯縫搭砌，縱橫墻采用馬牙槎砌筑，墻體內(nèi)無煙道、通風道等豎向孔道；各墻體及其連接處未見明顯酥堿和歪閃等異常情況，且未發(fā)現(xiàn)存在明顯變形及裂縫?；炷翗?gòu)件未見明顯開裂、變形及破壞跡象，鋼筋無露筋、銹蝕。經(jīng)現(xiàn)場檢查，二層及三層走廊樓板板底均出現(xiàn)明顯開裂、滲水現(xiàn)象，如圖2、圖3；走廊欄板均設(shè)置圈梁，與主體結(jié)構(gòu)連接構(gòu)造合理，未見明顯裂損、松動及變形等異常情況。其余門窗等圍護結(jié)構(gòu)未見明顯異常。

圖2 二層樓板開裂滲水

圖3三層樓板開裂滲水

圖4 建筑物側(cè)向位移及沉降測點布置示意圖(單位：mm)

2.2 結(jié)構(gòu)變形檢測

根據(jù)《危險房屋鑒定標準》(JGJ125-2016)[6]要求，對結(jié)構(gòu)進行了墻體傾斜度及基礎(chǔ)沉降變形檢測，根據(jù)現(xiàn)場情況布置兩個基準觀測點，編號為JZ1～JZ2，沿著墻體陽角面布置8個側(cè)向位移測量點 ，編號為S1～S8，在四個陽角處布置沉降觀測點，編號為C1～C4，測點布置如圖4所示，測點示意圖中“→”表示結(jié)構(gòu)頂點相對于底部的側(cè)移方向。建筑側(cè)向位移利用全站儀觀測，沉降變形利用水準儀觀測，其中沉降觀測時長2個月，結(jié)構(gòu)變形檢測結(jié)果見表1及表2。

表1 建筑側(cè)向位移測量結(jié)果

表2 建筑沉降觀測量結(jié)果

從表1可知，結(jié)構(gòu)實測結(jié)構(gòu)最大側(cè)向位移為H/759，測點最大側(cè)向位移為12.6 mm，滿足《危險房屋鑒定標準》第4.2.1及5.3條對墻體傾斜度變形的規(guī)定。從表2可知，在2個月沉降觀測周期內(nèi)，結(jié)構(gòu)沉降測點最大變形為0.3 mm/月，滿足規(guī)范規(guī)定對地基沉降速率的要求，結(jié)構(gòu)在整體變形上，沒有明顯異常。

2.3 地基基礎(chǔ)檢查

受現(xiàn)場條件限制，本工程未進行基礎(chǔ)開挖。經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查，建筑物周邊地面未見明顯沉陷，未發(fā)現(xiàn)基礎(chǔ)因不均勻沉降造成的上部結(jié)構(gòu)變形及開裂。

2.4 砌體強度檢測

砌體結(jié)構(gòu)強度檢測，包括砂漿的強度和普通黏土磚的強度檢測[7]。砌筑砂漿抗壓強度貫入法檢測結(jié)果見表3，現(xiàn)場抽取5片墻進行普通黏土磚抗壓強度回彈試驗，試驗結(jié)果見表4。

(4)現(xiàn)場驗證結(jié)果表明，BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預測模型在實際生產(chǎn)中的應(yīng)用效果較為理想，其平均相對誤差僅為2.10%，利用此模型可對天然氣脫硫裝置MDEA溶液吸收能力進行準確預測。

表3 砌筑砂漿抗壓強度貫入法檢測結(jié)果匯總表

表4 磚抗壓強度回彈法檢測結(jié)果匯總表

實測磚抗壓強度均達到MU7.5強度等級指標要求，實測砌筑砂漿抗壓強度推定值為2.9～3.3 MPa，滿足規(guī)范規(guī)定的最低強度等級MU7.5及M1的要求。

2.5 結(jié)構(gòu)靜力驗算與分析

建筑結(jié)構(gòu)承載能力采用PKPM進行驗算分析。本鑒定工程安全等級為二級，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)r0取1.0。根據(jù)規(guī)范[8]的規(guī)定，靜力計算時墻體可不考慮風荷載的影響。結(jié)構(gòu)自重按軟件自動計算，樓板以實際厚度取值，裝修橫荷載取1.2 kN/m2，辦公室活荷載取2.0 kN/m2,教室、衛(wèi)生間活荷載取2.5 kN/m2，走廊、樓梯活荷載取3.5 kN/m2，不上人屋面活荷載取0.5 kN/m2。墻體磚抗壓強度根據(jù)檢測結(jié)果按MU7.5等級考慮；砌筑砂漿抗壓強度根據(jù)檢測結(jié)果按M2.5等級考慮。

經(jīng)計算，各層墻體高厚比、二層及三層墻體受壓承載能力、局部受壓承載能力均滿足規(guī)范要求；但一層A軸向所有維護墻體受壓承載能力及B軸上Z9磚柱局部受壓承載能力不滿足規(guī)范要求，計算結(jié)果詳見圖5、圖6。

注：圖中數(shù)值表示抗力與荷載效應(yīng)之比，小于1表示受壓承載力不滿足

注：圖中數(shù)值表示抗力/荷載效應(yīng)

3 結(jié)構(gòu)鑒定評級

在確定危險構(gòu)件時，若不考慮危險構(gòu)件對結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)性影響，將造成建筑安全性鑒定的結(jié)果偏于保守[9]，當構(gòu)件危險性呈關(guān)聯(lián)性時，應(yīng)聯(lián)系結(jié)構(gòu)的關(guān)聯(lián)性判定其影響范圍。因此本文分別就考慮危險構(gòu)件及未考慮危險構(gòu)件對結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)性影響進行建筑危險性進行鑒定評級分析。

3.1 確認建筑危險構(gòu)件

通過結(jié)構(gòu)受損構(gòu)件檢測與分析可知，本工程結(jié)構(gòu)危險構(gòu)件包括二三層走廊所有樓板、一層A軸所有圍護墻體及一層Z9磚柱。二三層走廊樓板及一層A軸所有圍護墻體發(fā)生破壞或者失效，不會對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生安全隱患，但一層Z9磚柱破壞或者失效，將導致二層及三層Z9磚柱、Z2-Z9軸一層至三層主梁發(fā)生破壞或失效，并將進一步引起軸A～軸B/軸2～軸3區(qū)域6塊樓板及4根次梁發(fā)生破壞或失效。雖然上述分析的構(gòu)件還不屬于危險構(gòu)件，但其一旦破壞或失效，都將給該結(jié)構(gòu)使用埋下重大的安全隱患。因此，二層及三層Z9磚柱、Z2-Z9軸一層至三層主梁、軸A～軸B/軸2～軸3區(qū)域6塊樓板及2根次梁也需劃分為危險構(gòu)件，參與到建筑危險性鑒定。

3.2 未考慮危險構(gòu)件對建筑危險性進行鑒定評級

先對基礎(chǔ)、承重結(jié)構(gòu)及維護結(jié)構(gòu)進行危險構(gòu)件百分數(shù)計算，并結(jié)合隸屬函數(shù)對建筑安全性進行評級[10]。受檢建筑基本構(gòu)件總數(shù)、危險構(gòu)件數(shù)及危險構(gòu)件百分數(shù)見表5。

表5 未考慮危險構(gòu)件關(guān)聯(lián)性影響建筑各組成構(gòu)件危險點評定

建筑結(jié)構(gòu)各組成部分按隸屬函數(shù)計算得到的隸屬度如下。

(1)基礎(chǔ)按照建筑組成部分a、b、c、d級的隸屬度分別為：μaf=1，μbf=0，μcf=0，μdf=0；

(3)圍護結(jié)構(gòu)危險等級為a，b，c，d級時的隸屬度依次為:μaes=0，μbes=0，μces=0.953，μdes=0.05。

建筑不同危險等級時的隸屬函數(shù)

未考慮危險構(gòu)件對結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)性影響的建筑危險等級評定隸屬度為

max(μA,μB,μC,μD)=0.6=μB

由規(guī)范可知，未考慮危險構(gòu)件對結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)性影響建筑危險鑒定等級為B級。

3.3 考慮危險構(gòu)件對建筑危險性進行鑒定評級

危險構(gòu)件對結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)性影響判定建筑安全性等級時，應(yīng)按照建筑基礎(chǔ)及樓層危險性鑒定，并結(jié)合建筑整體危險性綜合判定[11]。

3.3.1 建筑基礎(chǔ)及樓層危險性鑒定

受檢建筑基本構(gòu)件包括基礎(chǔ)、墻體、中柱、邊柱、角柱、中梁、邊梁、次梁樓板及維護結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)、建筑一層、建筑二層及建筑三層的基本構(gòu)件總數(shù)、危險構(gòu)件數(shù)如表4所示?；A(chǔ)危險構(gòu)件及上部各樓層危險性構(gòu)件綜合比例計算結(jié)果、基礎(chǔ)及各樓層危險性評定等級見表6。

3.3.2 建筑整體危險性鑒定

建筑結(jié)構(gòu)整體危險構(gòu)件綜合比例是將基礎(chǔ)、上部樓層各構(gòu)件作為一個整體的評定范圍，將這個整體評定范圍內(nèi)的危險構(gòu)件占整個評定范圍構(gòu)件的百分數(shù)，并結(jié)合建筑基礎(chǔ)及樓層危險性鑒定結(jié)果，綜合判定建筑整體危險性。

通過計算得到整體結(jié)果危險構(gòu)件綜合比例R=6.3%，位于區(qū)間(5，25%)范圍[2]內(nèi)，且基礎(chǔ)及上部結(jié)構(gòu)各樓層危險性等級不含Du級，故采用該方法鑒定的建筑危險等級為C級。

通過兩種不同的判定方法不難發(fā)現(xiàn)，未考慮危險構(gòu)件對建筑結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)性影響得到的建筑鑒定結(jié)果偏于保守，考慮危險構(gòu)件對建筑結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)性影響得到的建筑鑒定才更加科學、客觀、可靠，更能真實反映結(jié)構(gòu)危險程度。

4 結(jié)論

本文以福建某教學樓為例，對結(jié)構(gòu)進行建筑裂縫、傾斜或不均勻沉降測量、材料強度檢測及結(jié)構(gòu)靜力驗算分析，評定出結(jié)構(gòu)危險構(gòu)件，分別就考慮危險構(gòu)件及未考慮危險構(gòu)件對結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)性影響進行建筑危險性鑒定分析，得到結(jié)論。

(1)在對建筑進行危險性性鑒定時，還應(yīng)充分考慮危險構(gòu)件對結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)性的影響，將潛在的危險構(gòu)件挖掘出來，以提高鑒定結(jié)果的范圍。

(2)由綜合評定方法考慮的因素及構(gòu)件細分的更加詳細，在利用百分數(shù)權(quán)重來評定建筑的危險性，可放大危險構(gòu)件對結(jié)構(gòu)的不利影響，因而考慮危險構(gòu)件對建筑結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)性影響展開的建筑危險性鑒定的結(jié)果更加科學、可靠。