張 智
(福建吉特建筑工程檢測有限公司,福建 福州 350012)
在我國,混凝土框架結(jié)構(gòu)是一種廣泛使用的結(jié)構(gòu)形式。由于設(shè)計標準的更新、現(xiàn)場施工管理水平的不夠或者使用年限的增長,部分早期建造的建筑物存在一定程度的外表和內(nèi)部結(jié)構(gòu)缺陷,承載能力和抗震性能都無法滿足要求,甚至威脅到它們的正常使用。對于此類存在不同程度缺陷但并未達到設(shè)計年限的建筑,比較合理的做法是采用適當(dāng)?shù)募庸萄a強措施,使其能在滿足基本的安全性和適用性的前提下繼續(xù)發(fā)揮使用功能。
該建筑主體為三層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu),總建筑面積約為3 400 m2,建筑高度約為14 m,基礎(chǔ)為筏板基礎(chǔ)。該建筑主要承重體系為:混凝土柱、混凝土梁、混凝土板,墻體基本連續(xù),門窗洞口基本對齊,1層高為5.0 m,2層及3層層高均為4.5 m,結(jié)構(gòu)傳力路線清晰,可形成空間穩(wěn)定結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)傳遞路徑基本明確。建筑竣工時間為1995年,初始設(shè)計使用功能為生產(chǎn)車間,現(xiàn)場檢測時,該建筑處于空置狀態(tài),業(yè)主擬將其改造為醫(yī)院病房樓。由于初始設(shè)計資料不全,鑒定工作以現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)為依據(jù),實測建筑平面見圖1。
本次現(xiàn)場檢測依據(jù)委托單提供信息對該建筑結(jié)構(gòu)體系和平面布置進行詳細調(diào)查,對地基基礎(chǔ)現(xiàn)狀進行查勘,再對上部承重結(jié)構(gòu)進行檢測:外觀質(zhì)量調(diào)查(外觀缺陷、損傷)、材料強度性能檢測(混凝土梁、混凝土柱抗壓強度檢測)、構(gòu)件尺寸檢測(柱、梁)以及圍護結(jié)構(gòu)檢測。
根據(jù)現(xiàn)行國家標準GB 50292—2015民用建筑可靠性鑒定標準的相關(guān)規(guī)定,鑒定分為地基基礎(chǔ)、上部承重結(jié)構(gòu)、圍護系統(tǒng)承重部分三個子單元進行檢測,對子單元所包含的主要受力構(gòu)件進行調(diào)查,根據(jù)調(diào)查及檢測情況依次評定構(gòu)件、子單元的安全性等級,最后評定鑒定單元的安全性等級;根據(jù)現(xiàn)行國家標準GB 50023—2009建筑抗震鑒定標準的相關(guān)規(guī)定,結(jié)合現(xiàn)狀調(diào)查、勘測結(jié)果,從結(jié)構(gòu)體系、材料強度、構(gòu)造措施和承載力驗算等方面對結(jié)構(gòu)進行抗震鑒定。
2.2.1 地基基礎(chǔ)勘察
經(jīng)現(xiàn)場查勘,建筑物周圍地坪、散水發(fā)現(xiàn)有輕微的開裂、下沉等異常情況。上部結(jié)構(gòu)未發(fā)現(xiàn)有明顯的因不均勻沉降所導(dǎo)致的裂縫、變形等異?,F(xiàn)象。
2.2.2 上部承重結(jié)構(gòu)檢測
1)建筑外觀質(zhì)量檢查。
通過對建筑主要構(gòu)件及一般構(gòu)件外觀質(zhì)量進行全面檢測,發(fā)現(xiàn)所測混凝土柱平直牢固,無明顯傾斜變形、開裂及破損等異?,F(xiàn)象;所測混凝土梁基本牢固,未見明顯下?lián)献冃?、開裂及破損等異常現(xiàn)象;所測混凝土板平直牢固,無明顯下?lián)献冃?、開裂及破損等異?,F(xiàn)象。部分填充磚墻存在開裂現(xiàn)象,且以斜裂縫為主,部分內(nèi)、外抹灰有輕微空鼓脫落現(xiàn)象。
2)結(jié)構(gòu)側(cè)向位移。
根據(jù)現(xiàn)場實際條件布置6個測點量測結(jié)構(gòu)頂點的側(cè)向位移,量測數(shù)據(jù)表明,所測測點側(cè)向位移方向無明顯一致性,最大側(cè)向位移H/326,未超過規(guī)定的多層框架結(jié)構(gòu)側(cè)向位移H/200的限值要求[1]。
3)混凝土抗壓強度檢測。
根據(jù)建筑實際情況,采用回彈法對構(gòu)件混凝土抗壓強度抽樣檢測。根據(jù)現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)分析計算,得出構(gòu)件現(xiàn)齡期混凝土抗壓強度推定值分別為22.9 MPa,22.8 MPa,22.5 MPa,21.9 MPa,22.6 MPa,22.5 MPa,22.7 MPa,22.3 MPa,22.0 MPa和22.8 MPa[1,3]。
4)構(gòu)件尺寸檢測。
由于原始設(shè)計資料不全,無法得知構(gòu)件初始設(shè)計尺寸,經(jīng)現(xiàn)場檢測,所有框架柱尺寸均在700 mm×400 mm附近,且偏差值在+10 mm和-5mm之內(nèi);所有主梁尺寸均在900 mm×300 mm附近,且偏差值在+10 mm和-5 mm之內(nèi);所有次梁尺寸均在600 mm×300 mm附近,且偏差值在+10 mm和-5 mm之內(nèi)。
5)混凝土配筋檢測。
用鋼筋位置檢測儀對鋼筋的具體位置及保護層厚度進行檢測,經(jīng)檢測分析,鋼筋間距及保護層厚度基本滿足構(gòu)造要求。隨后采用了部分剔鑿的方法獲取鋼筋的規(guī)格尺寸,作為后續(xù)承載力驗算的依據(jù)。
2.2.3 結(jié)構(gòu)驗算
依據(jù)現(xiàn)場采集的結(jié)構(gòu)及材料數(shù)據(jù)資料,結(jié)合建筑實際使用狀態(tài),采用盈建科計算軟件進行建模驗算[1,4]。
建筑結(jié)構(gòu)安全等級為二級;建筑抗震設(shè)防類別為乙類;框架抗震等級為二級;抗震設(shè)防烈度為7度,設(shè)計基本地震加速度為0.10g;設(shè)計地震分組為第二組,場地類別為Ⅲ類。
經(jīng)計算復(fù)核,該建筑首層部分框架柱受壓承載力不滿足要求,梁柱核心區(qū)抗剪能力不足。
2.3.1 地基基礎(chǔ)子單元評級
現(xiàn)場檢測發(fā)現(xiàn)建筑物周邊地面存在輕微開裂現(xiàn)象,上部結(jié)構(gòu)未發(fā)現(xiàn)因基礎(chǔ)不均勻沉陷引起的明顯變形和裂縫,地基基礎(chǔ)安全性等級根據(jù)上部結(jié)構(gòu)反應(yīng)情況間接評為Bu級。
2.3.2 上部承重結(jié)構(gòu)構(gòu)件及子單元評級
根據(jù)現(xiàn)場查勘情況及檢測情況,依據(jù)GB 50292—2015民用建筑可靠性鑒定標準的相關(guān)規(guī)定對構(gòu)件及結(jié)構(gòu)系統(tǒng)進行安全性分析與評定,評定結(jié)果如表1,表2所示。
表1 構(gòu)件安全性鑒定評級(上部承重結(jié)構(gòu))
表2 子單元安全性鑒定評級(上部承重結(jié)構(gòu))
2.3.3 圍護系統(tǒng)的承重部分構(gòu)件及子單元評級
該建筑圍護結(jié)構(gòu)承重部分主要為邊柱、邊梁、屋面以及門窗洞口過梁。圍護結(jié)構(gòu)承重構(gòu)件平直牢固,無傾斜、下?lián)?、變形、裂縫、松動等異常現(xiàn)象。圍護系統(tǒng)承重結(jié)構(gòu)基本完好,主要構(gòu)件集為Bu,圍護系統(tǒng)承重部分承載功能為Cu級;圍護系統(tǒng)承重部分結(jié)構(gòu)布置及構(gòu)造合理,形成完整支撐系統(tǒng),圍護系統(tǒng)承重部分結(jié)構(gòu)整體性等級為Bu級;綜合評定圍護系統(tǒng)承重部分安全性鑒定評級為Cu級。
2.3.4 鑒定單元安全性評級
根據(jù)地基基礎(chǔ)、上部承重結(jié)構(gòu)和圍護系統(tǒng)承重部分等的安全性等級,綜合評定鑒定單元的安全性等級為Csu級[1]。
本工程為醫(yī)院普通住院用房建筑,抗震設(shè)防類別為重點設(shè)防類,地處抗震設(shè)防烈度7度區(qū)(0.10g),按8度抗震設(shè)防標準確定其抗震措施。
該房屋建成年份為1995年,已投入使用26年,依據(jù)GB 50023—2009建筑抗震鑒定標準第1.0.4以及第1.0.5條款,后續(xù)使用年限按40年考慮( B 類建筑),應(yīng)按GB 50011—2010建筑抗震設(shè)計規(guī)范各章規(guī)定抗震鑒定方法進行鑒定。
房屋高度、結(jié)構(gòu)體系合理性、結(jié)構(gòu)材料實際強度、建筑形體及其構(gòu)造布置的規(guī)則性、局部易倒易損部位構(gòu)件等均滿足GB 50011—2010建筑抗震設(shè)計規(guī)范的要求,但抗震承載力不滿足要求。綜合以上抗震分析,建筑抗震能力不滿足GB 50023—2009建筑抗震鑒定標準8度抗震設(shè)防標準的抗震要求。
根據(jù)鑒定結(jié)論,該建筑的主要缺陷為框架柱截面承載力不滿足要求,部分框架柱軸壓比超限,且梁柱節(jié)點核心區(qū)抗剪能力不足,此外部分填充墻也存在開裂現(xiàn)象,需采用合適的加固方案,提升房屋的抗震性能和改善房屋的使用功能。
結(jié)合房屋實際情況,為大幅提高混凝土柱的截面承載能力和抗震能力,可采用外粘型鋼加固法??蚣苤略鍪芰卿摬捎肔75×5,框架柱中間部分采用型號為-40×4的綴板與角鋼焊接,綴板在框架柱的上下端設(shè)加密區(qū),非加密區(qū)和加密區(qū)綴板間距分別為400 mm和200 mm。外粘角鋼沿柱高必須全部貫通,兩端均應(yīng)有可靠的連接和錨固,如角鋼遇樓層梁無法通過時,可通過采用等代鋼筋穿過樓板與上下樓層加固角鋼焊接;框架柱根部與筏板交接處應(yīng)可靠錨固,在四角位置加設(shè)錨固鋼筋,上端與角鋼焊接,下端植筋錨入筏板基礎(chǔ)內(nèi)。
框架柱加固簡圖如圖2所示。
本建筑中磚墻為填充墻,由于年代較久遠,部分磚墻出現(xiàn)明顯的裂縫,雖對主體結(jié)構(gòu)安全影響不是很大,但對建筑的使用功能有較大的影響,必須進行處理??刹捎们宄砻娣鬯雍笞{,粘貼鋼絲網(wǎng)的方法進行處理。該處理方法施工簡便,修補效果好且經(jīng)濟合理。填充墻修補方案如圖3所示。
由于建成年代較早,某些初始的設(shè)計標準在今天看來已經(jīng)不能滿足要求,再加上長期的自然環(huán)境侵蝕和不均勻變形的累積,使得建筑的承載能力和使用功能存在一定的缺陷,必須要采用恰當(dāng)?shù)募庸谭椒▽ㄖ锏娜毕葸M行處理。
1)框架柱的承載能力和抗震能力都需要較大的提高,由于工程允許使用結(jié)構(gòu)膠粘劑,且原柱完好,適于采取加固措施,宜選用外粘型鋼加固法。經(jīng)過外粘型鋼加固計算,其承載能力可以滿足規(guī)范要求。
2)梁柱節(jié)點核心區(qū)抗剪能力不足,可在梁區(qū)設(shè)置穿梁等待鋼筋與兩側(cè)受力角鋼焊接,顯著提高節(jié)點區(qū)域抗剪承載力。
3)填充墻上的裂縫對結(jié)構(gòu)安全性影響不大,但對建筑的使用功能有不利的影響,最經(jīng)濟合理的處理方式是在裂縫區(qū)域粘貼鋼絲網(wǎng)。