李 菲

(同濟大學結(jié)構(gòu)工程與防災研究所，上海 200092)

0 引言

隨著我國國民經(jīng)濟的持續(xù)快速發(fā)展以及我國城鎮(zhèn)化建設進程的不斷推進，人們的生活水平不斷提高，人們對生產(chǎn)、生活條件的要求也不斷提高，現(xiàn)有建筑的規(guī)模、功能及安全性已不能滿足人們的使用需求，所以需要對現(xiàn)有建筑進行加固及改造，以滿足人們的居住需求.

筆者目前接觸到一典型底框住宅建筑的改造項目，由于其已不滿足居民的居住條件，現(xiàn)需對該建筑進行抗震鑒定及加固改造設計.

1 工程概況

該住宅樓始建于1973年，建筑平面為矩形，縱向長54.5m，橫向?qū)?.74m，占地面積約 476m2;結(jié)構(gòu)形式為底層框架砌體結(jié)構(gòu)，共五層，底層大開間作為商鋪使用，上部作為住宅使用.

由于該建筑結(jié)構(gòu)僅存有少量的建筑結(jié)構(gòu)圖紙，考慮建筑長期使用過程中可能導致建筑結(jié)構(gòu)與原設計有較大的不同，因此現(xiàn)場檢查時，根據(jù)房屋的使用情況對原始圖紙進行復核，對沒有原圖紙的部分進行測繪，繪制各層平面圖、梁配筋圖、柱配筋圖.同時對該建筑的建筑立面圖進行了現(xiàn)場測量，繪制建筑結(jié)構(gòu)圖.

該房屋底層為商鋪，進深8.5m，開間3.3m，樓梯間位置進深4.6m，開間2.7m，底層平面圖如圖1所示.各商鋪均經(jīng)過不同程度的裝修和改造，主要改造包括:原有隔墻部分被拆除，加設隔墻，多數(shù)商鋪設置夾層等;有些商鋪裝修中甚至對結(jié)構(gòu)柱、梁有所損傷.

2層～5層墻體為砌體結(jié)構(gòu)，樓板為預制空心板.經(jīng)現(xiàn)場檢測可知:砌體承重墻采用190mm厚粉煤灰中型砌塊砌筑，分隔墻的厚度僅為100mm，各層外墻均存在滲漏水現(xiàn)象.砌體結(jié)構(gòu)部分未設置圈梁、構(gòu)造柱，預制空心板拼縫多處開裂.由于該建筑建造年份較早，原先設計的衛(wèi)生間未設置淋浴及排水管，目前住戶多進行了改造，增加排水管，不僅使用上存在很多不方便，而且普遍有滲漏水現(xiàn)象.南面陽臺損壞較嚴重，多數(shù)陽臺梁及扶手存在鋼筋銹蝕、混凝土銹脹開裂現(xiàn)象，曾發(fā)生了多起混凝土開裂墜落傷人的意外情況.各層砌體結(jié)構(gòu)平面圖如圖2所示.

2 建筑結(jié)構(gòu)檢測及抗震鑒定

2.1 結(jié)構(gòu)現(xiàn)場檢測

現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，建筑在使用過程中多處進行改造，主要是底層商鋪裝修改造，各層廚房及衛(wèi)生間改造等，且結(jié)構(gòu)構(gòu)件存在抹灰脫落、混凝土保護層開裂、鋼筋銹蝕、樓屋面滲水等損傷.各樓層實際荷載情況與設計參數(shù)存在差異，存在多處樓板加厚、屋面保溫層加厚等情況.

通過回彈法對材料強度進行檢測，該建筑底層框架的鋼筋混凝土柱強度推定值為18.1MPa，故梁的強度推定值為18.3 MPa，原混凝土強度設計值為C20，基本滿足.上部砌體的砌筑砂漿疏松，回彈值均為零，因此，該建筑砌體結(jié)構(gòu)部分的砂漿強度按最低等級評定為M0.4，與原結(jié)構(gòu)砂漿強度等級M2.5相差較大.

2.2 結(jié)構(gòu)抗震鑒定

通過對房屋的結(jié)構(gòu)體系、建筑結(jié)構(gòu)外觀、結(jié)構(gòu)構(gòu)件及連接節(jié)點現(xiàn)狀、整體變形、重要構(gòu)件的受力及變形等情況的檢測，根據(jù)國家《建筑抗震鑒定標準》，對本房屋結(jié)構(gòu)按兩級鑒定進行評定.

圖2 2－5層平面圖

2.2.1 第一級抗震鑒定

根據(jù)規(guī)范要求，對房屋進行第一級抗震鑒定，鑒定結(jié)果如下:

(1)房屋的總層數(shù)為5層，規(guī)定值為4層，超過規(guī)定值1層;房屋高度為15.2m，規(guī)定值為13m，超過規(guī)定值3m以內(nèi);

(2)東南立面墻體局部開洞安裝空調(diào)，西北里立面外墻抹灰多處空鼓、脫落，部分墻體存在明顯裂縫;

(3)磚墻厚度為190mm＜[240mm]，砌筑砂漿實測為0，取 M0.4 ＜[M2.5];

(4)采用預制空心板，未設圈梁及構(gòu)造柱;無箍筋加密區(qū)，箍筋、縱筋間距較大;

(5)底層框架無抗震墻，縱墻墻肢較少.

由以上鑒定可知，該底框住宅不滿足第一級抗震鑒定，應進行第二級鑒定.

2.2.2 第二級鑒定

(1)底層框架第二級鑒定

根據(jù)《現(xiàn)有建筑抗震鑒定與加固規(guī)程》規(guī)定，計算樓層綜合抗震能力指數(shù).

在兩個主軸方向分別選取有代表性的平面結(jié)構(gòu)，計算樓層綜合抗震能力指數(shù):

其中 Ψ1= Ψ2=0.8;

ζy由PKPM建模得到.

本結(jié)構(gòu)沒有抗震墻，且底層為框架結(jié)構(gòu)，所以并未考慮填充墻的作用，計算結(jié)構(gòu)偏于保守.一層框架:X 方向:β =0.87 ＜ 1;Y方向:β =0.94 ＜ 1.由計算可知，底層框架兩主軸方向計算的綜合抗震指數(shù)均小于1，故底層框架結(jié)構(gòu)第二級鑒定不滿足.

(2)上部砌體結(jié)構(gòu)

根據(jù)《現(xiàn)有建筑抗震鑒定與加固規(guī)程》規(guī)定，對上部砌體結(jié)構(gòu)進行第二級抗震鑒定.

結(jié)構(gòu)體系、樓層蓋整體性連接、圈梁布置和構(gòu)造及易引起局部倒塌的結(jié)構(gòu)構(gòu)件不符合第一級鑒定要求的房屋，可采用樓層綜合抗震能力指數(shù)方法進行第二級鑒定，樓層綜合抗震能力指數(shù)計算方法為:βci= Ψ1Ψ2βi.由于該建筑結(jié)構(gòu)無圈梁構(gòu)造柱等抗震措施，且沒有抗震墻，所以不滿足規(guī)范要求，因此第i樓層的縱向或者橫向平均抗震能力指數(shù)即βi為0，故上部砌體結(jié)構(gòu)第二級鑒定為不滿足.

經(jīng)過第一級鑒定和第二級鑒定可知，該房屋不滿足抗震要求，需對其進行加固.

圖3 框架柱的軸壓比

2.2.3 房屋結(jié)構(gòu)驗算

為進一步改造設計提供參考，利用PKPM建模進行補充結(jié)構(gòu)驗算.考慮到結(jié)構(gòu)較為規(guī)則，所以選取代表性單元(軸線○13～軸線○18)，根據(jù)現(xiàn)場檢測的尺寸和強度，進行結(jié)構(gòu)承載能力驗算，結(jié)構(gòu)模型不含地下結(jié)構(gòu).考慮靜載、風載以及地震作用.

本工程抗震設防烈度為7度，設計基本地震加速度為0.10g，設計地震第一組，場地土類別為Ⅳ類;框架梁、柱抗震等級為三級.基本風壓為0.55kN/m2，C類地面粗糙度.

材料強度等級的選取如下:鋼筋按原設計取值，縱筋為Ⅱ級鋼，強度設計值為280N/mm2;混凝土取C15;砌體為蒸壓粉煤灰砌塊，尺寸為875×375×190和875×275×190，強度取MU10;砂漿按現(xiàn)場測試結(jié)果，取最小值M0.4.

結(jié)構(gòu)驗算結(jié)果如下所示:

(1)X，Y方向各樓層剪重比均滿足最小剪重比﹥1.6% 的要求;有效質(zhì)量參與系數(shù)滿足有效質(zhì)量參與系數(shù)﹥90%的要求.

(2)X，Y向底層最大值層間位移角為1/296＞1/550，1/513＞1/550，所以不滿足現(xiàn)行抗震規(guī)范要求.最大位移與層平均位移之比及最大層間位移與平均層間位移之比的最大值為1.17＜1.20，平面扭轉(zhuǎn)規(guī)則.

(3)框架柱軸壓比如圖3所示，從圖中可知，橫向除邊柱外，中間框架柱的軸壓比基本上均超過了限值，需要對框架柱進行加固.

(4)上部砌體結(jié)構(gòu)分析對上部砌體結(jié)構(gòu)利用PMCAD進行分析，進行其在地震作用下的抗力及局壓、受壓以及寬厚比等驗算.發(fā)現(xiàn)有如下問題:

①外縱墻抗剪承載力不滿足要求.

②由于內(nèi)縱墻為非承重墻，不考慮其承載作用，而只作為線荷載加入，所以其附近的橫墻及縱墻等存在局部承壓不滿足要求，其中在B，C，D軸線上與橫墻相交的地方較為嚴重.

③在?及?軸線的橫墻及D軸線的外縱墻普遍存在受壓承載力不滿足的情況.

④二～五層部分墻交點處不滿足抗震驗算，五層樓梯間外墻不滿足抗震要求.

2.2.4 檢測結(jié)論

根據(jù)現(xiàn)場檢測結(jié)合建模分析，主要得到以下結(jié)論:

(1)該結(jié)構(gòu)為底層鋼筋混凝土框架，上部為粉煤灰砌塊墻體，主要承重橫墻厚190mm，縱墻開洞較大，幾乎沒有抗側(cè)剛度;內(nèi)隔墻大部分是半磚墻;樓板采用預制混凝土板.

(2)房屋無明顯的不均勻沉降，各墻角傾斜率不超過3‰.

(3)房屋整體性不好，節(jié)點與構(gòu)造不滿足現(xiàn)行規(guī)范的要求:鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)柱截面小、強度低、配筋少;砌體結(jié)構(gòu)沒有構(gòu)造柱和圈梁;預制樓板擱置長度不足，沒有整澆層.

(4)混凝土強度等級約18MPa;砂漿強度約0.4MPa.

(5)底層商鋪增設夾層，上部住宅樓板面增加較厚的面層，使得房屋建筑結(jié)構(gòu)荷載分布增加約20%.

(6)建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件普遍開裂與變形，尤其是鋼筋混凝土構(gòu)件銹脹，部分墻體開裂等;有個別增建陽臺和較多改建門窗洞口的現(xiàn)象.

(7)由該房屋各組成部分的完損情況評定可知，該房屋為一般損壞房，其中裝修、設備部分中有一、二項完損程度符合嚴重損壞標準，且該房屋不滿足抗震要求.改造時應對其進行加固.

3 建筑改造及加固方案

由以上檢測結(jié)果可知，該住宅建筑在居住條件、房屋安全等方面均存在一定的問題，已不能滿足居民的正常居住條件，所以需要對該底框住宅建筑進行加固改造.

3.1 建筑改造方案

綜合考慮現(xiàn)場檢測、建模計算結(jié)果以及有關(guān)方面的意見，對于整體結(jié)構(gòu)采用外套混凝土結(jié)構(gòu)進行改造，具體建議如下:

(1)在北側(cè)增設混凝土框架結(jié)構(gòu)，向外拓展約2m.

(2)每戶設置獨立的廚房和衛(wèi)生間，布置在北側(cè);采取一定措施，改善房屋漏水等問題;拆除私自搭建的陽臺;修復外墻門窗洞口.

(3)底層商場將重點加固改造.

(4)樓梯間及端山墻等公共部位將重點加固.

(5)設置拉桿，增加上部結(jié)構(gòu)整體性.

(6)南面外墻適當加強.

3.2 結(jié)構(gòu)加固建議

3.2.1 底層框架結(jié)構(gòu)

對于底層框架部分，可采用增大截面法進行加固，具體措施如下:

(1)增大柱子截面尺寸為450mm×550mm[3].

(2)南北兩側(cè)外鋼筋混凝土柱，每柱沿縱向加設約1m長翼墻.

(3)樓梯間圍護墻改為鋼筋混凝土剪力墻.

(4)部分軸線的柱間可加設耗能支撐.

3.2.2 部砌體結(jié)構(gòu)

根據(jù)現(xiàn)場檢測及建模計算分析，對上部砌體結(jié)構(gòu)加固提出以下建議:

(1)北側(cè)墻體與增設的框架結(jié)構(gòu)拉結(jié);南側(cè)墻體用鋼筋混凝土墻板加固.

(2)樓梯間及山墻，用鋼絲網(wǎng)面層加固.

(3)二層樓面，澆筑混凝土以增強轉(zhuǎn)換部位結(jié)構(gòu)整體性.

(4)條件許可時，對各層的預制板增加防墜鍵.

4 結(jié)束語

本次鑒定對既有底框住宅建筑進行了詳細的現(xiàn)場檢測，結(jié)合PKPM建模分析，對該建筑進行了抗震鑒定，并根據(jù)業(yè)主要求，對房屋的加固改造提出一些實用建議.

[1]GB 50023－2009，建筑抗震鑒定標準.

[2]DGJ08－79－2008，房屋質(zhì)量檢測規(guī)程.

[3]GB50011－2010，建筑抗震設計規(guī)范.