李寒竹

(健研檢測集團有限公司 福建廈門 361000)

0 引言

隨著我國經(jīng)濟水平的高速發(fā)展和城市化進程的持續(xù)加快，我國建筑面積已達到一個非常可觀的水平。建筑結(jié)構(gòu)的完整壽命應(yīng)該包括前期建造、中期運營保養(yǎng)及后期加固維護三個過程[1]，由于我國建筑工程產(chǎn)業(yè)在其規(guī)劃、設(shè)計及施工過程中存在的先天性不足，我國大量建筑結(jié)構(gòu)已經(jīng)提前進入其使用壽命的最后一個階段——即后期加固階段。因此，對已有建筑結(jié)構(gòu)進行鑒定加固已成為現(xiàn)階段工程界的一個重要研究課題。

對建筑結(jié)構(gòu)進行加固，實際上是在保持其原有結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，對建筑結(jié)構(gòu)工程進行質(zhì)量彌補[2]，其最終目的是消除已有建筑的安全隱患并延長其使用壽命。崔曉玉[3]認為：中國城市化進程中出現(xiàn)的大量短命建筑物是造成城市環(huán)境污染和建筑資源浪費的重要因素之一，通過對已有建筑結(jié)構(gòu)的加固維護以提高其使用壽命，不僅可以使老舊建筑結(jié)構(gòu)重新煥發(fā)生機，也是節(jié)約建筑資源和保護城市環(huán)境的重要舉措之一。張鑫[4]認為：由于現(xiàn)階段我國建筑結(jié)構(gòu)在其使用階段已經(jīng)涌現(xiàn)出大量問題，因此發(fā)展建筑結(jié)構(gòu)加固技術(shù)已有一定的緊迫性。張國敬[5]認為：現(xiàn)階段國內(nèi)建筑結(jié)構(gòu)的加固維護技術(shù)已有了長足的發(fā)展，植筋法、粘鋼加固法、碳纖維加固法等已經(jīng)可以較為成熟地應(yīng)用到建筑結(jié)構(gòu)加固中。李莉[6]認為：建筑工程的加固應(yīng)考慮其局部或者全局的力學(xué)傳遞效應(yīng)，加固技術(shù)的主要目的應(yīng)該是實現(xiàn)其承載力、功能性、疲勞抗裂性能及抗震性能的有機統(tǒng)一。

綜上所述，現(xiàn)階段對于已有建筑結(jié)構(gòu)進行鑒定加固是提高其使用壽命、節(jié)約城市資源的重要手段。鑒于現(xiàn)階段建筑結(jié)構(gòu)加固技術(shù)已較為成熟，本文通過某校宿舍樓的建筑結(jié)構(gòu)檢測鑒定，分析了該校宿舍樓在結(jié)構(gòu)承載能力與結(jié)構(gòu)布置上存在的問題，并提出相應(yīng)的解決方案，旨為類似工程的檢測加固提供參考。

1 工程概況

某職業(yè)院校校舍為4層宿舍樓，屬大專校舍建筑，抗震設(shè)防類別為標準設(shè)防。一層建于1976年，二～四層建于1983年。由(11-21)-(B-D)軸、[(1-8)-(A-D)軸+(6-7)-(D-F)軸]及(1-6)-(1/D-E)軸(以下分別簡稱Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)及Ⅲ區(qū))3個結(jié)構(gòu)單元組成，如圖1所示。其中Ⅰ區(qū)為單跨現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)樓梯；Ⅱ區(qū)為磚混結(jié)構(gòu)宿舍，屋蓋及走廊樓板為現(xiàn)澆鋼筋砼結(jié)構(gòu)，其余樓板采用預(yù)制板；Ⅲ區(qū)主要采用單跨現(xiàn)澆鋼筋砼框架結(jié)構(gòu)。房屋總高度為12.5m，總建筑面積約1217m2。校方在使用過程中，發(fā)現(xiàn)該建筑局部傾斜較為嚴重，已對其使用功能造成一定的影響，急需對其進行結(jié)構(gòu)安全性鑒定。

圖1 結(jié)構(gòu)布置圖

2 建筑調(diào)查檢測與分析

在了解了鑒定原因和要求、明確鑒定目的、范圍和內(nèi)容后，即開展詳細調(diào)查與檢測分析。檢測使用儀器如表1所示。

表1 現(xiàn)場主要檢測儀器匯總表

2.1 砌體構(gòu)件材料性能檢測

根據(jù)《貫入法檢測砌筑砂漿抗壓強度技術(shù)規(guī)程》[7]，現(xiàn)場選取15個不同的構(gòu)件，采用貫入法對砌筑砂漿抗壓強度進行檢測，檢測結(jié)果如表2所示。檢測結(jié)果表明：砌筑砂漿抗壓強度推定值在0.7MPa～1.6MPa之間。

表2 砌筑砂漿抗壓強度檢測結(jié)果匯總表

根據(jù)福建省地方標準《回彈法檢測砌體中普通粘土磚抗壓強度技術(shù)規(guī)程》[8]，現(xiàn)場在一至四層隨機抽取共10堵面積為1m2的砌體磚，采用回彈法對磚抗壓強度進行檢測，檢測結(jié)果如表3所示。檢測結(jié)果表明：該檢測批磚抗壓強度等級推定為MU10。

表3 粘土磚抗壓強度檢測結(jié)果匯總表

2.2 砼構(gòu)件配筋及材料性能檢測

對于鋼筋混凝土構(gòu)件而言，其安全性鑒定與鋼筋配置及混凝土強度相關(guān)。因此，現(xiàn)場選取部分梁、柱構(gòu)件，主要采用磁感探測法對其配筋情況進行檢測，檢測結(jié)果如表4所示。

根據(jù)福建省地方標準《回彈法檢測混凝土抗壓強度技術(shù)規(guī)程》[9]，現(xiàn)場選取I區(qū)8個構(gòu)件、II區(qū)5個構(gòu)件、III區(qū)8個構(gòu)件，采用回彈法進行混凝土強度檢測。檢測結(jié)果如表5～表7所示。

表5 I區(qū)砼強度檢測結(jié)果匯總表 MP

MP

MPa

根據(jù)檢測結(jié)果，所檢Ⅰ區(qū)柱現(xiàn)齡期混凝土強度推定值在18.9MPa～29.0MPa之間，梁現(xiàn)齡期混凝土強度推定值在17.7MPa～24.4MPa之間；所檢Ⅱ區(qū)梁現(xiàn)齡期混凝土強度推定值在13.1MPa～31.7MPa之間；所檢Ⅲ區(qū)柱現(xiàn)齡期混凝土強度推定值在23.7MPa～29.5MPa之間，梁現(xiàn)齡期混凝土強度推定值在25.7MPa～27.7MPa之間。

2.3 結(jié)構(gòu)側(cè)向位移檢測

采用R-202NE型全站儀對結(jié)構(gòu)側(cè)向位移進行精細化測量，在現(xiàn)場布置如圖2所示20個測點，形成控制網(wǎng)絡(luò)。側(cè)向位移檢測結(jié)果如表8所示。

圖2 側(cè)向位移測點布置圖

測點號側(cè)向位移量s(mm)量測高度H(mm)比值s/H測點13158841/5295測點219158841/836測點318102521/570測點436144681/402測點54115621/2890測點626115621/445測點72119841/5992測點84119841/2996測點99113761/1264測點1034154901/456測點113132741/4425測點1210132741/1327測點13202115621/57測點1457115621/203測點1512116291/969測點16210116291/55測點1727119071/441測點18213119071/56測點19205116121/57測點2054116121/215

由表8可知，該宿舍樓最大側(cè)向位移為H/55，最小側(cè)向位移為H/5992。根據(jù)《民用建筑可靠性鑒定標準》[10]，多層砌體結(jié)構(gòu)不適于繼續(xù)承載的側(cè)向位移限值為H/330；多層混凝土結(jié)構(gòu)不適于繼續(xù)承載的側(cè)向位移限值為H/200。實測測點13、測點16、測點18、測點19均超過了規(guī)范限值，且方向具有一致性。

2.4 結(jié)構(gòu)整體牢固性檢查

根據(jù)現(xiàn)場勘查，Ⅰ區(qū)結(jié)構(gòu)單元為單跨現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)樓梯，框架均雙向拉通，可形成完整系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)傳力路線清晰。

Ⅱ區(qū)結(jié)構(gòu)單元為磚混結(jié)構(gòu)宿舍，上部結(jié)構(gòu)四層橫墻采用180mm厚實心粘土磚墻承重，其余均采用240mm厚實心粘土磚墻承重。屋蓋及走廊樓板為現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，其余樓板采用預(yù)制板。Ⅱ區(qū)結(jié)構(gòu)單元承重墻均采用錯縫搭砌，縱橫墻交接處咬槎良好。各層樓、屋蓋處均設(shè)置圈梁，但未設(shè)置構(gòu)造柱，抗震構(gòu)造措施存在不足。

Ⅰ、Ⅱ區(qū)兩個結(jié)構(gòu)單元間結(jié)構(gòu)縫寬度實測值約為300mm，滿足現(xiàn)行規(guī)范[11]要求。

Ⅲ區(qū)結(jié)構(gòu)單元(6)-(1/D)軸支承于Ⅱ區(qū)結(jié)構(gòu)單元240mm厚實心粘土磚墻上，其余均為單跨現(xiàn)澆鋼筋砼框架結(jié)構(gòu)，Ⅱ、Ⅲ區(qū)連接處較為薄弱，結(jié)構(gòu)體系不合理。

3 子單元安全性鑒定評級

3.1 地基基礎(chǔ)評級

該宿舍樓Ⅰ區(qū)采用梁式筏板基礎(chǔ)，Ⅱ區(qū)采用墻下毛石條形基礎(chǔ)，Ⅲ區(qū)結(jié)構(gòu)單元采用柱下鋼筋砼條形基礎(chǔ)。對已開挖的3處基礎(chǔ)進行工作狀態(tài)檢查，發(fā)現(xiàn)基礎(chǔ)工作狀況正常，未見明顯腐蝕酥堿、松散及裂損現(xiàn)象，上部結(jié)構(gòu)未見明顯不均勻沉降裂縫。傾斜觀測數(shù)據(jù)表明，Ⅰ區(qū)多數(shù)測點傾斜值大大超過規(guī)范[10]限值，且結(jié)構(gòu)整體向(B)軸傾斜；Ⅱ、Ⅲ區(qū)測點傾斜值未超過規(guī)范限值。

根據(jù)不均勻沉降在上部結(jié)構(gòu)中的反應(yīng)檢查結(jié)果，Ⅰ區(qū)地基基礎(chǔ)子單元安全性等級間接評為Cu級，Ⅱ區(qū)、Ⅲ區(qū)評為Bu級。

3.2 上部承重結(jié)構(gòu)評級

(1)承載功能評級

對砌體構(gòu)件，根據(jù)現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)，結(jié)合中國建筑科學(xué)研究院PKPM系列軟件進行驗算，Ⅱ區(qū)結(jié)構(gòu)單元部分墻體受壓承載能力不足，一～四層部分墻肢受壓驗算時的墻體抗力與荷載效應(yīng)之比小于1.0，無法滿足承載要求[10]，且3Q-(6)-(D-E)開裂滲水。因此，該工程Ⅱ區(qū)砌體構(gòu)件安全性等級評為Du級。

對于鋼筋砼構(gòu)件，根據(jù)現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)結(jié)合中國建筑科學(xué)研究院PKPM系列軟件進行驗算，Ⅰ區(qū)結(jié)構(gòu)單元2L-(11-21)-(C)梁底抗彎承載能力不滿足規(guī)范[10]要求，Ⅱ區(qū)結(jié)構(gòu)單元多數(shù)挑梁支座抗彎承載能力不滿足規(guī)范[10]要求，且二層走廊板向(A)軸方向傾斜，多處預(yù)制樓梯踏步板開裂嚴重。因此，該工程Ⅰ區(qū)鋼筋砼構(gòu)件安全性等級評為Cu級，Ⅱ區(qū)鋼筋砼構(gòu)件安全性等級評為Du級。

(2)結(jié)構(gòu)側(cè)向位移評級

Ⅰ區(qū)實測最大傾斜值為H/55，多數(shù)測點傾斜值超過了規(guī)范[10]限值H/200，且結(jié)構(gòu)整體向(B)軸傾斜。因此，該工程Ⅰ區(qū)結(jié)構(gòu)側(cè)向位移等級評為Du級。

(3)結(jié)構(gòu)整體性評級

Ⅰ區(qū)結(jié)構(gòu)單元為單跨現(xiàn)澆鋼筋砼框架結(jié)構(gòu)樓梯，框架均為雙向拉通，可形成完整系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)傳力路線清晰，因此，Ⅰ區(qū)結(jié)構(gòu)整體性等級評為Bu級。Ⅱ區(qū)結(jié)構(gòu)單元為磚混結(jié)構(gòu)宿舍，各層樓、屋蓋處均設(shè)置圈梁，承重墻體均采用錯縫搭砌，縱橫墻交接處咬槎良好，因此，Ⅱ區(qū)結(jié)構(gòu)整體性等級評為Bu級。Ⅲ區(qū)結(jié)構(gòu)單元未與Ⅱ區(qū)結(jié)構(gòu)單元有效分開，與Ⅱ區(qū)單元結(jié)構(gòu)連接處構(gòu)造不當(dāng)，連接處整體性較為薄弱，結(jié)構(gòu)布置不合理，因此，Ⅲ區(qū)結(jié)構(gòu)整體性等級評為Du級。

綜上所述，該工程Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ區(qū)上部承重結(jié)構(gòu)子單元安全性等級均評為Du級。

3.3 圍護系統(tǒng)評級

Ⅱ區(qū)各層靠近(1)軸方向的門變形、松動，其余圍護結(jié)構(gòu)構(gòu)件工作狀態(tài)未見明顯異常。該工程Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ區(qū)圍護系統(tǒng)的承重部分子單元安全性等級均評為Du級。

4 結(jié)論

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查、檢測及復(fù)核驗算分析結(jié)果，該宿舍樓結(jié)構(gòu)安全性鑒定等級評定為Dsu級，即安全性嚴重不符合鑒定標準的要求，嚴重影響整體承載，建議按以下措施立即處理：

(1)Ⅰ區(qū)建筑結(jié)構(gòu)單元傾斜嚴重，建議比選拆除重建與結(jié)構(gòu)加固兩種方案的經(jīng)濟效應(yīng)，擇優(yōu)選取合理的加固方案。

(2)Ⅲ區(qū)主要采用單跨框架結(jié)構(gòu)，連接構(gòu)造薄弱，結(jié)構(gòu)布置不合理，建議改變其傳力途徑以降低結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受力。

(3)對于砌體結(jié)構(gòu)承載不足構(gòu)件，建議采用鋼筋混凝土面層加固法；對于混凝土結(jié)構(gòu)承載不足構(gòu)件，建議采用外包鋼加固。

上述研究結(jié)果可為類似工程中建筑結(jié)構(gòu)安全鑒定提供一定的技術(shù)參考。