宋春雷 金春峰

(中電投工程研究檢測評定中心有限公司，北京 100840)

0 引言

剪力墻結(jié)構(gòu)體系在高層住宅樓中應(yīng)用越來越普遍，為了滿足功能及使用要求，在實際使用過程中，對剪力墻進行開洞改造情況時有發(fā)生，剪力墻作為主要豎向承重構(gòu)件，對其進行開洞，不僅影響了房屋的后續(xù)使用年限，同時也削弱了房屋的承載能力，對房屋安全性能產(chǎn)生較大影響，針對此，專家學者對剪力墻開洞、墻體抗震加固進行了理論分析及工程應(yīng)用[1,2]，推動了此類工程科學研究的發(fā)展。剪力墻作為抵抗地震作用的第一道防線,其邊緣構(gòu)件對剪力墻的塑性變形能力具有重要作用，結(jié)構(gòu)后續(xù)改造過程中應(yīng)避免對此部分構(gòu)件區(qū)域進行開洞，對于不可避免需對墻體進行開洞的，應(yīng)盡可能避開受力性能較大區(qū)域，并應(yīng)限制開洞尺寸，且應(yīng)對開洞后的墻肢軸壓比、穩(wěn)定性及承載力等指標進行驗算[3]，并對其采取補強措施，充分保證其延性。

本文以北京市某高層住宅樓剪力墻局部開洞改造為例，對開洞后結(jié)構(gòu)進行安全分析，并給出合理化加固方案。

1 工程概況

本項目位于北京市通州區(qū)，為地下2層，地上10層混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)房屋，建于2011年，結(jié)構(gòu)高度約為28 m，標準層層高為2.8 m，地下2層為人防層，地下1層為丁戊類儲藏室。本工程設(shè)計抗震設(shè)防烈度為8度，設(shè)計基本地震加速度為0.2g，設(shè)計地震分組為第一組，特征周期為0.45 s，場地類別為Ⅲ類，基礎(chǔ)形式為箱型基礎(chǔ)。

2019年年初，開發(fā)商對該建筑物地下1層進行改造，改造過程中對部分剪力墻實施了開洞處理，開洞數(shù)量為5個，開洞規(guī)格為1 600 mm×1 900 mm，在開洞過程中，洞口范圍內(nèi)水平及縱向鋼筋被截斷。墻體開洞平面圖如圖1所示，墻體開洞典型照片如圖2,圖3所示。

2 需開展的工作

為了對后續(xù)結(jié)構(gòu)安全分析及加固設(shè)計提供理論依據(jù)。需要對該房屋進行結(jié)構(gòu)檢測，以了解材料的實際強度、鋼筋配置等是否與設(shè)計相符。

為了考察剪力墻開洞后結(jié)構(gòu)的抗震性能結(jié)果，需要建立實體三維模型，以判斷墻體軸壓比、抗剪承載力等指標是否超限。

根據(jù)檢測及分析結(jié)論，從提高構(gòu)件延性及塑性變形的能力出發(fā)，給出合理的加固設(shè)計方案，確保加固后結(jié)構(gòu)可靠度指標不低于原設(shè)計值。

3 墻體開洞后檢測

根據(jù)GB/T 50784—2013混凝土結(jié)構(gòu)現(xiàn)場檢測技術(shù)標準、GB/T 50344—2004建筑結(jié)構(gòu)檢測技術(shù)標準、CECS 03:2007鉆芯法檢測混凝土強度技術(shù)規(guī)程、JGJ/T 23—2011回彈法檢測混凝土抗壓強度技術(shù)規(guī)程，采用回彈法結(jié)合鉆芯修正法對混凝土強度進行檢測。

所測構(gòu)件混凝土強度推定值為34.6 MPa，達到原設(shè)計C30混凝土強度等級要求?；炷翉姸葯z測結(jié)果見表1。

表1 混凝土強度檢測結(jié)果

4 結(jié)構(gòu)安全分析

依據(jù)檢測結(jié)果，采用PKPM結(jié)構(gòu)計算軟件對本工程建立三維實體模型，混凝土強度等級按實測值取用，設(shè)計活荷載依據(jù)GB 50009—2012建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范取值，對住宅取2.0 kN/m2,樓梯間取3.5 kN/m2,屋面取2.0 kN/m2，剪力墻抗震等級為二級。結(jié)構(gòu)三維驗算模型如圖4所示。

4.1 開洞后正常使用狀態(tài)下剪力墻受剪承載力驗算

開洞后剪力墻墻肢正常使用狀態(tài)下承載力，應(yīng)考慮恒荷載、活荷載及風荷載組合作用下的效應(yīng)組合。依據(jù)GB 50010—2010混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范(2015版)[4]規(guī)定,正常使用狀態(tài)下，剪力墻斜截面受剪承載力計算公式為：

經(jīng)計算，開洞后正常使用狀態(tài)下，墻肢受剪承載力滿足規(guī)范要求。

計算結(jié)果如表2所示。

表2 正常使用狀態(tài)荷載效應(yīng)與抗力計算結(jié)果

4.2 開洞后剪力墻軸壓比驗算

JGJ 3—2010高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[5]規(guī)定，當剪力墻抗震等級為二級時，墻體軸壓比限值為0.6，經(jīng)計算，重力荷載代表值作用下，開洞處墻肢軸壓比最大值為0.22。

計算結(jié)果如表3所示。

表3 開洞后墻肢軸壓比計算結(jié)果

4.3 開洞后剪力墻斜截面抗震受剪承載力驗算

GB 50010—2010混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范(2015版)規(guī)定,剪力墻斜截面抗震受剪承載力計算公式為:

其中，λ為計算截面處的剪跨比；N為考慮地震組合的剪力墻軸向壓力設(shè)計值中的較小者,當N>0.2fcbh時取0.2fcbh。經(jīng)計算，墻體開洞后，其抗震受剪承載力滿足規(guī)范要求。

計算結(jié)果如表4所示。

表4 地震作用下荷載效應(yīng)與抗力計算結(jié)果

5 剪力墻開洞加固

根據(jù)檢測結(jié)果及分析結(jié)論，雖然本工程開洞后墻肢軸壓比沒有超限，剪力墻開洞，削弱了結(jié)構(gòu)的塑性變形能力及承載能力,結(jié)構(gòu)軸壓比作為反映剪力墻塑性變形能力的重要指標，對房屋安全性具有重要作用，為了使結(jié)構(gòu)塑性變形能力達到設(shè)計水平，提高結(jié)構(gòu)抗震承載能力，確保水平力在洞口處的有效傳遞，利用截斷外露鋼筋搭接長度，采用對洞口處截斷鋼筋進行幫條焊接，為了使封洞后洞口混凝土與原結(jié)構(gòu)密實接觸，使封洞處混凝土與原結(jié)構(gòu)協(xié)同工作，采用C40微膨脹混凝土進行封洞加固，加固完成后在新舊墻體連接處采用粘貼碳纖維布進行補強。具體施工措施為：

1)對于洞口范圍內(nèi)無外露鋼筋或外露鋼筋焊接長度不足，需剔除洞口范圍內(nèi)混凝土，使鋼筋焊接長度達到設(shè)計值；對于洞口處有外露鋼筋且其外露長度達到焊接設(shè)計值，將洞口處外露鋼筋進行調(diào)直并截斷，預(yù)留焊接所需長度。

2)鑿毛洞口范圍內(nèi)剪力墻，并采用鋼刷將洞口清理干凈。

3)在剪力墻洞口范圍內(nèi)后置HRB400級鋼筋，與原鋼筋進行幫條焊接。

4)采用C40微膨脹免振搗混凝土填充洞口，膨脹劑摻量不低于10%。

加固方案如圖5,圖6所示。

6 結(jié)語

高層建筑軸壓比是反映影響結(jié)構(gòu)安全、大震下塑性變形的重要指標，控制結(jié)構(gòu)軸壓比限值，對保證結(jié)構(gòu)能夠完成預(yù)定功能，具有重要意義。剪力墻開洞對墻體軸壓比影響尤為顯著，開洞不僅削弱了構(gòu)件截面，同時也會對墻肢抗剪承載能力及墻體穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，本工程雖然開洞后結(jié)構(gòu)各項指標仍能滿足規(guī)范要求，考慮到結(jié)構(gòu)的可靠度水平被降低，為了恢復(fù)原結(jié)構(gòu)的可靠度水平，我們對其進行封洞加固。

采用對截斷水平及豎向鋼筋的有效連接及微膨脹混凝土封洞，能夠確保地震力的有效傳遞，增強結(jié)構(gòu)整體性，使加固后的房屋抗震水平不低于原設(shè)計值，能夠完成預(yù)期使用功能。