趙婷婷， 楊穎偉， 許 萌

（1.中電投工程研究檢測評定中心有限公司，北京 100142；2.青島盛景建筑設(shè)計咨詢有限公司，山東 青島 266300）

隨著人民生活水平提高，對居住環(huán)境的要求也越來越高。房屋結(jié)構(gòu)的安全性由于與人身安全直接相關(guān)，一直都是人們關(guān)注的焦點，也是建筑行業(yè)的重要研究方向之一。近年來,建筑結(jié)構(gòu)檢測鑒定和加固設(shè)計蓬勃發(fā)展，主要是因為：

1）標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范不斷更新，早期建造的房屋結(jié)構(gòu)已經(jīng)不滿足現(xiàn)行規(guī)范的要求；

2）既有建筑存在材料強(qiáng)度降低、鋼材銹蝕、結(jié)構(gòu)構(gòu)件開裂等情況，嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)安全；

3）早期建筑達(dá)到了設(shè)計使用年限，需要了解結(jié)構(gòu)的安全性；

4）既有房屋改變用途，要評估新用途下的安全性，必要時進(jìn)行加固改造設(shè)計。

目前，已有眾多學(xué)者和專業(yè)技術(shù)人員針對既有建筑的檢測鑒定及加固設(shè)計進(jìn)行了研究。陸錦標(biāo)等[1]指出既有建筑的鑒定應(yīng)與現(xiàn)行設(shè)計規(guī)范相協(xié)調(diào)，考慮結(jié)構(gòu)的時變性能、損傷累計及耐久性問題；張鑫等[2]對目前常用的檢測鑒定方法進(jìn)行了介紹和分析，對建筑結(jié)構(gòu)檢測、鑒定、加固和改造技術(shù)的發(fā)展趨勢進(jìn)行了展望；謝啟芳[3]通過理論分析結(jié)合試驗，研究了碳纖維布在木結(jié)構(gòu)加固中的使用效果；張益多等[4]針對混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)的現(xiàn)狀進(jìn)行了介紹，分析了各類加固方法的優(yōu)缺點及適用情況。本文分析一個框架結(jié)構(gòu)的檢測、鑒定及加固過程，為同類工程的檢測鑒定及加固工作提供參考。

1 工程概況

某建筑建造于20 世紀(jì)90 年代，地上9 層，總建筑面積約6 500 m2，鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，樁基礎(chǔ)。原結(jié)構(gòu)使用功能為員工宿舍，現(xiàn)擬將其改造為度假酒店使用。見圖1。

圖1 結(jié)構(gòu)平面

原結(jié)構(gòu)設(shè)計依據(jù)的1989年規(guī)范，已經(jīng)不滿足現(xiàn)行規(guī)范對于安全使用和抗震設(shè)防的要求且使用過程中發(fā)現(xiàn)存在露筋、銹蝕等問題。為了消除安全隱患，需對該建筑進(jìn)行抗震鑒定并根據(jù)鑒定結(jié)果進(jìn)行加固處理。

2 結(jié)構(gòu)檢測及鑒定

該項目有存檔的結(jié)構(gòu)施工圖，先進(jìn)行現(xiàn)場檢測，復(fù)核現(xiàn)有結(jié)構(gòu)與設(shè)計圖紙是否相符合；根據(jù)檢測結(jié)果和原結(jié)構(gòu)圖紙，對該建筑進(jìn)行建模計算和分析，通過計算結(jié)果、現(xiàn)場對抗震構(gòu)造措施的檢查結(jié)果和目前建筑已有的損傷情況，綜合評估結(jié)構(gòu)安全性，找到建筑存在的主要安全隱患，為后續(xù)的加固設(shè)計工作提供依據(jù)。

2.1 原結(jié)構(gòu)檢測

2.1.1 現(xiàn)狀核查

現(xiàn)場對樓層數(shù)、層高和使用功能進(jìn)行檢查，對建筑軸網(wǎng)、構(gòu)件平面布置及截面尺寸進(jìn)行檢測，經(jīng)查：建筑未進(jìn)行過增層改造，層高與原設(shè)計圖紙一致；平面布置及軸網(wǎng)尺寸與設(shè)計圖紙相符；構(gòu)件截面尺寸與設(shè)計尺寸一致。建筑梁、柱及填充墻未見明顯裂縫，結(jié)構(gòu)整體未見明顯的沉降或傾斜，部分樓板底存在露筋及鋼筋銹蝕情況。

2.1.2 混凝土抗壓強(qiáng)度檢測

混凝土抗壓強(qiáng)度檢測可采用回彈法、鉆芯法、超聲回彈綜合法和后拔出法等，目前應(yīng)用較為廣泛的有回彈法和鉆芯法兩種；考慮到回彈法存在著工作量較大、現(xiàn)場工作用時較長、檢測結(jié)果受人為操作和儀器影響較大的特點；采用了工期短、檢測結(jié)果更為直接的鉆芯法?，F(xiàn)場隨機(jī)取芯，加工、養(yǎng)護(hù)、試驗得到混凝土強(qiáng)度評定值：1～4 層柱強(qiáng)度19.5～56.2 MPa；5～9層柱強(qiáng)度21.0～36.9 MPa；2 層～屋面梁強(qiáng)度10.6～48.2 MPa。檢測結(jié)果表明，梁、柱均有部分構(gòu)件混凝土強(qiáng)度不滿足設(shè)計強(qiáng)度要求，個別構(gòu)件的混凝土抗壓強(qiáng)度不滿足鑒定標(biāo)準(zhǔn)中對構(gòu)件混凝土強(qiáng)度最低值的要求。

2.1.3 鋼筋配置情況檢查

采用鋼筋掃描儀對鋼筋數(shù)量和間距進(jìn)行檢測，隨機(jī)抽取一定數(shù)量的構(gòu)件進(jìn)行剔鑿，檢測其鋼筋直徑。經(jīng)查，梁鋼筋主筋數(shù)量、箍筋間距和鋼筋直徑與原設(shè)計圖紙一致；柱鋼筋主筋數(shù)量、箍筋間距、箍筋直徑與設(shè)計圖紙一致，個別柱構(gòu)件的實際縱筋直徑要大于設(shè)計縱筋直徑；樓板底兩個方向底部的鋼筋直徑及間距均與設(shè)計值相符。

2.2 結(jié)構(gòu)抗震鑒定

該建筑后續(xù)使用年限為40 a，采用B 類建筑抗震鑒定方法進(jìn)行鑒定[5]。

2.2.1 抗震承載力驗算

采用北京構(gòu)力科技有限公司開發(fā)的PKPM 建筑工程系列軟件V4.3 計算分析。該結(jié)構(gòu)安全等級為二級，抗震設(shè)防烈度為7 度，設(shè)計基本地震加速度為0.10g,抗震設(shè)防類別為丙類，結(jié)構(gòu)抗震等級為三級，設(shè)計地震分組為第一組，場地類別為Ⅱ類，地面面粗糙度為B類。

樓面恒荷載為4.0 kN/m2，樓面及上人屋面活荷載為2.0 kN/m2，不上人屋面活荷載0.5 kN/m2，樓梯間活荷載3.5 kN/m2，基本風(fēng)壓0.75 kN/m2[6]。檢測中抽取的混凝土構(gòu)件強(qiáng)度按實測值驗算，未檢測構(gòu)件的混凝土強(qiáng)度按推定值計算。見圖2。

圖2 結(jié)構(gòu)分析模型

2.2.2 抗震措施鑒定

該建筑為雙向框架結(jié)構(gòu)體系，滿足規(guī)范要求；1～2 層平面存在局部突出情況，突出部分的長度大于寬度且大于該方向總長度的30%，不滿足標(biāo)準(zhǔn)對平面規(guī)則性的要求；部分混凝土構(gòu)件實測強(qiáng)度低于C20，不滿足標(biāo)準(zhǔn)對混凝土構(gòu)件最低強(qiáng)度要求；梁、柱的截面尺寸均滿足抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)的要求；梁、柱箍筋間距滿足標(biāo)準(zhǔn)的限值要求。

2.2.3 抗震鑒定結(jié)果

建筑首層為薄弱層，X方向的最小剛度比為0.66，不滿足規(guī)范要求；X、Y方向的最小樓層受剪承載力比值分別為0.63、0.68，不滿足規(guī)范要求；剪重比、層間位移角、位移比、剛重比等均滿足規(guī)范要求。

建筑部分混凝土柱首層的軸壓比高于鑒定標(biāo)準(zhǔn)的限值要求；部分柱構(gòu)件的實測縱筋配筋面積低于計算配筋面積；部分梁構(gòu)件存在跨中梁底縱筋、梁端頂部縱筋或梁端箍筋實測面積低于計算配件面積的情況，個別梁構(gòu)件出現(xiàn)超筋的現(xiàn)象；部分樓板板底實測配筋面積低于計算面積。

3 加固處理

3.1 加固方案

根據(jù)檢測鑒定結(jié)果中的問題，確定該建筑的加固方案。

1）結(jié)構(gòu)整體指標(biāo)：在原結(jié)構(gòu)首層新增部分剪力墻，增大首層剛度，協(xié)調(diào)首層平面剛度分布。

2）柱構(gòu)件：對材料強(qiáng)度、承載力不滿足要求的框架柱構(gòu)件采用加大截面或外包型鋼法加固。

3）梁構(gòu)件：對材料強(qiáng)度、承載力不滿足要求的框架梁構(gòu)件采用置換混凝土、加大截面或粘貼鋼板法加固。

4）板構(gòu)件：對承載力不滿足要求的樓板采用粘貼碳纖維和粘貼鋼板法加固，對存在露筋、銹蝕的樓板進(jìn)行除銹和清理。

3.2 體系加固

該建筑的部分整體指標(biāo)不滿足規(guī)范要求，主要由于首層層高過大和截面平面不規(guī)則所致，在該建筑首層的薄弱位置新增了混凝土墻體，增加并協(xié)調(diào)了首層的側(cè)向剛度。新增墻體的基礎(chǔ)與原結(jié)構(gòu)相同，為方便施工，采用了錨桿靜壓樁。采取該措施后，不僅建筑整體指標(biāo)滿足規(guī)范要求，上部樓層部分梁構(gòu)件的計算配筋面積也大幅減小，梁超筋的情況也不存在了。

3.3 框架柱加固

對材料強(qiáng)度、軸壓比不滿足規(guī)范要求的柱構(gòu)件優(yōu)先采用增加截面法加固，不僅可以解決單個構(gòu)件的承載能力問題，還可以提高結(jié)構(gòu)的整體剛度。中柱四面加固；為避免破壞外墻已有的彩繪墻面，對邊柱三面加固。

對鋼筋配置不足的柱構(gòu)件采用外包型鋼加固法。該方法施工難度低、作業(yè)快、對結(jié)構(gòu)外觀影響較小，施工時，先將混凝土構(gòu)件角部鑿除補(bǔ)成圓角，然后進(jìn)行界面清理、鉆孔、埋置螺栓、涂抹結(jié)構(gòu)膠、粘接、固定及表面處理工作。

3.4 框架梁加固

對實測抗壓強(qiáng)度過低（低于13 MPa）的構(gòu)件，采用置換混凝土的方法進(jìn)行處理；由于該方法工藝繁瑣、操作上有諸多不便，本工程僅對少數(shù)混凝土強(qiáng)度過低、無法通過其他方法加固的構(gòu)件采用此方法；對頂部和底部鋼筋均不足的構(gòu)件采用加大截面的方法加固，既能增加梁的承載能力，也可以對整體結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度有增大效果；對局部鋼筋配置不足的梁構(gòu)件采用粘貼鋼板加固法。在梁底通長粘貼受力鋼板，梁頂受力鋼板的截斷位置應(yīng)根據(jù)加固設(shè)計規(guī)范[7]計算確定，還應(yīng)滿足相關(guān)的構(gòu)造要求，同時要設(shè)置“U 形箍”，保證“強(qiáng)剪弱彎”的破壞形態(tài)。

3.5 樓板的加固及處理

對于鋼筋配置不足的樓板，采用粘貼碳纖維和粘貼鋼板的方法加固。該方法簡單快捷、對結(jié)構(gòu)凈空無明顯影響且加固后結(jié)構(gòu)自重?zé)o明顯增加；對存在露筋、銹蝕的樓板，先剔除表面質(zhì)量較差的混凝土，對原鋼筋進(jìn)行打磨、除銹、防腐處理，再采用環(huán)氧樹脂砂漿恢復(fù)梁截面至剔鑿前尺寸，如果存在打磨后樓板鋼筋配置不足的情況，再采用粘貼碳纖維的方法處理。

4 結(jié)論及建議

1）工程改造加固設(shè)計應(yīng)以檢測鑒定結(jié)果為基礎(chǔ)，當(dāng)存檔的設(shè)計圖紙與現(xiàn)場實測結(jié)果不一致時，應(yīng)以現(xiàn)場實測結(jié)果為準(zhǔn)。

2）結(jié)構(gòu)加固設(shè)計不應(yīng)只關(guān)注構(gòu)件的承載力及配筋問題，尤其當(dāng)結(jié)構(gòu)整體存在一定問題時，合理的體系加固可以同時解決結(jié)構(gòu)存在的諸多問題，大大減少加固設(shè)計及施工的工作量。

3）既有建筑的加固設(shè)計不能只依靠規(guī)范和圖集，要全面地考慮施工過程中可能遇到的諸多問題，如：是否有施工作業(yè)條件、是否會有意向保留的外墻裝飾或屋面造型、是否有植筋條件等。

4）對需要鑿除部分混凝土的情況，設(shè)計時需要考慮是否有必要增設(shè)臨時支撐并在設(shè)計文件中加以強(qiáng)調(diào)，以保證施工安全。