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摘要：通過對建筑物結(jié)構(gòu)布局、裂縫、損壞等實際情況進行測量勘察，對墻、梁、柱等結(jié)構(gòu)強度進行檢測，對整體結(jié)構(gòu)依據(jù)實際情況進行建模分析，評估結(jié)構(gòu)的安全和抗震性能，給出合理的加固建議，延長建筑的使用年限。...

某中學(xué)教學(xué)樓加固抗震安全鑒定分析

李旭東
華北理工大學(xué)建筑工程學(xué)院

    一、引言

    隨著建筑的使用，建筑結(jié)構(gòu)的強度逐漸降低，混凝土碳化逐漸深入，構(gòu)件會出現(xiàn)裂縫、表面脫落，其整體結(jié)構(gòu)的抗震性能降低，安全性無法得到保障，嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)功能的繼續(xù)發(fā)揮。且先前所建結(jié)構(gòu)的抗震標(biāo)準(zhǔn)低，已不滿足現(xiàn)在結(jié)構(gòu)的抗震要求。為滿足結(jié)構(gòu)的繼續(xù)日常使用，需要對建筑結(jié)構(gòu)的整體抗震性能重新鑒定評估，采取必要的抗震加固措施，提升結(jié)構(gòu)的安全性能。

    二、工程概況

    該教學(xué)樓建于上世紀(jì)80年代，為兩層混合結(jié)構(gòu)，后續(xù)使用年限40年，為保障建筑繼續(xù)安全使用，提出對結(jié)構(gòu)進行鑒定評估。

    由于時間較長，學(xué)校沒能保存下建筑結(jié)構(gòu)的原始資料，有關(guān)工程的一切資料都沒能提供，建筑結(jié)構(gòu)的實際情況需要現(xiàn)場勘察實測�？辈靸�(nèi)容包括結(jié)構(gòu)軸網(wǎng)布置，墻、柱、梁尺寸，門窗洞口的大小以及結(jié)構(gòu)構(gòu)件的材料強度。要根據(jù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的類型和布置判斷建筑的結(jié)構(gòu)體系，對于少數(shù)構(gòu)件外表由于砂漿等表層掩蓋而無法辨別構(gòu)件類型時，需要借助工具去掉表層再行判斷。在測量過程中要仔細觀察結(jié)構(gòu)的裂縫和構(gòu)件的損壞情況，以判斷結(jié)構(gòu)的薄弱位置和是否有地基的不均勻沉降。

    通過現(xiàn)場實測和查閱資料，基礎(chǔ)為一般淺基礎(chǔ)，樓板、屋蓋為預(yù)制樓板，梁為混凝土梁，墻體為240厚實心磚墻體，房屋四角和縱橫墻交接未設(shè)置鋼筋混凝土構(gòu)造柱，層層設(shè)置圈梁。抗震設(shè)防烈度6度，場地為Ⅲ類場地，總長28.4m，總寬13.95m，層高3.6m，基本開間尺寸3.9m，建筑面積810m2。教學(xué)樓的建筑平面圖如圖所示：

圖1 建筑平面圖

    三、現(xiàn)場勘察檢測

    1、損傷及缺陷情況檢查

   （1）地基基礎(chǔ)

    該建筑建于1985年，距今已逾30年。現(xiàn)場對該建筑上部結(jié)構(gòu)的外觀進行仔細檢查，檢查結(jié)果表明：該建筑未發(fā)現(xiàn)有明顯的傾斜，內(nèi)外墻體未發(fā)現(xiàn)由地基不均勻沉降引起的明顯可見的裂縫及其它損傷，內(nèi)外地面與主體結(jié)構(gòu)之間沒有出現(xiàn)明顯的相對位移等。

   （2）上部承重結(jié)構(gòu)

    整體結(jié)構(gòu)檢查中未發(fā)現(xiàn)該幢建筑承重墻體存在受力裂縫、傾斜等，承重墻體無剝落及明顯損傷現(xiàn)象；對各構(gòu)件連接部位進行了檢查，未發(fā)現(xiàn)連接部位有開裂、變形、位移或松動等缺陷；同時對該建筑的傾斜情況進行了檢查，結(jié)果表明，該建筑砌體結(jié)構(gòu)構(gòu)件無明顯傾斜等。

    鑿開該幢建筑物部分墻體外層砂漿層檢查，承重墻體均為標(biāo)準(zhǔn)實心粘土磚采用混合砂漿實心砌筑，砌筑砂漿薄厚、磚塊間距不均勻，砌筑工藝一般。

    2、材料強度檢測

    采用貫入法對該建筑物砂漿抗壓強度進行檢測，現(xiàn)場抽取部分墻體，按照《貫入法檢測砌筑砂漿抗壓強度技術(shù)規(guī)程》（JGJ/T 136-2001）規(guī)定的檢測方法進行檢測，檢測結(jié)果見表1。

表1 砌體砂漿強度檢測結(jié)果

    采用回彈法抽檢該建筑混凝土抗壓強度，由于該建筑混凝土齡期已超過1000天，碳化深度均大于6mm，因此參考《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計規(guī)范》（GB50367-2006）附錄B進行了修正，具體數(shù)據(jù)見表2。

表2混凝土強度檢測結(jié)果表

結(jié)構(gòu)部位	測區(qū)數(shù)	抗壓強度推定值（MPa）	齡期修正系數(shù)	現(xiàn)齡期強度推定值（MPa）
一層柱2/A	5	23.6	0.93	21.9
一層柱1/B	5	23.0	0.93	21.9

    3、承載力驗算由于該建筑設(shè)計圖紙缺失，現(xiàn)根據(jù)現(xiàn)場實測的結(jié)構(gòu)幾何尺寸、砂漿強度等情況，采用中國建筑科學(xué)研究院PKPM結(jié)構(gòu)計算程序，按現(xiàn)行規(guī)范對該建筑進行結(jié)構(gòu)驗算。其中墻體砂漿強度和粘土磚強度采用實測值，荷載值按現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定采用。建模所采用基本參數(shù)如下表3所示。

表3建�；�本參數(shù)表

    驗算結(jié)果表明，該建筑一、二層抗力與荷載效應(yīng)之比均大于1，受壓承載力滿足規(guī)范要求，高厚比驗算結(jié)果也在限值范圍內(nèi)。

    四、安全性鑒定

    安全性的鑒定評級應(yīng)按構(gòu)件、子單元和鑒定單元各分三個層次，每一層次分為四個安全性等級，按規(guī)定的檢查項目和步驟從第一層分層進行。

    構(gòu)件的安全性鑒定，應(yīng)按承載能力、構(gòu)造以及不適用于繼續(xù)承載的位移（或變形）和裂縫等四個檢查項目進行。分別評定受檢構(gòu)件的等級，取最低一級作為構(gòu)件安全性等級；子單元安全性鑒定包括地基基礎(chǔ)子單元、上部承重結(jié)構(gòu)子單元和維護系統(tǒng)承重部分子單元；鑒定單元安全性評級，一般根據(jù)地基基礎(chǔ)和上部承重結(jié)構(gòu)評級中的低等級確定。

    1、地基基礎(chǔ)

    地基基礎(chǔ)的安全性按其上部結(jié)構(gòu)反應(yīng)的檢查結(jié)果評定。該建筑沒有明顯的傾斜，內(nèi)外墻體未發(fā)現(xiàn)由地基不均勻沉降引起的明顯可見的裂縫及其它損傷，內(nèi)外地面與主體結(jié)構(gòu)之間沒有出現(xiàn)明顯的相對位移，按《民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》（GB50292-1999）（以下簡稱為《可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》）第6.2.4條規(guī)定，該建筑地基基礎(chǔ)的安全性等級評為Au級。

    2、上部結(jié)構(gòu)

    上部承重結(jié)構(gòu)的安全性鑒定評級，應(yīng)根據(jù)其所含各種構(gòu)件的安全性等級、結(jié)構(gòu)的整體性等級，以及結(jié)構(gòu)側(cè)向位移等級進行。

    根據(jù)其現(xiàn)狀及荷載情況，經(jīng)PKPM計算，一、二層墻體受壓承載力滿足規(guī)范要求，其構(gòu)件按承載能力評定為bu級；未能按規(guī)范設(shè)置構(gòu)造柱，其構(gòu)件按構(gòu)造評定評為cu級；在整個上部承重結(jié)構(gòu)中所占比重較大。綜上，根據(jù)《可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》第6.3.2條，主要構(gòu)件（承重墻體）的安全性等級評定評為Bu級。

    該建筑結(jié)構(gòu)布置基本合理，承重墻體作為抗側(cè)力系統(tǒng)，傳力路徑明確，各結(jié)構(gòu)構(gòu)件間的連接基本無松動變形或殘損，根據(jù)《可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》第6.3.4條，結(jié)構(gòu)整體性等級評定評為Bu級。

    通過現(xiàn)場檢測，該建筑未發(fā)現(xiàn)存在不適于繼續(xù)承載的側(cè)向位移，根據(jù)《可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》第6.3.5條，結(jié)構(gòu)側(cè)向位移等級不作評定。

    綜上，按《可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》第6.3.6條規(guī)定，上部結(jié)構(gòu)的安全性等級評為Bu級。

    3、安全鑒定結(jié)論

    該建筑物地基基礎(chǔ)安全性等級為Au級，上部承重結(jié)構(gòu)安全性等級為Bu級，依據(jù)《可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》第8.1.2條的規(guī)定，該建筑物安全性等級評定為Bsu級，安全性略低于標(biāo)準(zhǔn)的要求，對結(jié)構(gòu)的整體承載影響不顯著。

    五、抗震鑒定

    該建筑為教室，抗震設(shè)防類別為重點設(shè)防類（乙類），依據(jù)《建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》（GB50023-2009）（以下簡稱為《抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》），該建筑后續(xù)使用年限采用30年，抗震鑒定采用A類建筑（砌體房屋）抗震鑒定方法。

    1、場地鑒定

    本工程場地不屬于危險地段，該建筑場地非條狀突出山嘴、高聳孤立山丘、非巖石和強風(fēng)化巖石陡坡、河岸和邊坡的邊緣等不利地段，按《抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》第  4.1節(jié)，可不進行場地對建筑影響的抗震鑒定。

    2、地基基礎(chǔ)抗震鑒定

    本工程基礎(chǔ)無腐蝕、酥堿、松散和剝落，上部結(jié)構(gòu)無不均勻沉降裂縫和傾斜，根據(jù)《抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》第4.2.3條規(guī)定，該地基基礎(chǔ)可評為無嚴(yán)重靜載缺陷；根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)第4.2.2條規(guī)定，該建筑可不進行地基基礎(chǔ)的抗震鑒定。

    3、抗震措施鑒定

    現(xiàn)場重點檢查了該建筑的高度和層數(shù)、抗震墻的厚度和間距、墻體實際達到的砂漿強度等級和砌筑質(zhì)量、墻體交接處的連接、女兒墻、樓梯間等易引起倒塌傷人的部位、墻體布置的規(guī)則性、樓、屋蓋處的圈梁、樓、屋蓋與墻體的連接構(gòu)造等。

    檢查結(jié)果顯示，外墻四角、縱橫墻交接處未設(shè)置構(gòu)造柱，不滿足《抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》第5.2.4條第1款要求要求。

    4、抗震承載力驗算

    根據(jù)《抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》第5.2.11條，由于該建筑抗震措施不滿足該標(biāo)準(zhǔn)第一級鑒定的要求，因此按該標(biāo)準(zhǔn)第5.2節(jié)第二級鑒定的方法綜合考慮構(gòu)造的整體影響和局部影響進行抗震承載力驗算。

    根據(jù)《抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》第5.2.14條，現(xiàn)有結(jié)構(gòu)體系、樓屋蓋整體性連接、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)公式：

    (1)

    式中βci —— 第i樓層的縱向或橫向墻體綜合抗震能力指數(shù)；

    βi —— 第i樓層縱向或橫向墻體平均抗震能力指數(shù)；

    ψ1 —— 體系影響系數(shù)，按5.2.14條第2款確定；

    ψ2 —— 局部影響系數(shù)，按5.2.14條第3款確定；

    樓層平均抗震能力指數(shù)應(yīng)按下式計算：

    (2)

    式中βi —— 第i樓層縱向或橫向墻體平均抗震能力指數(shù)；

    Ai —— 第i樓層縱向或橫向抗震墻在層高1/2處凈截面積的總面積，其中不包括高寬比大于4的墻斷截面積；

    Abi —— 第i樓層建筑平面面積；

    ξbi—— 第i樓層縱向或橫向抗震墻的基準(zhǔn)面積率，按鑒定標(biāo)準(zhǔn)附錄B采用；

    λ—— 烈度影響系數(shù)；6、7、8、9度時，分別按0.7、1.0、1.5和2.5采用，設(shè)計基本地震加速度為0.15g和0.30g，分別按1.25和2.0采用。當(dāng)場地處于鑒定標(biāo)準(zhǔn)4.1.3條規(guī)定的不利地段時，尚應(yīng)乘以增大系數(shù)1.1~1.6。

    樓層綜合抗震能力指數(shù)計算結(jié)果如表4所示：

表4樓層綜合抗震能力指數(shù)結(jié)果表

    計算結(jié)果表明，樓層的縱橫向墻體各項綜合抗震能力指數(shù)βci大于1，滿足要求。

    六、結(jié) 語

    本工程主要鑒定結(jié)論：

    1、結(jié)構(gòu)受壓承載力、高厚比滿足規(guī)范要求；

    2、依據(jù)《可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，該建筑物安全性等級評定為Bsu級，安全性略低于標(biāo)準(zhǔn)的要求，對結(jié)構(gòu)的整體承載影響不顯著；

    3、結(jié)構(gòu)縱墻、橫墻能滿足《抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》關(guān)于A類砌體房屋抗震承載力驗算的要求；

    4、外墻四角，縱橫墻交接處未設(shè)置構(gòu)造柱，縱橫墻交接處沒有可靠性連接，影響結(jié)構(gòu)的整體性，不滿足規(guī)范要求，應(yīng)增設(shè)外加柱；

    5、樓、屋蓋為預(yù)制多孔板樓蓋，在使用中應(yīng)加強檢查，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)有變異情況，需及時采取相應(yīng)措施；

    6、綜上所述，按《抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》第5.1.4條，判定該建筑不滿足抗震鑒定要求。

    對于使用年限較長的建筑結(jié)構(gòu)，其安全抗震性能降低，當(dāng)不滿足繼續(xù)安全使用，應(yīng)對其進行抗震安全性鑒定，對發(fā)現(xiàn)的問題應(yīng)及時采取相應(yīng)的措施。通過對實際工程的現(xiàn)場勘察實測、建模分析、評估鑒定和采取相應(yīng)的加固措施，為其它鑒定加固工程項目提供參考。

(本文來源：陜西省土木建筑學(xué)會   文徑網(wǎng)絡(luò)設(shè)計項目投資中心：劉紅娟尹維維 編輯   劉真文徑 審核)

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