某中學(xué)教學(xué)樓安全性分析

安保宏

在建成年代較長(zhǎng)的國(guó)有大中型企業(yè)中，常常會(huì)存在一些使用年代久遠(yuǎn)、結(jié)構(gòu)形式陳舊或者出現(xiàn)了這樣那樣問題的舊樓、舊廠房。這些建筑物大多存在一定程度的結(jié)構(gòu)缺陷，或者已經(jīng)出現(xiàn)破損、變形，但仍保留著部分使用功能。對(duì)這些陳舊的甚至是破損的建筑物，往往沒有合適的處理方法，大部分都處于長(zhǎng)期閑置或半閑置中，對(duì)國(guó)有資產(chǎn)造成了一定程度的浪費(fèi)。又鑒于此，本文以某中學(xué)舊教學(xué)樓的結(jié)構(gòu)安全性分析為例，將筆者對(duì)此類問題處理方面的一點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)與諸位讀者、同行們分享、探討。

1 安全性分析第一步

調(diào)查了解建筑物概況，包括設(shè)計(jì)、使用和表現(xiàn)出的主要缺陷情況等。某中學(xué)教學(xué)樓，平面布局為矩形，南北向?qū)?.5 m，東西向長(zhǎng)44 m，建筑總高度11.7 m，總建筑面積約1 011 m2。全樓共3層，1層層高3.1 m，2層，3層層高均為 3.6 m。原設(shè)計(jì)圖紙標(biāo)注為3層框架結(jié)構(gòu)，除外走廊挑板和樓梯間部分采用鋼筋混凝土現(xiàn)澆樓(屋)蓋板外，其余部分的樓(屋)蓋板均采用預(yù)應(yīng)力空心板，鋼筋混凝土條形基礎(chǔ)，基礎(chǔ)埋深為2.15 m。教學(xué)樓磚砌體采用75號(hào)機(jī)磚，25號(hào)混合砂漿;基礎(chǔ)采用 150號(hào)混凝土，2層，3層圈過梁采用150號(hào)混凝土，其余梁、柱等構(gòu)件采用200號(hào)混凝土。該校教學(xué)樓于1987年開工建設(shè)，當(dāng)年完工并投入使用;至1996年起，教學(xué)樓部分墻體開始出現(xiàn)裂縫，至1998年墻體裂縫已較為嚴(yán)重，教學(xué)樓停止正式使用。

2 安全性分析第二步

從建筑物概況可以看出，該樓主要表現(xiàn)出的缺陷是結(jié)構(gòu)構(gòu)件的裂縫。因此，對(duì)該教學(xué)樓的安全性分析評(píng)價(jià)，應(yīng)當(dāng)主要分析以下幾個(gè)方面的問題:1)裂縫的程度和性質(zhì)。包括導(dǎo)致結(jié)構(gòu)裂縫的原因、裂縫目前造成危害的程度、裂縫是否還在持續(xù)發(fā)展當(dāng)中等。2)結(jié)構(gòu)是否存在隱患。包括結(jié)構(gòu)的傳力體系、構(gòu)造連接等是否存在不合理的環(huán)節(jié)，是否還存在其他安全隱患。3)當(dāng)前結(jié)構(gòu)承載力狀態(tài)和材料性能。包括結(jié)構(gòu)本身的承載能力、結(jié)構(gòu)基本材料的強(qiáng)度以及目前結(jié)構(gòu)變形的程度。

確定了上述三點(diǎn)問題，下一步結(jié)構(gòu)檢測(cè)的內(nèi)容就以解決這些問題為目標(biāo)來進(jìn)行。檢測(cè)的具體內(nèi)容包括:結(jié)構(gòu)普查(包括結(jié)構(gòu)形式、構(gòu)造措施、外觀缺陷普查等三個(gè)方面的工作)、材料強(qiáng)度檢測(cè)(包括混凝土強(qiáng)度和砌體材料強(qiáng)度)、傾斜觀測(cè)、結(jié)構(gòu)承載力驗(yàn)算(按照現(xiàn)行規(guī)范和實(shí)際測(cè)試結(jié)果的材料強(qiáng)度)。

3 安全性分析第三步

主體結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)和結(jié)構(gòu)驗(yàn)算。

結(jié)構(gòu)檢測(cè)和驗(yàn)算是整個(gè)分析過程中最重要的部分，最終的安全性分析就是建立在結(jié)構(gòu)檢測(cè)所提供的檢測(cè)結(jié)果基礎(chǔ)上的，所以檢測(cè)結(jié)論必須真實(shí)可靠。以下為省內(nèi)權(quán)威檢測(cè)機(jī)構(gòu)對(duì)該教學(xué)樓的檢測(cè)結(jié)果節(jié)選:

結(jié)構(gòu)普查檢測(cè)結(jié)果:該樓各層墻體存在不同程度的裂縫，其中1層的墻體裂縫情況較為嚴(yán)重，裂縫形態(tài)多為斜向，出現(xiàn)位置在東西兩端的墻體上較為集中，底層的裂縫比上部的較為顯著，各窗臺(tái)墻的裂縫形態(tài)總體呈倒“八”字形分布，這是由于該樓地基發(fā)生不均勻沉降所致。教學(xué)樓墻體存在的裂縫分布范圍較廣，墻體裂縫的存在影響和削弱了構(gòu)件的承載能力。該教學(xué)樓原設(shè)計(jì)圖紙標(biāo)注為框架結(jié)構(gòu)，而實(shí)際為梁—柱—橫墻混合承重結(jié)構(gòu)體系。這種混合承重結(jié)構(gòu)體系布置不甚合理，傳力路線不明晰，一般工程中較少使用，也不符合現(xiàn)行國(guó)家設(shè)計(jì)規(guī)范的要求。

材料強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果:現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)混凝土強(qiáng)度的結(jié)果，有相當(dāng)部分的構(gòu)件混凝土強(qiáng)度低于設(shè)計(jì)要求。磚強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果滿足設(shè)計(jì)要求，砌體砂漿強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果離散性較大，砂漿勻質(zhì)性差，強(qiáng)度偏低。

傾斜觀測(cè)結(jié)果:教學(xué)樓整體傾斜的實(shí)測(cè)值已超過規(guī)定限值。

結(jié)構(gòu)驗(yàn)算結(jié)果:受壓承載力驗(yàn)算結(jié)果，所有受壓構(gòu)件承載力驗(yàn)算結(jié)果滿足規(guī)范要求;抗震承載力驗(yàn)算結(jié)果，教學(xué)樓按抗震設(shè)防烈度7度、設(shè)計(jì)基本地震加速度值取0.10g進(jìn)行抗震驗(yàn)算，該樓所有構(gòu)件抗震承載力滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求。墻體高厚比驗(yàn)算結(jié)果，該教學(xué)樓墻體構(gòu)件高厚比均滿足GB 50003-2001砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范的限值要求。

4 安全性分析第四步

依據(jù)主體結(jié)構(gòu)檢測(cè)的結(jié)果，對(duì)結(jié)構(gòu)安全狀態(tài)進(jìn)行分析。

綜合現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的結(jié)果可知該教學(xué)樓目前存在的缺陷:1)地基不均勻沉降，造成大量的墻體裂縫，裂縫的墻體數(shù)量多，裂縫范圍大，已對(duì)構(gòu)件的承載能力形成了不良影響，同時(shí)也導(dǎo)致了教學(xué)樓整體傾斜量超過規(guī)范限值。由相關(guān)資料調(diào)查得知，此處地基沉降系煤礦采空區(qū)影響導(dǎo)致，采空區(qū)已于數(shù)年前進(jìn)行了治理，沉降已穩(wěn)定。2)教學(xué)樓主體結(jié)構(gòu)實(shí)際為梁—柱—橫墻混合承重結(jié)構(gòu)體系，體系布置不合理，存在一定的先天缺陷。3)材料強(qiáng)度方面，混凝土強(qiáng)度的檢測(cè)結(jié)果有相當(dāng)部分未達(dá)到設(shè)計(jì)要求，而教學(xué)樓原設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)采用150號(hào)混凝土，2層，3層圈過梁采用150號(hào)混凝土，其余梁、柱等構(gòu)件采用200號(hào)混凝土。GB 50011-2001建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范第3.9.1條中對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)材料的規(guī)定:混凝土的強(qiáng)度等級(jí)，框支梁、框支柱及抗震等級(jí)為一級(jí)的框架梁、柱、節(jié)點(diǎn)核心區(qū)，不應(yīng)低于C30;構(gòu)造柱、芯柱、圈梁及其他各類構(gòu)件不應(yīng)低于C20，依此規(guī)定，該教學(xué)樓混凝土構(gòu)件在構(gòu)造上存在嚴(yán)重缺陷。

根據(jù)上述三個(gè)方面的缺陷，對(duì)該樓的主體結(jié)構(gòu)安全性作以下分析:該教學(xué)樓目前存在大量墻體裂縫，并有材料強(qiáng)度不足的構(gòu)造缺陷，對(duì)結(jié)構(gòu)承載力造成了顯著影響，結(jié)構(gòu)安全受到了一定程度的威脅，結(jié)構(gòu)體系的不合理也對(duì)結(jié)構(gòu)安全造成了影響。但從整體而言，該樓主體結(jié)構(gòu)并未受到嚴(yán)重?fù)p傷，且主要問題起因的地基沉降經(jīng)過治理已穩(wěn)定;結(jié)構(gòu)體系布置不合理和材料強(qiáng)度的不足，雖然未能滿足現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范，但從現(xiàn)象上看并未對(duì)結(jié)構(gòu)造成顯著危害。

綜上所述，目前該教學(xué)樓安全性存在一定的缺陷，但在經(jīng)過適當(dāng)?shù)募庸檀胧┨幚?如裂縫墻體加固和地基基礎(chǔ)加固)之后，仍可滿足正常使用的要求。