框架結構檢測鑒定與加固處理

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，對居住環境的要求也越來越高。房屋結構的安全性由于與人身安全直接相關，一直都是人們關注的焦點，也是建筑行業的重要研究方向之一。近年來,建筑結構檢測鑒定和加固設計蓬勃發展，主要是因為：

1）標準規范不斷更新，早期建造的房屋結構已經不滿足現行規范的要求；

2）既有建筑存在材料強度降低、鋼材銹蝕、結構構件開裂等情況，嚴重影響結構安全；

3）早期建筑達到了設計使用年限，需要了解結構的安全性；

4）既有房屋改變用途，要評估新用途下的安全性，必要時進行加固改造設計。

目前，已有眾多學者和專業技術人員針對既有建筑的檢測鑒定及加固設計進行了研究。陸錦標等[1]指出既有建筑的鑒定應與現行設計規范相協調，考慮結構的時變性能、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行了介紹和分析，對建筑結構檢測、鑒定、加固和改造技術的發展趨勢進行了展望；謝啟芳[3]通過理論分析結合試驗，研究了碳纖維布在木結構加固中的使用效果；張益多等[4]針對混凝土結構加固技術的現狀進行了介紹，分析了各類加固方法的優缺點及適用情況。本文分析一個框架結構的檢測、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90 年代，地上9 層，總建筑面積約6 500 m2，鋼筋混凝土框架結構，樁基礎。原結構使用功能為員工宿舍，現擬將其改造為度假酒店使用。見圖1。

圖1 結構平面

原結構設計依據的1989年規范，已經不滿足現行規范對于安全使用和抗震設防的要求且使用過程中發現存在露筋、銹蝕等問題。為了消除安全隱患，需對該建筑進行抗震鑒定并根據鑒定結果進行加固處理。

2 結構檢測及鑒定

該項目有存檔的結構施工圖，先進行現場檢測，復核現有結構與設計圖紙是否相符合；根據檢測結果和原結構圖紙，對該建筑進行建模計算和分析，通過計算結果、現場對抗震構造措施的檢查結果和目前建筑已有的損傷情況，綜合評估結構安全性，找到建筑存在的主要安全隱患，為后續的加固設計工作提供依據。

2.1 原結構檢測

2.1.1 現狀核查

現場對樓層數、層高和使用功能進行檢查，對建筑軸網、構件平面布置及截面尺寸進行檢測，經查：建筑未進行過增層改造，層高與原設計圖紙一致；平面布置及軸網尺寸與設計圖紙相符；構件截面尺寸與設計尺寸一致。建筑梁、柱及填充墻未見明顯裂縫，結構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 混凝土抗壓強度檢測

混凝土抗壓強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、現場工作用時較長、檢測結果受人為操作和儀器影響較大的特點；采用了工期短、檢測結果更為直接的鉆芯法。現場隨機取芯，加工、養護、試驗得到混凝土強度評定值：1～4 層柱強度19.5～56.2 MPa；5～9層柱強度21.0～36.9 MPa；2 層～屋面梁強度10.6～48.2 MPa。檢測結果表明，梁、柱均有部分構件混凝土強度不滿足設計強度要求，個別構件的混凝土抗壓強度不滿足鑒定標準中對構件混凝土強度最低值的要求。

2.1.3 鋼筋配置情況檢查

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

2.2 結構抗震鑒定

該建筑后續使用年限為40 a，采用B 類建筑抗震鑒定方法進行鑒定[5]。

2.2.1 抗震承載力驗算

采用北京構力科技有限公司開發的PKPM 建筑工程系列軟件V4.3 計算分析。該結構安全等級為二級，抗震設防烈度為7 度，設計基本地震加速度為0.10g,抗震設防類別為丙類，結構抗震等級為三級，設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，基本風壓0.75 kN/m2[6]。檢測中抽取的混凝土構件強度按實測值驗算，未檢測構件的混凝土強度按推定值計算。見圖2。

圖2 結構分析模型

2.2.2 抗震措施鑒定

該建筑為雙向框架結構體系，滿足規范要求；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%，不滿足標準對平面規則性的要求；部分混凝土構件實測強度低于C20，不滿足標準對混凝土構件最低強度要求；梁、柱的截面尺寸均滿足抗震鑒定標準的要求；梁、柱箍筋間距滿足標準的限值要求。

2.2.3 抗震鑒定結果

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，不滿足規范要求；剪重比、層間位移角、位移比、剛重比等均滿足規范要求。

建筑部分混凝土柱首層的軸壓比高于鑒定標準的限值要求；部分柱構件的實測縱筋配筋面積低于計算配筋面積；部分梁構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，個別梁構件出現超筋的現象；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

根據檢測鑒定結果中的問題，確定該建筑的加固方案。

1）結構整體指標：在原結構首層新增部分剪力墻，增大首層剛度，協調首層平面剛度分布。

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

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

4）板構件：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、銹蝕的樓板進行除銹和清理。

3.2 體系加固

該建筑的部分整體指標不滿足規范要求，主要由于首層層高過大和截面平面不規則所致，在該建筑首層的薄弱位置新增了混凝土墻體，增加并協調了首層的側向剛度。新增墻體的基礎與原結構相同，為方便施工，采用了錨桿靜壓樁。采取該措施后，不僅建筑整體指標滿足規范要求，上部樓層部分梁構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

對材料強度、軸壓比不滿足規范要求的柱構件優先采用增加截面法加固，不僅可以解決單個構件的承載能力問題，還可以提高結構的整體剛度。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件采用外包型鋼加固法。該方法施工難度低、作業快、對結構外觀影響較小，施工時，先將混凝土構件角部鑿除補成圓角，然后進行界面清理、鉆孔、埋置螺栓、涂抹結構膠、粘接、固定及表面處理工作。

3.4 框架梁加固

對實測抗壓強度過低（低于13 MPa）的構件，采用置換混凝土的方法進行處理；由于該方法工藝繁瑣、操作上有諸多不便，本工程僅對少數混凝土強度過低、無法通過其他方法加固的構件采用此方法；對頂部和底部鋼筋均不足的構件采用加大截面的方法加固，既能增加梁的承載能力，也可以對整體結構的側向剛度有增大效果；對局部鋼筋配置不足的梁構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根據加固設計規范[7]計算確定，還應滿足相關的構造要求，同時要設置“U 形箍”，保證“強剪弱彎”的破壞形態。

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、對結構凈空無明顯影響且加固后結構自重無明顯增加；對存在露筋、銹蝕的樓板，先剔除表面質量較差的混凝土，對原鋼筋進行打磨、除銹、防腐處理，再采用環氧樹脂砂漿恢復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 結論及建議

1）工程改造加固設計應以檢測鑒定結果為基礎，當存檔的設計圖紙與現場實測結果不一致時，應以現場實測結果為準。

2）結構加固設計不應只關注構件的承載力及配筋問題，尤其當結構整體存在一定問題時，合理的體系加固可以同時解決結構存在的諸多問題，大大減少加固設計及施工的工作量。

3）既有建筑的加固設計不能只依靠規范和圖集，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，設計時需要考慮是否有必要增設臨時支撐并在設計文件中加以強調，以保證施工安全。