某公寓結(jié)構(gòu)安全性及抗震檢測鑒定和加固方案

孟 瑋

(南京航空航天大學(xué),江蘇 南京 210000)

0 引言

隨著我國社會(huì)發(fā)展及科技進(jìn)步,人們對房屋建筑使用功能的需求不斷提高的同時(shí),對建筑安全的需求也在與日俱增,因此,社會(huì)房屋建筑安全管理水平也在隨之提高[1]。部分建設(shè)時(shí)間早的建筑因年代久遠(yuǎn),使用功能難以滿足當(dāng)下的要求,需修繕改造,但由于該建筑建設(shè)時(shí)期規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)普遍較現(xiàn)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)低,加之在多年的使用中建筑出現(xiàn)的材料老化、鋼材銹蝕、結(jié)構(gòu)構(gòu)件開裂等情況[2],導(dǎo)致結(jié)構(gòu)安全性能下降,不能滿足現(xiàn)行相關(guān)規(guī)范的要求,繼續(xù)使用會(huì)存在結(jié)構(gòu)安全隱患。因此,改造前應(yīng)對建筑進(jìn)行結(jié)構(gòu)安全性及抗震鑒定,并根據(jù)鑒定結(jié)論和國家現(xiàn)行的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范采取加固措施,使其滿足結(jié)構(gòu)安全規(guī)范要求。

磚混結(jié)構(gòu)的建筑物結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為:承擔(dān)豎向荷載的墻用砌塊或磚砌筑,構(gòu)造柱和承擔(dān)橫向荷載的梁、板等構(gòu)件為鋼筋混凝土材質(zhì)[3]。該結(jié)構(gòu)隨著水泥、混凝土和鋼筋混凝土的應(yīng)用在19紀(jì)中葉迅速興起,在現(xiàn)有建筑中占很大比例。磚混結(jié)構(gòu)建筑具有一定的承重和抗震性能,但組成磚混結(jié)構(gòu)建筑的基本材料和連接方式?jīng)Q定了其脆性性質(zhì)[4],其中磚墻使用的磚和砌塊材料的抗拉、抗剪強(qiáng)度不高,自重較大且整體性較差,因此容易發(fā)生脆性破壞,抗震性能低。此外,隨著砌塊及砂漿強(qiáng)度的不斷衰減,房屋整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度逐年下降,不能滿足使用要求,結(jié)構(gòu)抗震性能變差,加之年久失修和早期施工水平的限制,老舊磚混結(jié)構(gòu)房屋存在諸多安全隱患。

1 工程概況

某公寓位于江蘇省南京市,建于2000年,建筑總面積約為3 803.8 m2,為地下1層、地上6層的磚混結(jié)構(gòu),地下1層層高3.0 m,地上1層—6層層高3.3 m。該建筑主體結(jié)構(gòu)地下室承重墻體采用燒結(jié)普通磚砌筑,地上承重墻體采用KP1多孔磚砌筑,墻厚均為240 mm,樓面、屋面均采用現(xiàn)澆混凝土板。該建筑結(jié)構(gòu)由4個(gè)相同的單元對稱組成,總平面圖見圖1,每個(gè)單元的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)平面圖見圖2,地上標(biāo)準(zhǔn)層單元結(jié)構(gòu)平面圖見圖3。

2 檢測鑒定內(nèi)容和方法

2.1 外觀質(zhì)量檢查

經(jīng)現(xiàn)場檢測,該建筑未見主要承重墻體、混凝土構(gòu)件存在明顯裂縫或其他結(jié)構(gòu)性損傷。

經(jīng)現(xiàn)場觀察,該建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)存在如下缺陷:1)石膏封邊開裂,有脫落的跡象;2)梁粉刷層起鼓、脫落;3)墻體存在滲水現(xiàn)象,粉刷層起鼓、脫落;4)外墻面粉刷層霉變、起鼓、脫落。

2.2 軸線尺寸復(fù)核結(jié)果

采用手持式測距儀對該建筑8處軸線尺寸進(jìn)行抽檢復(fù)核。現(xiàn)場檢測操作按照GB 50344—2019建筑結(jié)構(gòu)檢測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[5]和GB 50203—2011砌體結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范[6]的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行,檢測結(jié)果中,3層(2-1)-(2-2)×(2-B)軸線位置偏差為+8 mm,為該建筑最大軸線尺寸偏差,小于GB 50203—2011砌體結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范第5.3.3條中表5.3.3規(guī)定的軸線位置允許偏差±10 mm,滿足規(guī)范要求。

2.3 混凝土構(gòu)件強(qiáng)度檢測

根據(jù)JGJ/T 23—2011回彈法檢測混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程[7]的要求,采用回彈法對構(gòu)件混凝土強(qiáng)度進(jìn)行檢測。按照GB/T 50344—2019建筑結(jié)構(gòu)檢測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[8]中第3.2.4條規(guī)定,根據(jù)結(jié)構(gòu)的混凝土強(qiáng)度分布情況和體量進(jìn)行檢驗(yàn)批劃分,結(jié)合現(xiàn)場情況,隨機(jī)抽檢各層梁的混凝土強(qiáng)度。經(jīng)檢測:該建筑混凝土構(gòu)件的現(xiàn)齡期抗壓強(qiáng)度推定值為20.6 MPa～21.4 MPa,滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級C20的要求。

2.4 砌筑砂漿抗壓強(qiáng)度檢測

根據(jù)JGJ/T 136—2017貫入法檢測砌筑砂漿抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程[9]的要求,現(xiàn)場隨機(jī)抽取26片墻體,采用貫入法對砂漿抗壓強(qiáng)度進(jìn)行檢測。經(jīng)檢測:砂漿抗壓強(qiáng)度推定值為4.0 MPa～9.6 MPa,有23片墻體砌筑砂漿抗壓強(qiáng)度不符合設(shè)計(jì)要求。

2.5 磚抗壓強(qiáng)度

按照GB/T 50315—2011砌體工程現(xiàn)場檢測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[10]的要求現(xiàn)場隨機(jī)抽取26片墻體,采用回彈法對磚抗壓強(qiáng)度進(jìn)行檢測。經(jīng)檢測:磚抗壓強(qiáng)度推定值為12.0 MPa～15.7 MPa,符合設(shè)計(jì)要求。

2.6 構(gòu)件截面尺寸

按照GB/T 50784—2013混凝土結(jié)構(gòu)現(xiàn)場檢測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[11]現(xiàn)場隨機(jī)抽取混凝土梁構(gòu)件,進(jìn)行截面尺寸檢測。經(jīng)檢測:隨機(jī)抽取的構(gòu)件截面尺寸最大偏差為+5 mm,-2 mm,小于GB 50204—2015混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范[12]第8.3.2條規(guī)定的允許偏差+10 mm,-5 mm,符合設(shè)計(jì)要求。

2.7 構(gòu)件鋼筋配置檢測

按照J(rèn)GJ/T 152—2019混凝土中鋼筋檢測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[13]的有關(guān)規(guī)定,現(xiàn)場采用鋼筋探測儀對抽檢層混凝土梁、板的鋼筋配置進(jìn)行了抽樣檢測。經(jīng)檢測,該建筑梁、板鋼筋配置及保護(hù)層厚度均滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。

2.8 地基基礎(chǔ)檢測鑒定

經(jīng)現(xiàn)場勘察,在該磚混結(jié)構(gòu)建筑的上部主要承重構(gòu)件中,未發(fā)現(xiàn)因下部地基不均勻沉降造成的顯著開裂等不良現(xiàn)象。

2.9 抗震鑒定

該建筑抗震設(shè)防烈度為7度,根據(jù)GB 50023—2009建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)[14]的要求和建筑使用實(shí)際情況,該建筑按A類建筑,即后續(xù)使用年限為30 a為標(biāo)準(zhǔn),并依據(jù)GB 50011—2010建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[15]的相關(guān)要求對該建筑進(jìn)行抗震能力鑒定。以下為第一級鑒定:

1)地基基礎(chǔ)、場地狀況鑒定。經(jīng)現(xiàn)場鑒定,該建筑基礎(chǔ)工作狀態(tài)正常,地基基礎(chǔ)無嚴(yán)重靜載缺陷、無不均勻沉降,且未發(fā)現(xiàn)該建筑結(jié)構(gòu)存在明顯的變形等異常情況。

2)上部結(jié)構(gòu)外觀和內(nèi)在質(zhì)量鑒定。經(jīng)檢查鑒定,該建筑支承主梁的承重墻體無顯著裂縫,上部結(jié)構(gòu)墻體中亦未發(fā)現(xiàn)酥堿、空鼓及明顯歪閃等情況,屋蓋構(gòu)件無明顯變形,混凝土構(gòu)件無開裂或局部剝落,鋼筋無露筋、銹蝕,滿足規(guī)范要求。

3)抗震構(gòu)造措施鑒定。對該建筑的結(jié)構(gòu)體系、承重墻體的材料強(qiáng)度等級、連接構(gòu)造的整體性、局部易倒塌部件及其連接的評估項(xiàng)進(jìn)行鑒定,得出:

a.層數(shù)、最大高度、多孔磚墻厚度不滿足GB 50023—2009建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)要求。b.承重外墻盡端至門窗洞邊的最小距離不滿足GB 50023—2009建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)和GB 50011—2010建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范要求。c.其余評估項(xiàng)滿足規(guī)范要求。

綜上,該建筑在第一級抗震鑒定中,存在不滿足規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)要求的情況,因此,后續(xù)需要使用樓層綜合抗震能力指數(shù)法對該建筑進(jìn)行第二級抗震鑒定。

3 結(jié)構(gòu)承載力及抗震能力驗(yàn)算

3.1 計(jì)算參數(shù)

該多層磚混結(jié)構(gòu)公寓此次修繕改造目的為結(jié)構(gòu)加固并延長其工作年限,根據(jù)GB 55021—2021既有建筑鑒定與加固通用規(guī)范[16]4.2.2第2條,應(yīng)在調(diào)查結(jié)構(gòu)上實(shí)際作用的荷載及擬新增荷載的基礎(chǔ)上,按照現(xiàn)行規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定進(jìn)行驗(yàn)算。根據(jù)原結(jié)構(gòu)圖紙和現(xiàn)場結(jié)構(gòu)檢測結(jié)果,采用PKPM結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件對房屋整體建模,進(jìn)行承載力復(fù)核及抗震性驗(yàn)算,計(jì)算參數(shù)取值情況如下:

1)屋面、樓面的永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值:參照GB 50009—2012建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范[17]的相關(guān)規(guī)定取值計(jì)算。

2)樓面可變荷載取值:衛(wèi)生間4.0 kN/m2、房間2.0 kN/m2、樓梯間3.5 kN/m2。

3)屋面可變荷載取值:2.0 kN/m2。

4)風(fēng)荷載取值:地面粗糙度類別為C類,基本風(fēng)壓0.45 kN/m2。

5)地震作用情況:根據(jù)使用功能的重要性,該建筑抗震設(shè)防類別為丙類;根據(jù)中國地震參數(shù)區(qū)劃圖,江蘇南京的設(shè)計(jì)地震分組為第1組,抗震設(shè)防烈度為7度,設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.10g。

3.2 鑒定結(jié)論

3.2.1 安全性鑒定評級

依據(jù)GB 50292—2015民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)[18]的要求對該建筑進(jìn)行分層鑒定,將該磚混結(jié)構(gòu)建筑劃分為3個(gè)層次,分別為“子單元中的每一種構(gòu)件”“子單元”及“鑒定單元”,且每個(gè)層次都分為4個(gè)安全性等級(Au,Bu,Cu,Du)。分層鑒定步驟如下:

第一層次鑒定:依據(jù)子單元中每一種構(gòu)件的檢測數(shù)據(jù)和模型計(jì)算結(jié)果,確定各個(gè)子單元中的每種構(gòu)件的等級。

第二層次鑒定:依據(jù)第一層次鑒定中子單元中的每種構(gòu)件和各個(gè)檢查項(xiàng)目的等級評定結(jié)果,確定各個(gè)子單元的等級。

第三層次鑒定:依據(jù)第二層次鑒定中各個(gè)子單元的等級評定結(jié)果,取子單元較低等級作為鑒定單元的安全性等級。

依據(jù)GB 50292—2015民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn),將該磚混結(jié)構(gòu)建筑的子單元?jiǎng)澐譃榈鼗A(chǔ)、上部承重結(jié)構(gòu)和圍護(hù)系統(tǒng)3個(gè)子單元。經(jīng)第一、二、三層次鑒定,該鑒定單元安全性鑒定評級結(jié)果為Dsu級,鑒定單元的安全性鑒定評級詳見表1。

表1 鑒定單元安全性鑒定評級

3.2.2 抗震性鑒定結(jié)果

經(jīng)二級鑒定——綜合抗震能力指數(shù)驗(yàn)算,該建筑一、二層樓層綜合抗震能力不滿足GB 50023—2009建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)的要求,部分墻抗震能力不滿足GB 50011—2010建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范的要求。

3.2.3 鑒定結(jié)論及建議

安全性鑒定:該磚混結(jié)構(gòu)公寓建筑結(jié)構(gòu)的安全性最終評定為Dsu等級,距Asu級的要求相差甚遠(yuǎn),對房屋的承載能力存在很大的影響。

抗震性鑒定:該磚混結(jié)構(gòu)公寓建筑經(jīng)一級和二級抗震鑒定,其抗震性能不能達(dá)到抗震鑒定的要求。

綜上,對該磚混結(jié)構(gòu)公寓建筑建議采用專業(yè)技術(shù)措施處理,提高房屋的承載能力、整體性及結(jié)構(gòu)抗震能力。

4 加固設(shè)計(jì)方案

為使該建筑結(jié)構(gòu)安全性和抗震能力滿足規(guī)范要求,且盡可能避免該樓的使用功能受房屋加固的影響,根據(jù)結(jié)構(gòu)安全性和抗震能力鑒定結(jié)論及相關(guān)建議,針對該建筑存在的不同問題,做出加固設(shè)計(jì)方案如圖4所示。

1)-1層新增條形基礎(chǔ):原建筑1層—6層的(②軸)/(A-B軸)、(②軸)/(C-D軸)8個(gè)區(qū)域設(shè)計(jì)有墻體,而-1層未設(shè)計(jì)墻體。在-1層上述區(qū)域開挖并根據(jù)建筑原有基礎(chǔ)做法新增抗震墻基礎(chǔ),做法如圖5所示。新加抗震墻基礎(chǔ)混凝土強(qiáng)度等級為C35(抗?jié)B等級P6),墊層混凝土強(qiáng)度等級為C15,與原基礎(chǔ)交接處按新老混凝土交接面做法處理,并新增鋼筋植入原基礎(chǔ)內(nèi),植入深度大于20d。

2)-1層新增墻體:在-1層地下室新增基礎(chǔ)區(qū)域新砌墻體與原建筑梁連接,墻體采用240 mm厚MU15混凝土實(shí)心磚,M10水泥砂漿砌筑。新增墻與原柱采用鍵槽及2φ6@600 mm拉結(jié)筋連接。墻體頂部120 mm高度處用φ12@500 mm鋼筋植入原梁,用C20混凝土澆筑。新增墻做法如圖6,圖7所示。

3)1層—2層部分窗洞封堵:綜合考慮加固和使用需求,對采光要求較低的衛(wèi)生間(衛(wèi)生間設(shè)置排風(fēng)機(jī)滿足通風(fēng)需要)窗洞口采用砌筑和灌漿料澆筑方法封堵,砌筑采用MU15混凝土實(shí)心磚,M10水泥砂漿,保留300 mm寬度。窗洞口填實(shí)做法如圖8所示。

4)-1層、1層、2層部分墻體加固:將原墻面拆除至結(jié)構(gòu)層,并清洗表面,剔除部分粉化嚴(yán)重的磚墻,鑿除墻體灰縫5 mm～10 mm,用水潤濕墻面后,采用45 mm厚單面鋼筋網(wǎng)聚合物砂漿面層加固,所有鉆孔用膠粘劑灌注填實(shí)。聚合物砂漿分層粉刷,每層厚度不超過15 mm,粉刷完成后澆水養(yǎng)護(hù)3 d。內(nèi)墻樓板加固做法如圖9—圖13所示。

5 結(jié)語

本文以工程實(shí)際為例,介紹了某磚混結(jié)構(gòu)公寓結(jié)構(gòu)安全性及抗震鑒定的流程和基本內(nèi)容,并根據(jù)原設(shè)計(jì)圖紙、鑒定結(jié)論和該建筑使用情況做出了合理的加固設(shè)計(jì)方案。

1)在查閱原結(jié)構(gòu)圖紙后,利用實(shí)地檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)承載力復(fù)核和抗震性驗(yàn)算并分析得出:該磚混結(jié)構(gòu)公寓建筑結(jié)構(gòu)的安全性等級為Dsu級,同時(shí)其綜合抗震能力亦不符合抗震鑒定的要求。

2)根據(jù)鑒定結(jié)論和該建筑使用情況,對該房屋采取專業(yè)加固技術(shù)措施處理,提高房屋的承載能力、整體性及結(jié)構(gòu)抗震能力,具體措施包括:-1層新增條形基礎(chǔ)并在新增基礎(chǔ)上新增承重墻體;1層—2層部分窗洞封堵加固;-1層、1層、2層部分墻體鋼筋混凝土面層加固。

綜上所述,該加固設(shè)計(jì)方案在保證建筑滿足安全結(jié)構(gòu)安全性及抗震要求的同時(shí),也為后續(xù)該建筑的修繕改造打好了基礎(chǔ)。