框架剪力墻結構抗震鑒定及加固設計分析
——以安徽省黃山市某酒店改造工程為例

劉杭杭 (安徽省建筑科學研究設計院，安徽 合肥 230031)

0 前言

我國框架剪力墻結構應用十分廣泛，其中框架和剪力墻共同組成結構的抗側力體系，由于設計規范的更新、建筑物使用年限的增長和不正當使用，會導致建筑物存在一定程度的結構缺陷或較嚴重的損傷變形。此外，由于建筑物使用功能和所處環境改變，而原設計未考慮抗震設防或抗震設防要求提高等，都會導致其抗震性能無法滿足要求。根據《既有建筑鑒定與加固通用規范》（GB 55021-2021）[1]中對于存在此類情況的建筑規定，應同時進行安全性評級和抗震鑒定，并采取有效的加固方式對不滿足規范要求的既有建筑進行加固，以實現提升既有建筑抗震性能、完善其使用功能和延長其服役年限的目標。

1 工程概況

某酒店位于黃山市屯溪區，地下一層，地上十九層，其中地上三層裙房為鋼筋混凝土框架結構，主樓地上十九層為鋼筋混凝土框架剪力墻結構，結構總高72.80m。酒店于2009 年竣工后投入使用，后于2013 年10 月，酒店裙房加建第四層（主要內容為加層混凝土柱、鋼結構網架、涂料涂裝、屋面彩鋼瓦）。主樓平面幾何尺寸為62.25m×67.90m，裙房平面幾何尺寸為19.90m×67.90m，總高度22.20m。酒店一層建筑平面布置圖如圖1所示。

圖1 酒店一層建筑平面布置圖（單位：mm）

現酒店擬改造為醫院，裙房及主樓四層以下改造為醫院門診、檢驗、辦公等功能用房，主樓五層及以上改造為醫院病房。黃山市由原不設防地區變成了6度設防地區[2]，設計地震分組為第一組，場地類別為Ⅱ類。同時由于使用功能的改變，原丙類建筑提高到乙類，抗震等級由非抗震提高到框架二級、剪力墻二級，依據規范要求應進行抗震鑒定。

2 鑒定程序和體系核查

2.1 調查和檢測

根據委托方提出的鑒定原因和要求，首先進行工程的初步調查，主要內容包括工程圖紙資料、建筑物歷史、實物現狀、建筑物實際使用條件和環境、已發現的問題和有關人員的意見等。

根據初步調查信息，明確鑒定的目的、范圍和內容，再對建筑物進行詳細檢測[1-2]，主要包括地基基礎現狀查勘和上部承重結構檢測，后者包含結構體系及其結構布置、結構缺陷、損傷和腐蝕、結構構件材料強度性能及幾何參數、結構構件及其連接、結構位移和變形、影響建筑安全的非結構構件。

2.2 安全性評級和抗震鑒定

既有建筑的安全性鑒定應按構件、子系統和鑒定系統三個層次進行，子系統的安全性鑒定評級應按場地與地基基礎和主體結構兩個子系統分別進行評定。鑒定系統的安全性鑒定評級根據場地與地基基礎子系統、主體結構子系統的安全性等級以及與整幢建筑有關的其他安全問題進行綜合評定。

抗震鑒定應根據后續使用年限確定建筑類別，明確抗震設防類別，選擇相應的抗震鑒定方法，結合調查和檢測結果，從結構體系、材料強度、構造措施和承載力驗算等方面對結構進行抗震鑒定。

2.3 結構體系核查

該建筑物主樓系地下一層、地上十九層鋼筋混凝土框架剪力墻結構，裙房系地下一層、地上三層鋼筋混凝土框架結構，主樓和裙房分離設計。主要承重構件為混凝土墻柱、混凝土梁、混凝土板。

主樓結構平面布置呈矩形，橫向4排墻柱列，間距為5.5m、5.5m、8.5m；縱向7 排墻（柱）列，間距為2.8m、5.6m、8.4m×4、3.2m。負1 層層高4.0m，1～3層層高5.0m，4～19 層層高3.3m。裙房結構平面布置基本呈矩形，雙向框架多跨布置，橫向最多11 排柱列，間距為8.0m×2、8.4m×5、4.0m、3.7m、4.7m、5.3m。負1 層層高4.0m，1～3 層層高5.0m，加層層高5.7m。現場實測建筑物結構平面布置規整，豎向抗側力構件連續，結構體系完整，傳力路徑明確。

酒店工程設計使用年限為50 年，結構安全等級為二級，建筑耐火等級為一級，抗震設防類別為丙類，未考慮抗震設防。主樓墻柱混凝土強度等級為-1～5層C45、6～10 層C40、11～15 層C35、16層及以上C30，梁板混凝土強度等級為1～6 層C35、7 層及以上C30。裙房墻柱混凝土強度等級為-1～1 層C35、2 層及以上C30，梁板混凝土強度等級為1 層C35、2 層及以上C30。主樓框架柱截面尺寸在(600～800)mm×(600～900）mm之間；裙房框架柱截面尺寸在（500～600）mm×（500～600）mm 之間。填充磚墻采用Mu7.5 加氣混凝土砌塊和M5水泥砂漿進行砌筑，沿框架柱全高每隔450～500mm設2根φ6拉結筋。

裙房為獨立基礎，取圓礫層作基礎持力層，基礎埋深4.100m；主樓樁基取中風化泥巖層作基礎持力層，樁端嵌入中風化泥巖層層內500mm。

3 檢測結果

3.1 地基基礎檢測

上部結構無明顯傾斜，未見因不均勻沉降造成的上部結構承重構件開裂和變形，地基基礎無明顯靜載缺陷。

3.2 上部承重結構檢測

3.2.1 實體質量抽檢

當資料完整齊全時，對結構構件材料的性能、幾何尺寸可僅進行校核性和復核性檢測[3]。本工程資料比較齊全，隨機抽取混凝土構件，采用回彈法對構件混凝土抗壓強度進行檢測[4]，抽檢單個混凝土構件修正后現齡期混凝土抗壓強度推定值在31.4～50.1MPa，達到設計強度等級（C30、C35、C40、C45）的要求。抽檢混凝土柱、梁、板構件幾何尺寸、鋼筋布置和保護層厚度偏差在施工驗收允許偏差范圍內[5]。

3.2.2 結構缺陷、損傷和腐蝕

對結構構件的缺陷、損傷及腐蝕應進行全面檢測，并詳細記錄缺陷、損傷和腐蝕部位、范圍、程度和形態。現場檢測發現除混凝土梁構件有因鋼筋銹蝕因素引起的順箍筋方向保護層脫落、露筋、銹蝕現象外，未見墻柱梁構件存在開裂、損傷和腐蝕現象。但是房屋在使用過程中存在私改搭建現象，結構局部存在缺陷，具體包括三層和四層局部位置加建了輕鋼樓梯、四層局部加設輕鋼平臺和隔層以及屋面局部加蓋了螺栓球節點網架屋面。

3.2.3 結構側向位移

根據現場觀測條件布置4 個測點來量測結構頂點的側向位移，所測測點側向位移方向無明顯一致性，最大側向位移未超過規范不適于繼續承載的側向位移限值（多層框架結構的限值為H/200、框架剪力墻結構的限值為H/300 或400mm）[3]。

3.3 結構復核驗算

依據現場采集的結構及材料數據資料，結合建筑實際使用狀態、專家意見書，采用YJK 計算軟件進行建模驗算[6-9]，鑒定結果如下。

①安全性鑒定

總體上，本工程主要承重結構構件承載力基本符合標準要求，其中場地與地基基礎子系統可評定為Au級、主體結構子系統可評定為Bu級、頂點側向位移可評定為Au級，綜合評定本工程鑒定系統安全性等級為Bsu級。

②抗震鑒定

根據檢測結果，地基基礎抗震性能和上部結構抗震構造措施滿足規范要求。但是，根據YJK 軟件計算結果，結構的綜合抗震能力不滿足《建筑抗震鑒定標準》（GB 50023-2009）中對A 類建筑（后續使用年限30 年）要求。因此，需要對其進行加固處理。

4 加固方案

4.1 項目特點

本項目的抗震設防烈度由非地震設防區提高到6 度設防區，抗震設防類別由丙類提高到乙類，抗震等級由非抗震提高到框架二級、剪力墻二級。

采用YJK 計算分析軟件對既有建筑在多遇地震下進行分析，大部分的框架梁、框架柱由于抗震承載力不足需要進行加固。此外，由于抗震等級的提高，所有框架柱、框架梁及剪力墻等構件均需進行抗震構造措施的加固，如增設框架梁和框架柱的箍筋加密區、加長鋼筋錨固長度、提高構件配筋率、提高框架梁和框架柱的最小鋼筋直徑等，不僅現場濕作業大，而且加固成本高昂，難以實現。因此，制定一種經濟、高效的加固方案十分必要。

4.2 抗震加固措施

根據《建筑消能減震加固技術規程》(T/CECS 547 )第6.3.6 條及專家論證會意見，罕遇地震下樓層彈塑性最大層間位移角不大于1.5Δue時，A 類鋼筋混凝土房屋可按非抗震鋼筋混凝土結構的構造措施采用。為達到結構在罕遇地震下樓層彈塑性最大層間位移角不大于1.5Δue的目標參數，本項目提出以耗散地震能量為主的方式對既有建筑進行抗震加固，即減震加固技術，主要通過在既有建筑內合理布設K 型支撐式粘滯阻尼器（粘滯阻尼器現場安裝示意圖詳見圖2），增加既有建筑附加阻尼比來耗散地震能量并降低結構的地震響應，從而提高既有建筑的抗震性能，實現小震不壞、中震可修、大震不倒的性能目標。

圖2 粘滯阻尼器安裝

4.3 承重構件加固方式

本工程混凝土梁加固方式為增大截面法和粘貼碳纖維布法，混凝土板加固方式為板底粘貼碳纖維布法，混凝土柱加固方式為外粘型鋼加固法[9]。

4.4 加固效果

在YJK 軟件中對采用粘滯阻尼器和截面增大加固措施之后的建筑結構進行彈塑性分析，在多遇地震作用下，結構X向和Y 向最大位移角分別為1/6168、1/4911；設防地震作用下，結構X 向和Y 方向最大位移角分別為1/826、1/833；罕遇地震作用下，結構X 向和Y 方向最大位移角分別為1/566、1/575。

5 結論

根據現行規范要求，原設計未考慮抗震設防或抗震設防提高的建筑以及需改變結構用途的建筑應進行抗震鑒定，通過抗震鑒定研判出抗震薄弱和不滿足規范要求的部位，并為抗震加固提供有力的數據支撐。

加固之后的建筑結構抗震性能滿足要求，實現了最大層間位移角不大于1.5倍彈性位移角限值（1/535）的減震目標，具有良好的減震效率。

消能減震技術對既有建筑進行加固，提高既有建筑的抗震性能、減少加固工作量、縮短加固工期、降低加固難度，解決了既有建筑抗震設防烈度、抗震設防分類標準雙提高的抗震加固難題，取得了顯著的經濟效益和社會效益。