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閱讀 3157 次 某中學教學樓加固抗震安全鑒定分析

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

某中學教學樓加固抗震安全鑒定分析

李旭東
華北理工大學建筑工程學院

    一、引言

    隨著建筑的使用,建筑結構的強度逐漸降低,混凝土碳化逐漸深入,構件會出現裂縫、表面脫落,其整體結構的抗震性能降低,安全性無法得到保障,嚴重影響結構功能的繼續發揮。且先前所建結構的抗震標準低,已不滿足現在結構的抗震要求。為滿足結構的繼續日常使用,需要對建筑結構的整體抗震性能重新鑒定評估,采取必要的抗震加固措施,提升結構的安全性能。

    二、工程概況

    該教學樓建于上世紀80年代,為兩層混合結構,后續使用年限40年,為保障建筑繼續安全使用,提出對結構進行鑒定評估。

    由于時間較長,學校沒能保存下建筑結構的原始資料,有關工程的一切資料都沒能提供,建筑結構的實際情況需要現場勘察實測。勘察內容包括結構軸網布置,墻、柱、梁尺寸,門窗洞口的大小以及結構構件的材料強度。要根據結構構件的類型和布置判斷建筑的結構體系,對于少數構件外表由于砂漿等表層掩蓋而無法辨別構件類型時,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構的裂縫和構件的損壞情況,以判斷結構的薄弱位置和是否有地基的不均勻沉降。

    通過現場實測和查閱資料,基礎為一般淺基礎,樓板、屋蓋為預制樓板,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置鋼筋混凝土構造柱,層層設置圈梁。抗震設防烈度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。教學樓的建筑平面圖如圖所示:

圖1 建筑平面圖

    三、現場勘察檢測

    1、損傷及缺陷情況檢查

   (1)地基基礎

    該建筑建于1985年,距今已逾30年。現場對該建筑上部結構的外觀進行仔細檢查,檢查結果表明:該建筑未發現有明顯的傾斜,內外墻體未發現由地基不均勻沉降引起的明顯可見的裂縫及其它損傷,內外地面與主體結構之間沒有出現明顯的相對位移等。

   (2)上部承重結構

    整體結構檢查中未發現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象;對各構件連接部位進行了檢查,未發現連接部位有開裂、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,結果表明,該建筑砌體結構構件無明顯傾斜等。

    鑿開該幢建筑物部分墻體外層砂漿層檢查,承重墻體均為標準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,現場抽取部分墻體,按照《貫入法檢測砌筑砂漿抗壓強度技術規程》(JGJ/T 136-2001)規定的檢測方法進行檢測,檢測結果見表1。

表1 砌體砂漿強度檢測結果

結構部位

貫入深度平均值(mm)

抗壓強度換算值(MPa)

一層墻體8/E-G

4.87

5.1

一層墻體11/B-D

4.68

5.5

二層墻體9/E-G

4.66

5.6

二層墻體10/B-C

4.68

5.5

    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《混凝土結構加固設計規范》(GB50367-2006)附錄B進行了修正,具體數據見表2。

表2混凝土強度檢測結果表

結構部位

測區數

抗壓強度推定值(MPa)

齡期修正系數

現齡期強度推定值(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計圖紙缺失,現根據現場實測的結構幾何尺寸、砂漿強度等情況,采用中國建筑科學研究院PKPM結構計算程序,按現行規范對該建筑進行結構驗算。其中墻體砂漿強度和粘土磚強度采用實測值,荷載值按現行規范規定采用。建模所采用基本參數如下表3所示。

表3建模基本參數表

墻體砂漿強度

粘土磚強度

結構安全等級

設計地震分組

抗震設防分類

基本地震加速度

抗震設防烈度

建筑場地類別

M5.0

MU10

二級

第一組

乙類

0.05g

6度

Ⅲ類

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

    四、安全性鑒定

    安全性的鑒定評級應按構件、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,按規定的檢查項目和步驟從第一層分層進行。

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

    1、地基基礎

    地基基礎的安全性按其上部結構反應的檢查結果評定。該建筑沒有明顯的傾斜,內外墻體未發現由地基不均勻沉降引起的明顯可見的裂縫及其它損傷,內外地面與主體結構之間沒有出現明顯的相對位移,按《民用建筑可靠性鑒定標準》(GB50292-1999)(以下簡稱為《可靠性鑒定標準》)第6.2.4條規定,該建筑地基基礎的安全性等級評為Au級。

    2、上部結構

    上部承重結構的安全性鑒定評級,應根據其所含各種構件的安全性等級、結構的整體性等級,以及結構側向位移等級進行。

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

    該建筑結構布置基本合理,承重墻體作為抗側力系統,傳力路徑明確, 各結構構件間的連接基本無松動變形或殘損,根據《可靠性鑒定標準》第6.3.4條,結構整體性等級評定評為Bu級。

    通過現場檢測,該建筑未發現存在不適于繼續承載的側向位移,根據《可靠性鑒定標準》第6.3.5條,結構側向位移等級不作評定。

    綜上,按《可靠性鑒定標準》第6.3.6條規定,上部結構的安全性等級評為Bu級。

    3、安全鑒定結論

    該建筑物地基基礎安全性等級為Au級,上部承重結構安全性等級為Bu級,依據《可靠性鑒定標準》第8.1.2條的規定,該建筑物安全性等級評定為Bsu級,安全性略低于標準的要求,對結構的整體承載影響不顯著。

    五、抗震鑒定

    該建筑為教室,抗震設防類別為重點設防類(乙類),依據《建筑抗震鑒定標準》(GB50023-2009)(以下簡稱為《抗震鑒定標準》),該建筑后續使用年限采用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、非巖石和強風化巖石陡坡、河岸和邊坡的邊緣等不利地段,按《抗震鑒定標準》第  4.1節,可不進行場地對建筑影響的抗震鑒定。

    2、地基基礎抗震鑒定

    本工程基礎無腐蝕、酥堿、松散和剝落,上部結構無不均勻沉降裂縫和傾斜,根據《抗震鑒定標準》第4.2.3條規定,該地基基礎可評為無嚴重靜載缺陷;根據該標準第4.2.2條規定,該建筑可不進行地基基礎的抗震鑒定。

    3、抗震措施鑒定

    現場重點檢查了該建筑的高度和層數、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、墻體布置的規則性、樓、屋蓋處的圈梁、樓、屋蓋與墻體的連接構造等。

    檢查結果顯示,外墻四角、縱橫墻交接處未設置構造柱,不滿足《抗震鑒定標準》第5.2.4條第1款要求要求。

    4、抗震承載力驗算

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

    根據《抗震鑒定標準》第5.2.14條,現有結構體系、樓屋蓋整體性連接、圈梁布置和構造及易引起局部倒塌的結構構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方法進行第二級鑒定。樓層綜合抗震能力指數公式:

    (1)

    式中βci —— 第i樓層的縱向或橫向墻體綜合抗震能力指數;

    βi —— 第i樓層縱向或橫向墻體平均抗震能力指數;

    ψ1 —— 體系影響系數,按5.2.14條第2款確定;

    ψ2 —— 局部影響系數,按5.2.14條第3款確定;

    樓層平均抗震能力指數應按下式計算:

    (2)

    式中βi —— 第i樓層縱向或橫向墻體平均抗震能力指數;

    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面積率,按鑒定標準附錄B采用;

    λ—— 烈度影響系數;6、7、8、9度時,分別按0.7、1.0、1.5和2.5采用,設計基本地震加速度為0.15g和0.30g,分別按1.25和2.0采用。當場地處于鑒定標準4.1.3條規定的不利地段時,尚應乘以增大系數1.1~1.6。

    樓層綜合抗震能力指數計算結果如表4所示:

表4樓層綜合抗震能力指數結果表

樓層

方向

評定

一層

橫向

24.0

422.2

0.0209

0.7

3.89

0.8

0.9

2.8

滿足

一層

縱向

14.46

422.2

0.0182

0.7

2.69

0.8

0.9

1.94

滿足

二層

橫向

23.44

407.1

0.0117

0.7

7.03

0.8

0.9

5.06

滿足

二層

縱向

14.14

407.1

0.0105

0.7

4.73

0.8

0.9

3.41

滿足

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

    六、結

    本工程主要鑒定結論:

    1、結構受壓承載力、高厚比滿足規范要求;

    2、依據《可靠性鑒定標準》規定,該建筑物安全性等級評定為Bsu級,安全性略低于標準的要求,對結構的整體承載影響不顯著;

    3、結構縱墻、橫墻能滿足《抗震鑒定標準》關于A類砌體房屋抗震承載力驗算的要求;

    4、外墻四角,縱橫墻交接處未設置構造柱,縱橫墻交接處沒有可靠性連接,影響結構的整體性,不滿足規范要求,應增設外加柱;

    5、樓、屋蓋為預制多孔板樓蓋,在使用中應加強檢查,一經發現有變異情況,需及時采取相應措施;

    6、綜上所述,按《抗震鑒定標準》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構,其安全抗震性能降低,當不滿足繼續安全使用,應對其進行抗震安全性鑒定,對發現的問題應及時采取相應的措施。通過對實際工程的現場勘察實測、建模分析、評估鑒定和采取相應的加固措施,為其它鑒定加固工程項目提供參考。

(本文來源:陜西省土木建筑學會   文徑網絡設計項目投資中心:劉紅娟 尹維維 編輯   劉真 文徑 審核)

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