某框架結(jié)構(gòu)局部拆改梁柱構(gòu)件后結(jié)構(gòu)安全評(píng)估

趙 順

(山西省建筑設(shè)計(jì)研究院，山西太原 030013)

1 工程概況

2 計(jì)算、分析及評(píng)估依據(jù)

該樓位于太原市，采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，地上2層，局部3層出屋面，地下1層，結(jié)構(gòu)長(zhǎng)54．6 m，寬22．5 m，基礎(chǔ)形式為鋼筋混凝土筏板基礎(chǔ)，基礎(chǔ)底標(biāo)高為－5．23 m。該建筑結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)為二級(jí)，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)為1．0。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限為50年?？拐鹪O(shè)防類別為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類，設(shè)計(jì)基本烈度為8度，設(shè)計(jì)基本地震加速度為0．2g，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，建筑場(chǎng)地類別為Ⅲ類，地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)為丙級(jí)。

由于在裝修過(guò)程中，裝修施工單位隨意將局部鋼筋混凝土框架梁及框架柱拆除，在一定程度上改變了原結(jié)構(gòu)受力體系。

GB/T 50344-2004建筑結(jié)構(gòu)檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn);GB 50292-1999民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn);GB 50007-2011建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范;GB 50011-2010建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范;GB 50010-2010混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范;GB 50009-2012建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范;原結(jié)構(gòu)建筑、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖紙等技術(shù)資料。

3 局部拆改梁柱構(gòu)件情況及分析

3．1 局部拆改梁柱構(gòu)件情況

1)拆除了軸線 D/2柱，標(biāo)高為 －0．13 m ～4．07 m，柱高4．2 m，柱截面尺寸為500 mm×700 mm。

2)拆除了鋼筋混凝土梁D/1-2(梁頂標(biāo)高為4．07 m)，梁長(zhǎng)2．1 m，梁截面尺寸為250 mm×400 mm。

3)拆除了部分鋼筋混凝土梁B-E/2(梁頂標(biāo)高為4．07 m)，拆除梁長(zhǎng)度為9．9 m，梁截面尺寸為300 mm×700 mm。該框架梁沒(méi)有被完全拆除，留下了靠近E/2柱的一段梁，長(zhǎng)度為2．1 m，該框架梁由拆除前的兩端固接框架梁，成為了一端固接，一端自由的懸臂梁。

4)裝修中同時(shí)拆除了軸線B-E/1-2之間的混凝土樓梯，并重新設(shè)置鋼梯一部。

拆除前后結(jié)構(gòu)體系情況詳見(jiàn)圖1，圖2。

3．2 局部拆改梁柱構(gòu)件影響定性分析

如前所述，裝修過(guò)程中對(duì)該樓局部梁、柱構(gòu)件進(jìn)行了拆改施工，以下對(duì)局部拆改梁柱構(gòu)件對(duì)整體結(jié)構(gòu)帶來(lái)的影響做定性分析。

首先從結(jié)構(gòu)靜力承載角度分析，依據(jù)GB 50292-1999民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)構(gòu)靜力承載角度對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)的正常使用性和靜力安全性。如圖1所示，原設(shè)計(jì)中被拆除的鋼筋混凝土框架梁兩側(cè)均為開(kāi)洞情況，沒(méi)有樓面荷載向下傳遞，新增鋼樓梯自承重，而被拆除的框架柱原設(shè)計(jì)并不向上延伸。因此，被拆除的框架梁及柱僅承擔(dān)自身的自重，并不負(fù)擔(dān)上部豎向荷載，將其拆除并不影響結(jié)構(gòu)構(gòu)件的靜力承載。需要重視的是，因拆除部分框架梁形成的懸臂梁構(gòu)件。

其次從結(jié)構(gòu)抗震性能角度分析，依據(jù)GB 50011-2010建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范，該樓抗震設(shè)防類別為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類，設(shè)計(jì)基本烈度為8度，設(shè)計(jì)基本地震加速度為0．2g;設(shè)計(jì)地震分組為第一組，建筑場(chǎng)地類別為Ⅲ類，該樓的抗震設(shè)防要求較高，因此應(yīng)重視其抗震性能。局部拆改構(gòu)件直接導(dǎo)致結(jié)構(gòu)體系改變，由于局部拆除梁柱構(gòu)件，導(dǎo)致了柱B/2、柱D/1、柱E/2在某一方向的計(jì)算高度增加，即上述柱子在拆改構(gòu)件前，受到多個(gè)方向的梁的約束，而拆改構(gòu)件后，這些約束減少，這一點(diǎn)會(huì)影響結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度及抗扭剛度，也必然或多或少地影響結(jié)構(gòu)抗震性能，因此以下重點(diǎn)從結(jié)構(gòu)抗震角度進(jìn)行承載力校核計(jì)算。

4 局部拆改前、后結(jié)構(gòu)抗震承載力校核計(jì)算

4．1 結(jié)構(gòu)拆改前后的模型建立

采用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件PKPM對(duì)該樓局部拆改前后的鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模計(jì)算，框架梁、板、柱及墻體構(gòu)件的截面尺寸按照原設(shè)計(jì)尺寸進(jìn)行取值;結(jié)構(gòu)樓、屋面恒荷載取值依據(jù)現(xiàn)裝修設(shè)計(jì)圖紙給出的建筑做法估算得到;樓、屋面活荷載取值依據(jù)現(xiàn)行GB 50009-2012建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范取值;結(jié)構(gòu)自重由計(jì)算軟件自動(dòng)導(dǎo)算;各類構(gòu)件材料強(qiáng)度依據(jù)原結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖紙取值。依據(jù)GB 50010-2010混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范，GB 50011-2010建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)結(jié)構(gòu)承載力進(jìn)行計(jì)算，局部拆改前、后結(jié)構(gòu)計(jì)算模型見(jiàn)圖 3，圖 4。

4．2 局部拆改梁柱結(jié)構(gòu)整體計(jì)算信息

1)結(jié)構(gòu)計(jì)算自振周期。

經(jīng)過(guò)對(duì)局部拆改梁柱前、后的結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震計(jì)算，其結(jié)構(gòu)計(jì)算自振周期對(duì)比表見(jiàn)表1。

表1 結(jié)構(gòu)計(jì)算自振周期對(duì)比表

由表1數(shù)據(jù)可知，拆改構(gòu)件前后，結(jié)構(gòu)的第一、第二振型周期幾乎沒(méi)有變化，第三振型周期稍有明顯改變，改變幅度為5．4%。另經(jīng)計(jì)算可知局部拆改前地震作用最大方向?yàn)椋?．902°，局部拆改后地震作用最大方向?yàn)椋?．841°，亦稍有改變。

綜上，由于拆改局部構(gòu)件帶來(lái)的一定的結(jié)構(gòu)體系的變化，結(jié)構(gòu)的計(jì)算自振周期和地震作用最大方向稍有變化，但總體變化幅度很小，由此可知，目前局部拆改梁柱構(gòu)件對(duì)結(jié)構(gòu)整體影響很小。

2)結(jié)構(gòu)最大層間位移角。

經(jīng)過(guò)對(duì)局部拆改梁柱前、后的結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震計(jì)算，地震作用下結(jié)構(gòu)最大層間位移角對(duì)比表見(jiàn)表2。

表2 結(jié)構(gòu)最大層間位移角對(duì)比表

由表2數(shù)據(jù)可知，局部拆改梁柱構(gòu)件前后，結(jié)構(gòu)的縱、橫向?qū)娱g位移角最大值十分接近，變化幅度很小，由此可知，目前局部拆改梁柱構(gòu)件對(duì)結(jié)構(gòu)整體側(cè)移影響很小。

4．3 構(gòu)件抗震承載力驗(yàn)算及分析

1)梁類構(gòu)件承載力驗(yàn)算及分析。經(jīng)驗(yàn)算，并詳細(xì)查看原結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖紙中的梁類構(gòu)件配筋情況，可知拆改局部梁柱構(gòu)件前后的整體結(jié)構(gòu)中的梁類構(gòu)件實(shí)際抗震承載力可滿足R/γ0S≥1．0的要求。但需要注意的是，混凝土梁B-E/2部分被截?cái)嗖鸪瑢?dǎo)致留下的靠近E/2柱的一段梁成為懸臂梁。對(duì)于拆改后結(jié)構(gòu)，已知該梁梁頂負(fù)彎矩縱向鋼筋配筋情況為5Φ22，配筋面積As=1 900 mm2，箍筋為φ8@100(2)，而考察受力情況與該梁相當(dāng)?shù)膽冶哿篋-E/3(見(jiàn)圖2)，其跨度同樣為2．1 m，截面同樣為300 mm×700 mm，梁頂負(fù)彎矩縱向鋼筋配筋情況卻為2Φ22+2Φ25/2Φ25，配筋面積As=2 724 mm2，箍筋為φ8@100(2)，相比二者可知配筋面積相差824 mm2，因此拆改形成的懸臂梁負(fù)彎矩縱向鋼筋配筋不足，應(yīng)采取可靠的加固措施。

2)柱類構(gòu)件承載力驗(yàn)算及分析。經(jīng)驗(yàn)算，并詳細(xì)查看原結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖紙中的柱類構(gòu)件配筋情況，可知拆改局部梁柱構(gòu)件前后的整體結(jié)構(gòu)中的絕大多數(shù)柱類構(gòu)件實(shí)際抗震承載力可滿足R/γ0S≥1．0的要求。根據(jù)計(jì)算可知，局部拆改梁柱導(dǎo)致被拆除構(gòu)件周邊鋼筋混凝土框架柱所分配的內(nèi)力增大，特別是框架柱D/1，柱縱向一側(cè)計(jì)算配筋面積由拆改前的1 800 mm2增大為拆改后的2 200 mm2，而該柱縱向一側(cè)實(shí)際配筋面積為5Φ22(1 900 mm2)，目前配筋情況能滿足拆改前結(jié)構(gòu)承載力需求，卻無(wú)法滿足拆改后結(jié)構(gòu)承載力需求，因此需要對(duì)該柱采取可靠加固措施。其他周邊框架柱的計(jì)算配筋量雖然也有所增大，但由于原結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)較為保守，配筋量較大，拆改后結(jié)構(gòu)的框架柱的實(shí)際配筋承載力仍可滿足抗震承載需要。

5 結(jié)論及建議

經(jīng)過(guò)對(duì)該樓局部拆改梁柱構(gòu)件前后的整體結(jié)構(gòu)承載計(jì)算分析，可得到如下結(jié)論和建議:1)該結(jié)構(gòu)中被拆除的框架梁及柱僅承擔(dān)自身的自重，并不負(fù)擔(dān)上部豎向靜力荷載，將其拆除并不影響結(jié)構(gòu)正常使用性和靜力安全性。2)局部拆改形成的懸臂梁B-E/2負(fù)彎矩縱向鋼筋配筋不足，不能滿足安全承載要求，應(yīng)采取可靠加固措施。3)局部拆改構(gòu)件帶來(lái)的一定的結(jié)構(gòu)體系變化，改變了結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度和抗扭剛度，但變化幅度很小。經(jīng)計(jì)算可知，結(jié)構(gòu)體系的變化基本不對(duì)結(jié)構(gòu)整體抗震性能帶來(lái)不利影響，但影響到個(gè)別柱構(gòu)件的約束條件和抗震承載力，這些構(gòu)件包括:柱D/1、柱B/2、柱E/2，對(duì)這些構(gòu)件應(yīng)采取可靠加固措施。4)對(duì)于鋼筋混凝土框架梁及框架柱采取可靠加固措施，建議采用粘貼碳纖維片材或粘貼鋼板的加固方法。這兩種方法可在不改變構(gòu)件剛度的同時(shí)可以較大幅度地提高構(gòu)件承載力和受力性能。