蘇州某教學(xué)樓抗震鑒定分析

戴上秋 朱永順

(蘇州市建設(shè)工程質(zhì)量檢測中心有限公司,江蘇 蘇州 215129)

建筑物的抗震性是否滿足要求是判斷建筑物質(zhì)量是否合格的重要指標之一.我國現(xiàn)有混凝土結(jié)構(gòu)抗震鑒定主要依據(jù)是《建筑抗震鑒定標準》,該標準根據(jù)后續(xù)使用年限將建筑物分為A類、B類、C類建筑,并根據(jù)不同類型進行鑒定.日本于2001年頒布了最新鑒定標準《既有RC建筑抗震鑒定標準》,其主要以抗震性能綜合指數(shù)來判定建筑物抗震性能.美國將建筑物抗震性能劃分為兩類:生命安全和立即居住,并根據(jù)需要分別進行1～3級評估[1].

隨著新版《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》的頒布實施,我國部分區(qū)域的抗震設(shè)防烈度發(fā)生了改變,為確保人民的生命財產(chǎn)安全,對于設(shè)防烈度提高區(qū)域的既有建筑應(yīng)進行抗震鑒定[2-3],并根據(jù)鑒定結(jié)果采取相應(yīng)的加固措施,其中學(xué)校等人口密集的建筑物更需重點關(guān)注.由于早期建成的中小學(xué)建筑多為磚混結(jié)構(gòu),其結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜、年代跨度大、鑒定任務(wù)相對繁重,需要鑒定人員熟練掌握建筑物的抗震鑒定方法.本文針對以上情況,以某中學(xué)教學(xué)樓為例,系統(tǒng)闡述抗震鑒定的各個環(huán)節(jié),為類似鑒定項目提供參考.

1 工程概況

某中學(xué)教學(xué)樓位于蘇州市,始建于20世紀80年代,主體結(jié)構(gòu)為4層,總建筑面積約5 900 m2.該建筑物主體采用磚墻承重,局部大開間采用混凝土框架結(jié)構(gòu),樓面主要采用混凝土預(yù)制空心樓板,局部采用鋼筋混凝土現(xiàn)澆樓板.整棟建筑物長64 m,未設(shè)置變形縫.基礎(chǔ)采用墻體條形基礎(chǔ)及柱下獨立基礎(chǔ).該教學(xué)樓外立面如圖1所示.

圖1 教學(xué)樓立面圖

2 現(xiàn)場檢查與實體檢測

對結(jié)構(gòu)進行抗震鑒定前,為了解建筑的基本情況,首先需要對原有結(jié)構(gòu)進行現(xiàn)場檢查與實體檢測,主要包括混凝土構(gòu)件外表面觀測、結(jié)構(gòu)性裂縫檢查、結(jié)構(gòu)變形測量、構(gòu)件的幾何尺寸、材料強度是否與設(shè)計資料相符合等.

2.1 結(jié)構(gòu)構(gòu)件外觀質(zhì)量檢查

如圖2～3所示,教學(xué)樓砌體結(jié)構(gòu)墻體采用八五粘土磚砌筑,經(jīng)開鑿檢查,多處外墻表面存在結(jié)構(gòu)性裂縫,且墻體砌筑砂漿不飽滿.如圖4所示,該教學(xué)樓連廊與主體結(jié)構(gòu)連接處的牛腿存在不同程度的開裂、露筋、鋼筋銹蝕現(xiàn)象,其他區(qū)域結(jié)構(gòu)節(jié)點未發(fā)現(xiàn)工作異常情況.對主體結(jié)構(gòu)頂點位移進行檢測,未發(fā)現(xiàn)明顯變形、歪扭等情況.

圖2 墻體結(jié)構(gòu)性裂縫

圖3 墻體砌筑砂漿不飽滿

圖4 牛腿處開裂、露筋現(xiàn)象

2.2 構(gòu)件尺寸及鋼筋配置檢測

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果,對基礎(chǔ)及梁、柱構(gòu)件進行分類整理并根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)檢測技術(shù)標準》(GBT50344-2004)中的要求,在不同類型構(gòu)件中抽樣,進行構(gòu)件尺寸及鋼筋配置檢測,其中鋼筋配置采用鋼筋位置測定儀和局部破損相結(jié)合的方法檢測.實測結(jié)果顯示,梁、柱、基礎(chǔ)尺寸及縱向鋼筋配置與設(shè)計圖紙相符,基本符合原設(shè)計資料的要求.

2.3 結(jié)構(gòu)材料強度檢測

由于該教學(xué)樓為磚混結(jié)構(gòu),對于混凝土區(qū)域,采用鉆芯法測定混凝土強度;對于砌體區(qū)域,分別采用貫入法測定砌筑砂漿抗壓強度,回彈法測定燒結(jié)粘土磚抗壓強度.檢測結(jié)果表明:混凝土強度基本小于20 MPa,不滿足設(shè)計強度等級C20的要求;砌筑砂漿抗壓強度推定值在0.5～1.2 MPa之間,粘土磚強度推定值在11.0～19.1 MPa之間,可見砌體結(jié)構(gòu)部分質(zhì)量普遍較差且離散性較大.

3 抗震鑒定

新版《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》中,蘇州的基本地震動峰值加速度已由0.05g調(diào)整到0.10g(抗震設(shè)防烈度由6度調(diào)整為7度).同時,根據(jù)《建筑工程抗震設(shè)防分類標準》(GB50223-2008)[4],中小學(xué)宿舍、教學(xué)樓屬于乙類建筑,應(yīng)劃分為重點設(shè)防類.根據(jù)抗震設(shè)防分類標準的相關(guān)規(guī)定,重點設(shè)防類建筑應(yīng)按高于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度一度的要求加強其抗震措施,故該教學(xué)樓按8度標準進行抗震構(gòu)造措施核查.

由于該教學(xué)樓建于20世紀80年代,后續(xù)使用年限按30年考慮,依據(jù)抗震鑒定標準,應(yīng)采用A類建筑的抗震鑒定方法,分別進行第一級鑒定和第二級鑒定[5-6].

3.1 第一級鑒定

A類砌體房屋抗震第一級鑒定主要檢查房屋的抗震措施是否滿足要求,主要核查以下5個部分:房屋的高度和層數(shù),房屋的結(jié)構(gòu)體系,材料強度,房屋的整體性連接構(gòu)造以及房屋中易引起局部倒塌的部件及其連接.

根據(jù)原始建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計圖紙和現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果,該工程的抗震措施不滿足A類建筑的抗震鑒定要求,其中主要體現(xiàn)在以下幾個方面:1)教學(xué)樓最大高度超過13 m;2)部分墻體砌筑砂漿強度低于M1;3)跨度較大的房間未采用現(xiàn)澆或裝配整體式樓蓋、屋蓋.

3.2 第二級鑒定

根據(jù)第一級鑒定結(jié)果及《建筑抗震鑒定標準》(GB50023-2009)[7]中相關(guān)規(guī)定,該教學(xué)樓采用樓層綜合抗震能力指數(shù)方法進行二級鑒定,其中樓層綜合抗震能力指數(shù)按下式計算:

式中,βci,βi分別是第i樓層的縱向或橫向墻體綜合抗震能力指數(shù)和平均抗震能力指數(shù);ψ1,ψ2分別為體系影響系數(shù)和局部影響系數(shù);Ai和Abi分別表示抗震墻在層高1/2處凈截面積的總面積和第i樓層建筑平面面積;ξ0i是第i層樓的抗震墻基準面積率;λ是烈度影響系數(shù),該教學(xué)樓按1.0取值.

第二級鑒定分析時,構(gòu)件截面尺寸、鋼筋直徑及間距均根據(jù)現(xiàn)場檢測結(jié)果進行取值;混凝土強度、砌筑砂漿強度和砌筑粘土磚強度等材料參數(shù)按現(xiàn)場檢測最小值取值,即上部結(jié)構(gòu)混凝土強度取17.9 MPa、砌筑砂漿強度取0.5 MPa、砌筑粘土磚強度等級相當(dāng)于MU10級;結(jié)構(gòu)所受荷載按《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》及《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》中相關(guān)規(guī)定進行取值,若結(jié)構(gòu)存在拆改等改變使用荷載的情況應(yīng)按實際情況折算其荷載.

對該教學(xué)樓采用PKPM軟件進行建模分析,經(jīng)計算該教學(xué)樓第二級鑒定結(jié)果見表1.由表1可知,該教學(xué)樓一、二、三層縱向、橫向綜合抗震能力指數(shù)均小于1,故該工程不滿足抗震鑒定要求,需要進行抗震加固處理.

表1 教學(xué)樓各樓層綜合抗震能力指數(shù)

4 鑒定結(jié)果與處理建議

通過對教學(xué)樓的現(xiàn)場檢查、檢測及抗震鑒定分析,該教學(xué)樓主要存在以下幾個問題:1)部分外墻表面存在結(jié)構(gòu)性裂縫;2)墻體砌筑砂漿不飽滿,且部分砂漿強度低于抗震鑒定要求;3)連廊與主體結(jié)構(gòu)連接處的牛腿開裂破損嚴重;4)房屋最大高度及屋蓋結(jié)構(gòu)不滿足抗震鑒定要求;5)教學(xué)樓1～3層的承載力不滿足結(jié)構(gòu)安全性要求.

根據(jù)鑒定結(jié)果,應(yīng)充分考慮現(xiàn)有結(jié)構(gòu)實際情況對教學(xué)樓進行加固處理,重點針對承載力不足及破損嚴重的構(gòu)件,可采用鋼筋網(wǎng)砂漿面層加固、黏貼碳纖維布等方法進行處理.此外,對于不滿足抗震構(gòu)造措施要求的部位,可采取增設(shè)構(gòu)造柱、提高地面標高等改造措施進行處理.

5 結(jié) 論

由于我國地震災(zāi)害較多,為確保廣大人民的生命財產(chǎn)安全,各級政府高度重視建筑物的抗震安全性能,尤其是量大面廣的中小學(xué)建筑.本文通過具體的工程實例,根據(jù)其自身特點進行抗震分析,詳細闡述了教學(xué)樓抗震鑒定的各個環(huán)節(jié),解決了既有教學(xué)樓由于抗震設(shè)防分類提高帶來的安全問題.此教學(xué)樓的抗震鑒定可以為類似工程鑒定項目提供參考.

[1] 白雪霜.現(xiàn)有鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)抗震鑒定方法試驗研究[D].中國建筑科學(xué)研究院,2012.

[2] 韓 芳,黃克戳.偏心化工廠房結(jié)構(gòu)抗震性能分析[J].三峽大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版,2004,26(6):520-523.

[3] 畢繼紅,常獻輝,逯 鵬,等.基于ANSYS的剪力墻結(jié)構(gòu)抗震性能分析[J].三峽大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版,2012,34(6):68-72.

[4] GB 50223-2008.建筑工程抗震設(shè)防分類標準[S].

[5] 程紹革,史鐵花,戴國瑩.現(xiàn)有建筑抗震鑒定的基本規(guī)定[J].建筑結(jié)構(gòu),2010,40(5):1-3.

[6] 程紹革.《建筑抗震鑒定標準》GB50023修訂介紹[J].工程抗震與加固改造,2010,32(1):117-121.

[7] GB 50023-2009.建筑抗震鑒定標準[S].