某住院樓加層改造的檢測鑒定及加固

王捷平

（中山市建設(shè)工程質(zhì)量檢測中心有限公司 廣東中山528400）

0 前言

建筑業(yè)作為我國國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，自20世紀(jì)80、90年代以來，諸如磚混結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、框筒結(jié)構(gòu)等各種結(jié)構(gòu)類型的建筑物大量興建。目前我國仍處于城鎮(zhèn)化快速發(fā)展時(shí)期，隨著人口快速向中心城市、發(fā)達(dá)地區(qū)大中城市轉(zhuǎn)移，在城市建設(shè)用地日益緊張的情況下，提高土地房屋的利用效率顯得尤為迫切。特別是部分企事業(yè)單位急需增加建筑用房但又受用地面積限制，故加層改造成為解決用房需求的一個(gè)途徑。隨著建筑工程加固技術(shù)的不斷發(fā)展和加固材料的推陳出新，使得通過對既有建筑的檢測鑒定進(jìn)而實(shí)現(xiàn)加層加固成為容易實(shí)現(xiàn)的事情。建筑結(jié)構(gòu)檢測和鑒定作為加固改造前的必需環(huán)節(jié)，作用重大，本文結(jié)合實(shí)際工程實(shí)例，著重介紹加層改造工程的結(jié)構(gòu)檢測鑒定的程序、方法和技術(shù)要點(diǎn)。

1 工程概況

某醫(yī)院分院是一所集醫(yī)療、預(yù)防保健、康復(fù)、社區(qū)衛(wèi)生服務(wù)機(jī)構(gòu)及教學(xué)科研等功能為一體的非盈利性綜合公立醫(yī)院，該院的住院大樓建成時(shí)間為20世紀(jì)90年代初，為框架結(jié)構(gòu)，地上共4層，無地下室。由于現(xiàn)住院樓的病房已不能滿足需要，為解決部分醫(yī)療機(jī)構(gòu)醫(yī)療用地和業(yè)務(wù)用房嚴(yán)重不足的問題[1]，業(yè)主方要求在保持建筑物現(xiàn)有布局不影響原有結(jié)構(gòu)正常使用的前提下擴(kuò)建增加一層，同時(shí)增加一部電梯，新增面積1 320 m2。原有建筑結(jié)構(gòu)平面示意圖如圖1所示。該建筑抗震設(shè)防烈度為7度，基本地震加速度為0.10g，乙類建筑，框架抗震等級為三級，后續(xù)使用年限為40年。

圖1 結(jié)構(gòu)平面示意圖Fig.1 Structure Plane Sketch Map

2 現(xiàn)場檢測監(jiān)測與評定

2.1 初步調(diào)查，查閱圖紙資料，考察現(xiàn)場，檢測試驗(yàn)方案制定

翻閱原設(shè)計(jì)竣工圖紙，對照現(xiàn)場察看，現(xiàn)有主體結(jié)構(gòu)完好，填充墻未見裂縫，未見鋼筋銹蝕和混凝土酥裂剝落，建筑物維護(hù)良好。對于檢測，業(yè)主方的指導(dǎo)思想是，一是盡可能降低檢測對建筑物使用的影響，二是盡可能既減少檢測量和檢測費(fèi)用，又能滿足鑒定和加固需要。起初原設(shè)計(jì)單位建議對首層～4層的框架柱的現(xiàn)齡期混凝土強(qiáng)度進(jìn)行普查性檢測，對柱縱筋配置進(jìn)行針對性檢測。經(jīng)初步估算，共需檢測132根框架柱，此方案的檢測費(fèi)用太高，超出業(yè)主方承受范圍。由于圖紙檔案資料較齊全，我方要求業(yè)主委托原設(shè)計(jì)單位提前介入加層的初步設(shè)計(jì)復(fù)核，根據(jù)設(shè)計(jì)方提供的計(jì)算復(fù)核資料，首層現(xiàn)有大部分框架柱軸壓比滿足加層后的計(jì)算要求，部分柱縱筋略顯不足，但在概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)合理允許范圍內(nèi)。經(jīng)各方協(xié)商，同時(shí)滿足設(shè)計(jì)方建議和現(xiàn)場條件允許，按照國家現(xiàn)行相關(guān)檢測標(biāo)準(zhǔn)的要求及現(xiàn)場檢測條件抽檢一定數(shù)量的混凝土框架柱構(gòu)件。首層～4層的框架柱混凝土抗壓強(qiáng)度和柱縱筋直徑箍筋間距為主要檢測項(xiàng)目，其中首層、2層框架柱為重點(diǎn)檢測部位，3層、4層框架柱為一般檢測部位。鑒于加層不影響現(xiàn)有樓面的承載，僅按B檢測類別確定框架梁和板構(gòu)件的抽檢檢測。[2]由于圖紙資料完整，對構(gòu)件的幾何尺寸僅進(jìn)行現(xiàn)場抽樣復(fù)核。

2.2 結(jié)構(gòu)使用條件調(diào)查和構(gòu)件截面尺寸檢測

對照原始建筑設(shè)計(jì)圖紙，現(xiàn)場摸清該建筑的實(shí)際作用分布，重點(diǎn)對該樓各樓層進(jìn)行使用功能的調(diào)查，使用功能和結(jié)構(gòu)布置基本與原設(shè)計(jì)保持一致，未出現(xiàn)超出設(shè)計(jì)使用荷載的情況?？紤]到工程為加層改造，著重對各層豎向受力構(gòu)件的截面尺寸進(jìn)行抽樣檢測，注重抽取中部軸壓比較大的框架柱，水平構(gòu)件按B類檢測類別進(jìn)行抽樣檢測，檢測結(jié)果顯示大部分實(shí)測值與設(shè)計(jì)值的偏差在《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范：GB 50204-2015》的允許偏差范圍內(nèi)，但構(gòu)件的尺寸偏差最大值未超過偏差允許值的1.5倍。

2.3 建筑物傾斜觀測、地基基礎(chǔ)部分的檢查評定

根據(jù)業(yè)主方留存提供的工程地質(zhì)勘察報(bào)告和建筑沉降觀測資料，資料顯示沉降差小于現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范允許值，檢查上部結(jié)構(gòu)時(shí)未發(fā)現(xiàn)沉降裂縫，室外地坪無下沉現(xiàn)象且與主體結(jié)構(gòu)墻體交接部位無脫開，各層填充墻完好，上部承重構(gòu)件未發(fā)現(xiàn)有損壞反應(yīng)。現(xiàn)場采用全站儀投點(diǎn)法對房屋四周外墻豎向角線進(jìn)行觀測，觀測結(jié)果顯示，該建筑物整體傾斜率很小，無明顯規(guī)律性，最大傾斜率點(diǎn)位在西南角偏北向，傾斜率達(dá)到0.86‰，建筑物傾斜觀測結(jié)果如表1所示。

表1 建筑物傾斜觀測結(jié)果Tab.1 Building Inclined Observing Result

根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范：GB 50007-2011》規(guī)定，多層建筑物的整體傾斜允許值為4‰，滿足要求可推斷基礎(chǔ)工作正常。綜上，根據(jù)《民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)：GB 50292-2015》[3]規(guī)定，該建筑地基基礎(chǔ)安全性按變形觀測資料及上部結(jié)構(gòu)反應(yīng)的結(jié)果，可評定為Bu級。

2.4 混凝土結(jié)構(gòu)抗壓強(qiáng)度檢測

由于該建筑結(jié)構(gòu)齡期已大大超過1 000 d，現(xiàn)場采用直觀可信度高的鉆芯法進(jìn)行混凝土構(gòu)件的抗壓強(qiáng)度檢測，鉆芯前，選擇避開框架柱箍筋加密區(qū)部位，對構(gòu)件損傷小。事先用鋼筋探測儀掃描鋼筋的位置，避免鉆芯過程中損傷鋼筋，以便保證鉆芯取樣的順利進(jìn)行。按相應(yīng)檢測類別和樣本容量，整樓共抽檢65根框架柱，110根框架梁、50個(gè)板類構(gòu)件，結(jié)果顯示，框架柱的混凝土抗壓強(qiáng)度值在26.6～41.8 MPa之間，框架梁的混凝土抗壓強(qiáng)度值在22.3～37.6 MPa之間，樓板的混凝土抗壓強(qiáng)度值在20.9～36.8 MPa之間，芯樣及實(shí)驗(yàn)照片如圖2所示。根據(jù)《鉆芯法檢測混凝土強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》計(jì)算強(qiáng)度，推定區(qū)間的上限值和下限值，確定各檢測批的混凝土抗壓強(qiáng)度推定值時(shí)，可剔除芯樣抗壓強(qiáng)度樣本中的異常值。

圖2 芯樣及試驗(yàn)照片F(xiàn)ig.2 Core Sample and Test Photo

2.5 鋼筋配置及保護(hù)層厚度的現(xiàn)場檢測復(fù)核

混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋檢測主要通過鋼筋探測儀結(jié)合剔鑿驗(yàn)證進(jìn)行，主要抽檢框架柱、框架梁的主筋數(shù)量和鋼筋直徑、樓板的受力鋼筋直徑和間距。檢測結(jié)果表明，絕大部分框架柱、框架梁的主筋數(shù)量及直徑與原設(shè)計(jì)相符，大部分梁柱箍筋和板鋼筋的平均間距基本符合原設(shè)計(jì)要求?，F(xiàn)場抽檢梁類構(gòu)件、板類構(gòu)件的受力鋼筋保護(hù)層厚度，大部分符合混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范的要求，顯示整體施工質(zhì)量較好。

3 安全性鑒定和抗震鑒定分析

3.1 地基基礎(chǔ)安全性和抗震鑒定

根據(jù)建筑物沉降觀測資料和傾斜觀測結(jié)果，不均勻沉降未超過《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定的允許沉降差，且連續(xù)兩個(gè)月的地基沉降量小于每月2 mm，地基基礎(chǔ)的評級為Bu級。上部結(jié)構(gòu)無明顯不均勻沉降，房屋外墻和上部結(jié)構(gòu)構(gòu)件未發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)裂縫，可評為無嚴(yán)重靜載缺陷，根據(jù)《建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)：GB 50023-2009》[4]，對7度時(shí)乙類建筑可不進(jìn)行其地基基礎(chǔ)的抗震鑒定。

3.2 結(jié)構(gòu)安全性等級評定

通過對上部結(jié)構(gòu)的檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析評估，按照文獻(xiàn)[3]對該建筑的上部承重結(jié)構(gòu)進(jìn)行安全性鑒定。經(jīng)承載力驗(yàn)算結(jié)果顯示，部分框架柱在地震作用效應(yīng)組合下軸壓比超過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范限值，不滿足承載力要求，部分框架柱構(gòu)件的安全性等級為Cu級。絕大部分框架梁和板類構(gòu)件經(jīng)驗(yàn)算安全性等級為Bu級，本鑒定單元安全性鑒定評定，地基基礎(chǔ)子單元安全性等級為Bu級，上部承重結(jié)構(gòu)子單元安全性等級為Cu級，故鑒定單元安全性等級評定為Csu級，即顯著影響整體承載，應(yīng)采取處理措施且可能有極少數(shù)構(gòu)件須及時(shí)采取措施。[5]

3.3 抗震措施鑒定

本建筑建于20世紀(jì)90年代，后續(xù)使用年限按40年，根據(jù)文獻(xiàn)[4]，按B類建筑進(jìn)行抗震鑒定。該建筑抗震設(shè)防類別為乙類，應(yīng)按比本地區(qū)設(shè)防烈度提高一度的要求核查其抗震措施。主要檢查結(jié)構(gòu)體系、結(jié)構(gòu)布置、主要受力構(gòu)件的混凝土強(qiáng)度、現(xiàn)有框架梁柱的配筋與構(gòu)造、砌體填充墻與框架的的連接構(gòu)造等。經(jīng)核查，該建筑的抗震措施不滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的主要有以下方面：①部分框架梁凈跨度與截面高寬之比小于4；②個(gè)別框架梁與柱的中線不重合；③個(gè)別框架柱箍筋加密區(qū)肢距大于200 mm；④個(gè)別框架梁加密區(qū)箍筋最大間距大于100 mm。

3.4 抗震承載力驗(yàn)算

根據(jù)現(xiàn)行《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》的方法進(jìn)行抗震分析，并按文獻(xiàn)[4]的規(guī)定進(jìn)行構(gòu)件承載力驗(yàn)算，由于本建筑屬于乙類框架，故應(yīng)進(jìn)行變形驗(yàn)算。永久荷載和可變荷載按照現(xiàn)行《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》取值，混凝土強(qiáng)度等級按現(xiàn)場實(shí)際數(shù)據(jù)考慮，采用國內(nèi)知名結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件“鑒定加固模塊”，按實(shí)際加建情況建立計(jì)算模型，進(jìn)行抗震承載力驗(yàn)算。[6]

3.5 結(jié)構(gòu)抗震計(jì)算結(jié)果分析

⑴在地震作用效應(yīng)和其他荷載組合的內(nèi)力作用下，部分框架柱的軸壓比超出規(guī)范限值；

⑵部分框架柱、個(gè)別框架梁構(gòu)件實(shí)際配筋不滿足驗(yàn)算結(jié)果，后續(xù)應(yīng)采取措施對建筑進(jìn)行加固；

⑶地震作用下位移結(jié)果

在多遇地震作用下，X方向最大層間位移角為1/893，Y方向最大層間位移角為1/658，均小于《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定的彈性層間位移角限值1/550。在偶然偏心地震作用規(guī)定水平力下的位移比均小于1.2。

4 加固處理方案

依據(jù)安全性及抗震鑒定結(jié)果，提出如下加固處理方案：

⑴針對結(jié)構(gòu)抗震驗(yàn)算不滿足的框架柱共9根柱，考慮到加固后的美觀性，建議不采用增大截面加固法而采用外粘角鋼加固法[7]，角鋼與外圍鋼綴板焊接，整個(gè)鋼構(gòu)套與柱混凝土之間灌注膠粘劑粘貼。柱加固設(shè)計(jì)如圖3所示。

圖3 柱加固示意圖Fig.3 Column Reinforcement Diagram

⑵對結(jié)構(gòu)抗震驗(yàn)算不滿足的框架梁，采用粘貼鋼板加固法，加固時(shí)采取措施卸除大部分活荷載。梁加固設(shè)計(jì)如圖4所示。

圖4 梁加固示意圖Fig.4 Beam Reinforcement Diagram

經(jīng)多方溝通協(xié)商及查閱原地質(zhì)勘察資料，經(jīng)原設(shè)計(jì)單位復(fù)核確認(rèn)，原樁基礎(chǔ)承載力富余量足夠，此次加層擴(kuò)建的建筑基礎(chǔ)不作處理。后期的實(shí)際情況表明，采取先加固后加層的施工程序是穩(wěn)妥可靠的。

5 結(jié)語

建筑物改造或擴(kuò)建前，應(yīng)按有關(guān)規(guī)定程序進(jìn)行鑒定。鑒定前應(yīng)先對建筑物使用條件和結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)查與現(xiàn)場檢測，原則上檢測需根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)鑒定的需要合理確定檢測項(xiàng)目和檢測方案。做好結(jié)構(gòu)體系基本情況勘查、結(jié)構(gòu)使用條件的調(diào)查，對混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行必要的檢測和材料強(qiáng)度試驗(yàn)，以及對結(jié)構(gòu)位移和傾斜進(jìn)行觀測，詳細(xì)真實(shí)記錄有關(guān)數(shù)據(jù)、綜合分析，工作深度應(yīng)能滿足結(jié)構(gòu)可靠性鑒定及相關(guān)工作的需要?；炷两Y(jié)構(gòu)經(jīng)安全性鑒定確認(rèn)需要加固時(shí)，應(yīng)根據(jù)鑒定結(jié)論和委托方要求，按現(xiàn)行有關(guān)規(guī)范進(jìn)行相應(yīng)加固設(shè)計(jì)和施工。只有對涉及結(jié)構(gòu)性能的現(xiàn)狀、結(jié)構(gòu)構(gòu)件材料強(qiáng)度及結(jié)構(gòu)變形等項(xiàng)目進(jìn)行全面、準(zhǔn)確的檢測，才能全面了解現(xiàn)有建筑結(jié)構(gòu)的可靠性等實(shí)際情況，為鑒定提供可靠和有效的依據(jù)，進(jìn)而提出合理有效的加固設(shè)計(jì)方案。目前該建筑的加層加固施工已完成并經(jīng)合格驗(yàn)收投入使用，取得了良好效果，得到了有關(guān)方面的好評。