某內(nèi)框磚混結(jié)構(gòu)房屋鑒定及加固設(shè)計(jì)

陳國棋

（1、福建省建筑科學(xué)研究院有限責(zé)任公司 福州 350108；2、福建省綠色建筑技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 福州 350108）

0 引言

由于近幾年國家生育政策的調(diào)整，加上城鎮(zhèn)化的不斷進(jìn)展，以及人們對幼兒學(xué)前教育的逐漸重視，城鎮(zhèn)幼兒園的興辦趨于火熱，但現(xiàn)有公辦學(xué)校資源有限，適齡兒童學(xué)前教育問題成了社會(huì)的一大難題。與此形成鮮明對比的是，部分城鎮(zhèn)工業(yè)廠房因?yàn)闊o法滿足城鎮(zhèn)規(guī)劃的要求以及人口轉(zhuǎn)型帶來的影響長期處于閑置狀態(tài)。如果能將社會(huì)上這些閑置的廠房功能布局重新進(jìn)行改造以滿足作為學(xué)校使用的場所，將會(huì)給城鎮(zhèn)教育的場所問題提供解決途徑［1］，其中磚混結(jié)構(gòu)的房屋改造過程經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)拆除或增加承重墻體、增設(shè)或封堵門窗洞口、增加混凝土柱等問題［2］。本文以某內(nèi)框磚混結(jié)構(gòu)房屋改造為例，分析類似改造項(xiàng)目房屋在改造前的鑒定及后續(xù)加固方案選擇。

1 房屋概況

某廠房為3層內(nèi)框架結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)平面呈L形，采用墻下及柱下條形基礎(chǔ)，設(shè)置鋼筋混凝土地圈梁，承重墻體采用240 mm厚實(shí)心磚墻，承重墻體上設(shè)置現(xiàn)澆鋼筋混凝土圈梁，采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓、屋面板。底層層高為4.0 m，2層層高為3.3 m，3層層高為3.6 m，梯間屋面層高為2.8 m。該房屋外墻各轉(zhuǎn)角處、縱橫墻交接處及大梁支承處均設(shè)置鋼筋混凝土構(gòu)造柱，建成于20世紀(jì)90年代，因建成年代較為久遠(yuǎn)，設(shè)計(jì)資料及施工內(nèi)業(yè)資料缺失。房屋改造前平面布置示意圖如圖1所示。

圖1 原結(jié)構(gòu)1～3層建筑、柱墻平面布置示意圖Fig.1 Schematic Diagram of the Layout of the Original Structure 1～3 Layer Floors，Columns and Walls（mm）

2 現(xiàn)場鑒定程序與檢測數(shù)據(jù)采集

2.1 現(xiàn)狀平面布置調(diào)查

由于房屋缺少設(shè)計(jì)圖紙資料，檢測工作首先需盡可能地還原出房屋建筑、結(jié)構(gòu)布局，為后續(xù)改造工作提供直觀具體的圖像資料，尤其是結(jié)構(gòu)布置的還原，直接關(guān)系到后續(xù)改造加固方案的實(shí)施?，F(xiàn)場根據(jù)房屋布置特點(diǎn)，檢查結(jié)構(gòu)布置、傳力途徑、連接構(gòu)造措施［3］。重點(diǎn)調(diào)查房屋轉(zhuǎn)角處、樓梯間四角、縱橫墻交接處及較大洞口兩側(cè)、大梁支承處是否設(shè)置構(gòu)造柱，承重墻體上是否設(shè)置閉合圈梁，大開洞門窗上方是否設(shè)置鋼筋混凝土過梁、地基基礎(chǔ)形式及基底持力層情況，并繪制建筑、結(jié)構(gòu)平面布置圖。

2.2 材料性能檢測

現(xiàn)場采用貫入法檢測墻體砌筑砂漿抗壓強(qiáng)度，結(jié)果表明底層原結(jié)構(gòu)墻體批構(gòu)件現(xiàn)齡期砌筑砂漿抗壓強(qiáng)度推定值為2.7 MPa，2層原結(jié)構(gòu)墻體批構(gòu)件現(xiàn)齡期砌筑砂漿抗壓強(qiáng)度推定值為3.3 MPa，3層原結(jié)構(gòu)墻體批構(gòu)件現(xiàn)齡期砌筑砂漿抗壓強(qiáng)度推定值為3.0 MPa。采用回彈法分別檢測粘土實(shí)心磚及柱、梁混凝土抗壓強(qiáng)度，所檢結(jié)果表明底層、2層及3層實(shí)心磚抗壓強(qiáng)度推定等級均達(dá)到MU7.5［4］；混凝土柱、梁單構(gòu)件經(jīng)齡期修正后的混凝土抗壓強(qiáng)度推定值分別在20.6～27.5 MPa及22.7～33.6 MPa之間。

2.3 柱、梁構(gòu)件鋼筋分布及直徑檢測

現(xiàn)場對柱、梁構(gòu)件采用磁感墻體探測儀掃描構(gòu)件鋼筋分布，并有針對性的對柱、梁構(gòu)件鑿開鋼筋保護(hù)層采用游標(biāo)卡尺原位實(shí)測其鋼筋直徑。在現(xiàn)場條件允許的情況下，盡可能還原出房屋原結(jié)構(gòu)鋼筋布置情況。

2.4 受力構(gòu)件裂縫檢測

現(xiàn)場對柱、梁、板以及承重墻體受力構(gòu)件全面進(jìn)行裂縫檢測，重點(diǎn)查看大開洞墻體、窗間墻寬度較小的墻肢，大跨梁以及受力較集中的柱狀態(tài)情況，經(jīng)檢測現(xiàn)狀廠房除局部墻體表面存在裝飾性裂縫外，其余承重構(gòu)件未發(fā)現(xiàn)影響房屋安全的明顯受力裂縫。

2.5 上部結(jié)構(gòu)側(cè)向位移觀測

在房屋外墻四角和拐角處設(shè)置傾斜觀測點(diǎn)進(jìn)行房屋現(xiàn)狀傾斜度觀測，所檢各測點(diǎn)的頂點(diǎn)位移均未超出現(xiàn)行《民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)：GB 50292—2015》［5］的安全性限值要求，且各測點(diǎn)的側(cè)移方向不具有明顯的一致性，現(xiàn)階段該房屋未產(chǎn)生明顯的整體傾斜。

3 改造方案房屋上部結(jié)構(gòu)使用功能變化

內(nèi)框架結(jié)構(gòu)房屋的優(yōu)點(diǎn)是能夠帶來較大的使用空間，比較適用于工業(yè)廠房，但是對于有教學(xué)、休息、活動(dòng)等其他使用功能需求的幼兒園來說存在功能性上的不足，需對廠房功能布局進(jìn)行重新劃分。改造的主要內(nèi)容如下：

⑴在原內(nèi)部開敞的（1-5）-（D-J）和（2-10）-（AC）軸間區(qū)域局部增設(shè)縱、橫向分隔墻體和門洞。

⑵在5-（H-J）軸間原窗洞封堵，并在靠（H）軸增設(shè)門洞；5-（F-G）、C-（2-4、4-6、6-7、7-8、8-9）軸間原窗洞或門洞封堵，重新在軸兩側(cè)設(shè)置門窗洞；D-（1-3）軸間窗洞變更為門洞；D-（3-5）軸間門洞縮小或封堵，C-（6-7）軸間門洞縮小變更為窗洞；房屋1-（H-J）、（A、C）-（9-10）、5-（D-E）軸間變換窗洞的位置。

⑶將2-（A-B）、5-（G-H）軸承重墻體拆除。

⑷將2層、3層（3-5）-（G-H）軸間樓板拆除為洞口并增設(shè)樓梯。

該房屋原為內(nèi)框架結(jié)構(gòu)，這種由兩種不同建筑材料組成的承重結(jié)構(gòu)體系在地震時(shí)側(cè)向變形幅度較大，振動(dòng)不協(xié)調(diào)，往往帶來較為嚴(yán)重的破壞，《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（2016年版）：GB 50011—2010》［6］已取消了內(nèi)框架結(jié)構(gòu)房屋的設(shè)計(jì)內(nèi)容。且改造方案考慮到原結(jié)構(gòu)主要存在門窗洞口較大、窗間墻寬度或承重外墻盡端至門窗洞邊的距離較小，從而出現(xiàn)較多的小墻肢，應(yīng)對改造方案中新增加的隔墻和封堵的洞口采取處理措施，使新增墻體和封堵洞口后的墻段成為承重墻體的一部分，與房屋原結(jié)構(gòu)成為一個(gè)整體，共同承受豎向荷載和地震作用。

4 擬改造方案上部承重結(jié)構(gòu)承載功能驗(yàn)算

根據(jù)該房屋擬改造方案并結(jié)合結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀實(shí)際檢測結(jié)果，采用中國建筑科學(xué)研究院編制的PKPM系列軟件對該樓上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行原結(jié)構(gòu)的承載力驗(yàn)算，抗震設(shè)防烈度為7度（0.15g），地震分組為第三組，計(jì)算時(shí)，房屋整體依據(jù)《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范：GB 50003—2011》根據(jù)樓、屋蓋類別及最大橫墻間距按剛性方案計(jì)算內(nèi)力；基本風(fēng)壓取0.7 kN/m2；地面粗糙度類別取B類；幼兒園樓面活荷載取2.0 kN/m2；走廊樓面活荷載取3.5 kN/m2；上人屋面活荷載取2.0 kN/m2；實(shí)心磚抗壓強(qiáng)度取MU7.5；墻體砌筑砂漿抗壓強(qiáng)度及混凝土抗壓強(qiáng)度按現(xiàn)場實(shí)際檢測結(jié)果取值。結(jié)構(gòu)電算結(jié)果表明：

⑴該房屋1軸、5軸、A、C軸部分原砌筑砂漿抗壓強(qiáng)度較低的結(jié)構(gòu)墻體抗震承載力、受壓承載力或局部受壓承載力不滿足擬改造后的結(jié)構(gòu)安全要求，其余墻體構(gòu)件抗震承載力、受壓承載力、局部受壓承載力以及墻體高厚比滿足擬改造后的結(jié)構(gòu)安全要求。

⑵該房屋4、8-B軸、4、8-C軸、3-F軸柱的承載力以及墻體拆除后的2-（A-B）、5-（G-H）軸原圈梁現(xiàn)作為承重梁其承載力不滿足擬改造后的結(jié)構(gòu)安全要求，其余混凝土柱、梁構(gòu)件的承載力均滿足結(jié)構(gòu)安全要求。

5 擬改造方案原地基基礎(chǔ)承載力估算

對該房屋部分承重墻以及柱下基礎(chǔ)進(jìn)行開挖檢查結(jié)果表明，基礎(chǔ)為墻下或柱下條形基礎(chǔ)，基礎(chǔ)頂部設(shè)置鋼筋混凝土閉合地梁，基底持力層為全風(fēng)化巖層，基底未見地下水，基底土質(zhì)情況較好，基礎(chǔ)混凝土表面未見蜂窩、麻面等施工質(zhì)量缺陷及肉眼可見的結(jié)構(gòu)裂縫，上部結(jié)構(gòu)側(cè)向位移觀測表明現(xiàn)階段房屋未產(chǎn)生明顯的整體傾斜，且室內(nèi)外地面、上部承重結(jié)構(gòu)及圍護(hù)結(jié)構(gòu)檢查也未發(fā)現(xiàn)明顯沉降裂縫，考慮房屋建成后已投入使用20多年，地基基礎(chǔ)現(xiàn)階段工作狀態(tài)較穩(wěn)定；按基礎(chǔ)現(xiàn)狀實(shí)際檢查結(jié)果結(jié)合擬改造方案對地基承載力進(jìn)行核算，計(jì)算結(jié)果表明需對（1-5）-（D-J）和（2-10）-（A-C）軸間區(qū)域內(nèi)部新增設(shè)的縱、橫向墻體基礎(chǔ)采取加固處理，其余原結(jié)構(gòu)地基基礎(chǔ)承載能力能夠滿足擬改造上部結(jié)構(gòu)受力要求。

6 按擬改造方案可采取加固方案

根據(jù)擬改造方案房屋上部結(jié)構(gòu)使用功能變化以及上部承重結(jié)構(gòu)承載功能驗(yàn)算分析，表明該房屋按擬改造方案施工存在多處不足的安全問題，鑒于擬改造方案存在不足的問題提出相對應(yīng)的加固解決方案，部分加固解決方案的結(jié)構(gòu)平面布置如圖2所示，工程加固實(shí)圖如圖3、圖4所示。

圖2 1～3層結(jié)構(gòu)加固平面示意圖Fig.2 Schematic Diagram of the Reinforcement of the 1～3 Layer Structure（mm）

圖3 墻面鋼筋網(wǎng)砂漿面層加固Fig.3 Reinforcement by Covering the Wall with Reinforced Cement Mortar

圖4 新增承重墻體頂部做法Fig.4 Construction of the Top Part of Newly Added Load-bearing Wall

⑴房屋新增承重墻體采用240 mm厚實(shí)心磚砌筑，實(shí)心磚抗壓強(qiáng)度為MU10，砌筑砂漿強(qiáng)度等級為M5，且新增承重墻體應(yīng)與房屋主體承重結(jié)構(gòu)連接處增設(shè)拉結(jié)筋形成可靠連接。當(dāng)墻體砌筑至距梁底100 mm左右應(yīng)放置14 d，再采用微膨脹細(xì)石混凝土澆筑至梁底，澆筑要密實(shí)，不應(yīng)留有縫隙。

⑵部分原門窗洞口采用240 mm厚實(shí)心磚進(jìn)行封堵，新砌磚墻與原磚墻應(yīng)進(jìn)行拉結(jié)，洞口頂部的做法同新增承重墻體的做法。

⑶針對變更或增設(shè)門窗洞口按跨度不大于1.5 m時(shí)，增設(shè)鋼筋磚過梁；跨度大于1.5 m的門窗洞口，增設(shè)鋼筋混凝土過梁。

⑷針對房屋C軸、J軸部分位置窗間墻寬度較小，出現(xiàn)小墻肢，應(yīng)采用增設(shè)混凝土構(gòu)造柱的方式，且構(gòu)造柱應(yīng)與地基基礎(chǔ)可靠連接。

⑸針對房屋1軸、5軸、A軸、C軸部分原砌筑砂漿抗壓強(qiáng)度較低的結(jié)構(gòu)墻體出現(xiàn)抗震承載力、受壓承載力或局部受壓承載力不滿足擬改造后的結(jié)構(gòu)安全要求，應(yīng)去除原墻面粉刷層，再采用雙面鋼筋網(wǎng)水泥砂漿面層加固，且新增鋼筋網(wǎng)應(yīng)與地基基礎(chǔ)可靠連接［7］。

⑹針對房屋（4、8）-B軸、（4、8）-C軸、3-F軸柱的承載力不滿足擬改造后的結(jié)構(gòu)安全要求，應(yīng)采取擴(kuò)大截面法進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng)［8-9］。

⑺墻體拆除后的2-（A-B）、5-（G-H）軸原圈梁現(xiàn)作為承重梁其承載力不滿足擬改造后的結(jié)構(gòu)安全要求，應(yīng)采取增大梁截面法進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng)［10］，使其變?yōu)槌兄亓菏褂茫渲袎w拆除工程應(yīng)做好支撐并分段逐層施工。

7 結(jié)語

本文敘述某內(nèi)框架磚混結(jié)構(gòu)廠房改造作為幼兒園使用的鑒定、加固過程，結(jié)合擬改造方案涉及的使用功能變化進(jìn)行有針對性的檢查，指出擬改造方案對原結(jié)構(gòu)承載安全產(chǎn)生的影響，將原來內(nèi)部開敞的內(nèi)框架磚混結(jié)構(gòu)通過增加承重抗震橫墻的方式，對結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行優(yōu)化，既滿足了改造后的使用功能，又提高了房屋的承載能力和抗震性能。但由于此類涉及建筑使用功能改變的項(xiàng)目在改造工程中施工中涉及后錨固的工藝較多，施工質(zhì)量難以得到保證，應(yīng)在施工過程中重點(diǎn)監(jiān)控。