PKPM軟件在框架結構安全鑒定中的應用

鞠志祥

（蘇州建設交通高等職業(yè)技術學校）

0 引言

改革開放以來，我國建筑業(yè)迅速發(fā)展，近幾年更是以每年20 億多平方米的速度遞增[1]。受自然環(huán)境因素及人為因素影響，建筑物隨著使用年限的增加，會逐漸顯露出缺陷或病害，結構的可靠度降低[2]，因此，有必要對既有建筑物進行安全鑒定與加固[3]。建筑的安全鑒定就是對這些建筑物進行分析和評估，及時發(fā)現建筑物存在的隱患，指導采用科學有效的加固措施，改變其不平衡的狀態(tài)，延長建筑物的使用壽命[4]。

1 工程概況

該工程為蘇州地區(qū)某中等專業(yè)學校教學樓工程，該工程于2011 年建成，在2020 年對工程主體結構進行安全性檢測鑒定。該項目設計為地上五層雙向多跨鋼筋混凝土框架結構，總建筑面積為8989.4m2，建筑總高度18.80m。該工程設計合理使用年限為50 年，建筑物安全等級為二級，地基基礎設計等級為丙級，基礎采用天然基礎；建筑抗震設防類別為重點設防類，抗震設防烈度提高為7 度，設計基本地震加速度值為0.10g，設計地震分組為第一組，建筑物場地類別為III 類；框架抗震等級為三級；基本風壓為0.45kN/m2，基本雪壓為0.40kN/m2，地面粗糙度為B 類。該工程混凝土設計強度等級為：基礎墊層C10，其余部位C30。防潮層或地圈梁以下墻體用M7.5 水泥砂漿、MU10 蒸壓水泥磚砌筑，防潮層或地圈梁以上內墻、外墻均采用Mb5 專用砂漿、MU7.5 混凝土空心砌塊，獨立磚柱、半磚墻、女兒墻、房屋頂層用M7.5 混合砂漿砌筑。建筑一層平面簡圖如圖1 所示。

圖1 一層平面簡圖（mm）

2 檢測結果

2.1 基本情況調查

經調查：該工程為地上五層雙向多跨鋼筋混凝土框架結構，建筑面積為8989.4m2，于2011 年建成，自建成后主要作為學校辦公室、教室使用，未進行過大規(guī)模維修、用途變更、改擴建等活動，未經歷過地震災害，未發(fā)生過火災、爆炸、撞擊等事故。該工程一層～五層層高均為3.7m，建筑、結構平面、立面布置及層高符合設計圖紙要求。該工程主要由現澆鋼筋混凝土柱、梁承重，樓、屋面板均為現澆板，地上結構部分填充墻體均采用“混凝土空心砌塊+專用水泥混合砂漿”砌筑?，F場檢測時，該工程一～五層主要作為辦公室、教室等使用，各區(qū)域使用功能符合設計圖紙要求。

該工程上部結構構件所處環(huán)境為室內正常環(huán)境或一般露天環(huán)境，依據《民用建筑可靠性鑒定標準》GB50292-2015 第4.2.5 條，其所屬環(huán)境類別為Ⅰ類一般大氣環(huán)境，作用等級為A 級或B 級[5]。

對該教學樓的永久作用、可變作用、偶然作用進行調查結果如下：

⑴永久作用：主要為結構構件、建筑配件及構造層的自重。

⑵可變作用：根據設計圖紙，教室樓面活荷載標準值取2.00kN/m2，走廊樓面及陽臺活荷載標準值取2.50 kN/m2，疏散樓梯活荷載標準值取3.50kN/m2，辦公室活荷載標準值取2.00kN/m2，廁所活荷載標準值取2.00kN/m2，不上人屋面活荷載標準值取0.50kN/m2，上人屋面活荷載標準值取2.00kN/m2；基本風壓為0.45kN/m2，基本雪壓為0.40kN/m2。

⑶偶然作用：根據設計圖紙，該工程抗震設防烈度提高為7 度，基本地震加速度值為0.10g，地震分組為第一組。經調查，至本次檢測時，該工程未經歷過火災、爆炸、撞擊等作用。

2.2 地基基礎部分

2.2.1 裂縫檢查

現場對該學校教學樓工程底層混凝土柱與地面連接處的裂縫情況進行檢查，未發(fā)現明顯的沉降裂縫、相對位移等現象，上部主體結構及圍護結構使用狀況較好，未發(fā)現明顯因地基不均勻沉降引起的裂縫、變形或位移等現象。

2.2.2 房屋整體傾斜測量

根據現場實際情況，對教學樓的4 處外墻角點，采用全站儀進行房屋整體傾斜度測量。《建筑地基基礎設計規(guī)范》GB50007-2011 表5.3.4 規(guī)定“多層及高層建筑整體傾斜，當H<24m 時，允許傾斜率為4‰”[6]。檢測發(fā)現4 個角點8 個方向的偏移量在8～18mm 不等，測量高度為18.5m，傾斜率均不超過1‰，滿足規(guī)范要求。依據《民用建筑可靠性鑒定標準》的相關規(guī)定，該工程地基基礎的安全性等級評為Au級。

2.3 上部承重結構

2.3.1 軸線間距測量復核

現場對教學樓工程隨機抽取25 處軸線間距，采用手持式激光測距儀進行軸線間距測量復核，實測值相比設計值的誤差絕對值范圍在2～8mm，符合設計圖紙。

2.3.2 混凝土構件截面尺寸測量

現場對教學樓工程隨機抽取40 根混凝土柱、梁構件，采用鋼卷尺進行構件截面尺寸測量。構件實測粉刷層厚度約0.5～1cm，構件含粉刷層實測值均符合設計圖紙。

2.3.3 配筋檢測

結構配筋檢測包括混凝土構件縱筋數量及箍筋間距檢測和鋼筋直徑檢測?，F場對教學樓工程隨機抽取40 根混凝土柱、梁構件，采用HILTI 公司生產的PS 200鋼筋位置探測儀進行柱側、梁底縱筋數量及箍筋間距的掃描檢測，主筋根數實測值和設計值吻合。根據《混凝土結構工程施工質量驗收規(guī)范》GB50204-2015 規(guī)定，綁扎鋼筋間距的允許偏差為±20mm。箍筋加密區(qū)間距實測值在95～108mm，設計值為100mm，滿足規(guī)范要求；非加密區(qū)間距設計值有兩種，分別為150mm 和200mm，實測值在154～162mm 之間和190～205mm 之間，均滿足規(guī)范要求。

隨機抽取15 根混凝土構件，采用局部破損方法鑿出部分縱筋、箍筋，用游標卡尺進行鋼筋直徑測量。箍筋為螺紋鋼，設計直徑為8mm，實測內徑在7.3～8.1mm；縱筋為螺紋鋼，設計直徑有18mm、20mm、22mm 共3 種，實測內徑偏差均不超過0.4mm，滿足《鋼筋混凝土用鋼第2部分：熱軋帶肋鋼筋》（GB/T 1499.2-2018）第6.3 條要求[7]。

2.3.4 混凝土強度檢測

經查設計資料，該工程柱、梁、板均采用C30 混凝土，根據現場實際情況，采用鉆孔取芯機，每層樓隨機抽取3 根混凝土構件，五層樓共計15 個構件，各鉆取1 顆芯樣進行混凝土抗壓強度檢測，抗壓強度換算值范圍在30.2～57.5MPa，滿足設計條件[8]。

2.3.5 填充墻體砌筑砂漿強度檢測

經查設計圖紙，該工程填充墻采用“MU7.5 混凝土空心砌塊+Mb5 專用砂漿”砌筑。現場隨機抽10 片填充墻體，鑿除局部墻體表面粉刷層，對砌筑砂漿進行外觀質量檢查，并采用SJY800B 型貫入式砂漿強度檢測儀進行砌筑砂漿強度檢測[9]。經檢查：該工程所抽檢墻體采用“混凝土空心砌塊+專用水泥混合砂漿”砌筑，符合設計要求，砌筑灰縫外觀質量較好，抗壓強度推定値在8.8～10.2MPa，滿足設計要求。

2.4 結構計算

根據國家現行有效的設計標準、規(guī)范、規(guī)程、規(guī)定和國家行業(yè)標準，江蘇省有關現行有效設計標準、規(guī)范、規(guī)程、規(guī)定和標準圖集，以及委托方提供的設計圖紙及現場抽檢結果，采用PKPM 系列軟件，對該工程主要受力構件進行結構計算。

2.4.1 參數選取

該工程主體結構類型為地上五層鋼筋混凝土框架結構建筑，基本風壓驗算取值為0.45kN/m2，基本雪壓為0.40kN/m2；混凝土強度按設計值及現場實測結果取值C30；其他材料按設計圖紙取值。

2.4.2 荷載取值及組合

恒荷載：主要為結構構件、建筑配件及構造層的自重。

活荷載：按照2.1 節(jié)內容進行取值。

式中：

Sk——雪荷載標準值(kN/m2)；μr——屋面積雪分布系數；S0——基本雪壓(kN/m2)。風荷載：當計算主要承重結構時，垂直于建筑物表面上的風荷載標準值按式⑵計算：

式中：

Wk——風荷載標準值(kN/m2)；

βz——高度z 處的風振系數；

μs——風荷載體型系數；

μz——風壓高度變化系數；

W0——基本風壓(kN/m2)。

地震作用：建筑的重力荷載代表值取結構和構配件自重標準值和各可變荷載組合值之和。

荷載效應組合：對于承載能力極限狀態(tài)，按荷載效應的基本組合或偶然組合進行荷載效應組合[10]。

本工程基本組合采用簡化規(guī)則，并應按下列組合值中取最不利值確定：

⑴由可變荷載效應控制的組合

式中：

γGj——第j 個永久荷載的分項系數；

γQi——第i 個可變荷載的分項系數，其中γQi為主導可變荷載Qi的分項系數；

γLi——第i 個可變荷載考慮設計使用年限的調整系數，其中γLi為主導可變荷載Qi考慮設計使用年限的調整系數；

SGjk——按第j 個永久荷載標準值Gjk計算的荷載效應值；

SQik——按第i 個永久荷載標準值Gik計算的荷載效應值；

ΨCi——第i 個可變荷載Qi的組合值系數；

m——參與組合的永久荷載數；

n——參與組合的可變荷載數。

⑵由永久荷載效應控制的組合

圖2 計算模型

2.4.3 計算結果

本工程按承載能力極限狀態(tài)進行驗算，并采用系數R/γ0S 對結構各主要構件評定等級，式中：γ0——結構重要性系數，S——荷載效應組合的設計值，R——結構構件抗力的設計值。

經用中國建筑科學研究院編制的PKPM 系列結構計算軟件進行驗算，驗算結果：該工程所抽檢的混凝土柱、梁等主要受力構件的抗力與荷載效應之比均大于等于1（R/γ0S≥1.0）。

綜上所述，依據《民用建筑可靠性鑒定標準》，該工程上部承重結構的安全性等級評定為Au級。

2.5 維護結構承重部分

經現場調查，該工程為地上五層鋼筋混凝土框架結構建筑，主體結構主要由混凝土柱、梁承重，樓面板、屋面板主要采用混凝土現澆板，結構整體性符合相關規(guī)范要求。在平面布置上均勻、豎向布置上合理，結構傳力路徑合理。對混凝土柱、梁、板及填充墻等構件的外觀質量及損傷情況檢查結果：

⑴(5-6)/(B-E)軸三層樓面板、(1-3)/(D-E)軸四層樓面板、(1-3)/(L-K)軸五層樓面板板底存在局部露筋現象，如圖3 所示；

圖3 局部露筋

⑵(1-3)/(D-E)軸區(qū)域三層懸挑梁底部存在局部粉刷層脫落現象，樓梯間、衛(wèi)生間門口、走廊填充墻體普遍存在局部粉刷層空鼓、脫落現象，(8-14)/E 軸屋面檐口存在局部瓦片脫落現象，如圖4 所示。

圖4 粉刷層脫皮空鼓

⑶該工程其余所檢構件外觀質量較好，未發(fā)現構件存在結構性受力裂縫及其它明顯損傷現象，梁、板未見明顯下撓現象。

⑷部分室內吊頂、墻面存在局部滲水痕跡現象，其余所檢墻面、樓面、屋面未見明顯滲水痕跡。

因此，依據《民用建筑可靠性鑒定標準》，該工程各單元圍護結構系統(tǒng)的安全性等級評定為Bu級。

綜上，根據該工程地基基礎、上部承重結構、圍護結構承重部分的安全性評級結果，并依據《民用建筑可靠性鑒定標準》，該教學樓工程主體結構的安全性等級評定為Asu級。

3 結論

通過對蘇州地區(qū)某中專教學樓的安全鑒定，得到以下結論：

⑴對于建筑結構的質量安全檢測，檢測方案和主要受力構件的檢測鑒定至關重要，尤其是截面尺寸、混凝土強度、配筋的檢測。

⑵PKPM 軟件的應用，對于承重結構的承載能力驗算提供了有效依據，能夠進一步驗證結構取樣檢測的有效性，該軟件可在結構承載能力檢測領域進行推廣。

⑶在建筑結構的使用過程中，不得改變建筑的用途，且使用荷載不能超過設計荷載；對于結構的主要承載構件，應定期進行檢查和維護，發(fā)現問題及時咨詢相關機構進行處理。