建筑抗震性能檢測與加固設(shè)計

摘要：建筑在投入使用一定時間后，應(yīng)對其進(jìn)行抗震鑒定，制定加固設(shè)計方案保證建筑的抗震性能得到提高。本文以某圖書館工程為例進(jìn)行討論，對建筑的現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)查，說明了抗震鑒定的基本內(nèi)容和具體的方法，根據(jù)該病房樓的抗震鑒定結(jié)果，給出了相應(yīng)構(gòu)件的加固方法，為相類似的建筑抗震鑒定與加固設(shè)計提供經(jīng)驗和參考。

關(guān)鍵詞：建筑工程;抗震鑒定;抗震承載力;型鋼加固;設(shè)計

1 引言

隨著國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)的加快，人們對建筑的性能，尤其是對公共建筑的性能要求不斷提升。但是對于一些投入使用數(shù)十年的建筑來說，建筑結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不同程度的老化，影響了建筑的抗震性能，如何對其進(jìn)行抗震鑒定及結(jié)構(gòu)加固以提高建筑安全性能是人們關(guān)心的問題。下面就這方面進(jìn)行討論分析。

2 工程概況

某圖書館工程，地下1層，地上有8層。第一層是大廳，2～6層作為書庫及計算機(jī)機(jī)房使用，7層是設(shè)備層，8層是電梯機(jī)房和設(shè)備用房。建筑平面形狀為矩形，總高度26.90m。結(jié)構(gòu)形式為現(xiàn)澆框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)為箱形基礎(chǔ)，樓板為現(xiàn)澆梁板體系，標(biāo)準(zhǔn)層結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3 建筑現(xiàn)狀調(diào)查

抗震鑒定前應(yīng)進(jìn)行建筑現(xiàn)狀調(diào)查，包括搜集勘察、施工及竣工驗收的相關(guān)原始資料;當(dāng)資料不全時，應(yīng)根據(jù)鑒定的需要進(jìn)行補充實測。調(diào)查建筑現(xiàn)狀與原始資料相符程度、施工質(zhì)量和維護(hù)狀況。

3.1 原始資料調(diào)查

該圖書館項目巖土工程勘察報告、竣工圖紙、竣工驗收資料等原始資料均較齊全。

3.2 外觀質(zhì)量檢查

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)主要檢查結(jié)構(gòu)構(gòu)件的裂縫及劣化程度等。經(jīng)檢查個別框架柱及剪力墻表面存在蜂窩、麻面現(xiàn)象;少數(shù)框架梁存在梁底鋼筋銹蝕現(xiàn)象;個別屋面板板底存在堿蝕、露筋現(xiàn)象。結(jié)構(gòu)構(gòu)件未發(fā)現(xiàn)明顯開裂、較大變形等嚴(yán)重結(jié)構(gòu)性損壞現(xiàn)象。

3.3 材料性能檢測

建筑結(jié)構(gòu)的材料性能是結(jié)構(gòu)安全的基本保證。本工程混凝土強(qiáng)度采用超聲-回彈綜合法對混凝土抗壓強(qiáng)度進(jìn)行現(xiàn)場取樣檢測，檢測混凝土強(qiáng)度摘錄如表1所示?，F(xiàn)場采用鋼筋探測儀對部分梁、板、柱、剪力墻的鋼筋配置、分布及混凝土保護(hù)層厚度進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果基本符合原圖紙設(shè)計要求。

表1 構(gòu)件混凝土強(qiáng)度回彈法檢測結(jié)果摘錄

4 抗震鑒定

4.1 抗震鑒定原則

本工程屬于B類建筑，應(yīng)進(jìn)行兩級鑒定。

（1）第一級鑒定：對現(xiàn)有房屋的宏觀控制和構(gòu)造鑒定為主進(jìn)行綜合評價;

（2）第二級鑒定：對現(xiàn)有房屋進(jìn)行抗震驗算為主結(jié)合構(gòu)造影響進(jìn)行綜合評價。

（1）和（2）同時滿足的建筑評定為滿足抗震要求，可不進(jìn)行加固處理;（1）滿足而主要抗側(cè)力構(gòu)件的抗震承載力不低于規(guī)定的95%、次要抗側(cè)力構(gòu)件的抗震承載力不低于規(guī)定的90%，可不進(jìn)行加固處理;（1）不滿足而抗震承載力較高時，可通過構(gòu)造影響系數(shù)進(jìn)行綜合抗震能力的評定;（1）和（2）均不滿足要求時，應(yīng)采取加固或其他相應(yīng)措施。

4.2 抗震等級確定

根據(jù)《建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)》第4.0.3條，圖書館工程抗震設(shè)防類別應(yīng)劃分為重點設(shè)防類（乙類）。依據(jù)現(xiàn)行《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》第6.1.2條規(guī)定，本樓框架抗震等級為二級、剪力墻抗震等級為一級。改造工程的抗震設(shè)防目標(biāo)及抗震設(shè)防水準(zhǔn)，按照安全、經(jīng)濟(jì)、合理的要求，結(jié)合其后續(xù)使用年限40年相協(xié)調(diào)，確定框架抗震等級為三級、剪力墻抗震等級為二級。

4.3 場地、地基和基礎(chǔ)

查閱原地勘報告，本樓建造于對抗震有利的地段，場地類別為II類，其地基主要受力范圍內(nèi)不存在軟弱土、飽和砂土和飽和粉土或嚴(yán)重不均勻土層。依據(jù)《建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》第4.1條、4.2條規(guī)定，可不進(jìn)行場地對建筑影響的抗震鑒定，同時也可不進(jìn)行地基基礎(chǔ)的抗震鑒定。

4.4 抗震措施鑒定（第一級鑒定）

（1）結(jié)構(gòu)高度

本工程結(jié)構(gòu)總高26.90m，滿足《建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》第6.1.1條，7度框架-抗震墻結(jié)構(gòu)適用的最大高度為120m的要求。

（2）房屋的結(jié)構(gòu)體系

本工程為雙向多跨框架-抗震墻結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)布置及框架梁、柱、剪力墻截面滿足《建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》第6.3.2條房屋結(jié)構(gòu)體系要求。

本工程建筑平面形狀為矩形，平面沒有局部突出，立面沒有局部縮進(jìn)，均滿足《建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》第6.2.1條房屋結(jié)構(gòu)體系要求。

樓層剛度大于其相鄰上層剛度的70%，且連續(xù)3層總的剛度降低小于50%，滿足《建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》第6.2.1條房屋結(jié)構(gòu)體系要求。

首層個別框架柱軸壓比為0.98，不滿足《建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》第6.2.1條框架-抗震墻柱（抗震等級三級）軸壓比≤0.95的要求。

（3）混凝土強(qiáng)度等級

本工程混凝土強(qiáng)度實測結(jié)果，滿足《建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》第6.3.3條梁、柱、墻實際達(dá)到的混凝土強(qiáng)度等級不應(yīng)低于C20要求。

（4）框架梁的配筋及構(gòu)造

本工程框架梁縱向受拉鋼筋的配筋率不大于2.5%;梁端截面的底面和頂面配筋量的比值不小于0.3;梁端箍筋實際加密區(qū)的長度大于梁截面高度的1.5倍，箍筋最小直徑為8mm，滿足要求。

（5）框架柱的配筋及構(gòu)造

本工程框架柱實際縱向鋼筋的總配筋率，框架中柱、邊柱和角柱均大于1.0%，滿足要求。柱箍筋加密區(qū)的箍筋間距為100mm，箍筋直徑為φ8mm和φ10mm，滿足要求。柱加密區(qū)箍筋肢距不大于200mm，且每隔1根縱向鋼筋在2個方向均有箍筋約束，滿足要求。

（6）框架節(jié)點核心區(qū)構(gòu)造

本工程框架節(jié)點核心區(qū)內(nèi)箍筋最大間距為100mm，最小直徑為φ12mm，柱體積配箍率為1.6%～2.1%，滿足《建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》第6.3.6條要求。

（7）抗震墻的配筋及構(gòu)造

本工程抗震墻墻板豎向、橫向分布鋼筋的配筋率約為0.628%，均大于0.25%，最大間距為150mm，最小直徑φ12mm，滿足要求?？拐饓吘墭?gòu)件的配筋，縱向鋼筋配筋率為1.2%～2.0%，箍筋直徑均為φ10mm，間距均為100mm，滿足《建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》第6.3.7條要求。

（8）填充墻

本工程砌體填充墻在平面和豎向布置均勻?qū)ΨQ，滿足要求。砌體填充墻沿框架柱每隔500mm有2根φ6mm拉筋，拉筋伸入填充墻內(nèi)長度700mm，滿足三四級框架不應(yīng)小于墻長的1/5且不小于700mm的要求。墻長度大于5m時，墻頂部與梁設(shè)有拉結(jié)措施，滿足《建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》第6.3.9條要求。

4.5 抗震承載力驗算（第二級鑒定）

第二級鑒定是以抗震驗算為主，結(jié)合構(gòu)造影響進(jìn)行綜合評價。第二級鑒定可采用樓層綜合抗震能力指數(shù)法與《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》規(guī)定方法進(jìn)行抗震計算分析。本工程采用中國建筑科學(xué)研究院編制的《PKPM混凝土結(jié)構(gòu)鑒定加固》軟件進(jìn)行抗震承載力計算。在建立計算模型和選擇計算方法時采取了如下處理。

（1）在PKPM軟件計算中，依據(jù)原設(shè)計施工圖、本次改造建筑圖，并結(jié)合現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果，確定結(jié)構(gòu)布置及荷載分布，建立計算空間計算模型。

（2）抗震計算的有關(guān)參數(shù)

抗震設(shè)防烈度：7度;設(shè)計基本地震加速：0.15g;

設(shè)計地震分組：第一組;設(shè)計特征周期值：0.30s;

建筑場地類別：II類;地面粗糙類別：C類;框架抗震等級：三級;剪力墻抗震等級：二級。

（3）梁柱節(jié)點重合部分，梁端簡化為剛域。

（4）考慮填充墻對于結(jié)構(gòu)總體剛度的影響，計算時取周期折減系數(shù)為0.75。

（5）根據(jù)第一級鑒定結(jié)果，體系影響系數(shù)取0.95。

經(jīng)計算首層個別框架柱抗剪不滿足要求，首層、2層部分框架梁、板承載力不滿足要求，3層、5層改造為設(shè)備機(jī)房位置樓板承載力不滿足要求。

4.6 抗震鑒定結(jié)論

（1）個別框架柱軸壓比不滿足要求;

（2）個別框架柱抗剪不滿足要求;

（3）部分框架梁承載力不滿足要求;

（4）部分樓板承載力不滿足要求。

5 抗震加固設(shè)計

5.1 框架柱加固

軸壓比不足的框架柱采用加大截面法進(jìn)行加固處理。該方法是在框架柱構(gòu)件表面鑿毛和清潔處理后用鋼筋混凝土圍套，圍套內(nèi)的縱向受力鋼筋由計算確定，并與原框架柱內(nèi)縱向受力鋼筋共同工作。采用加大截面法不僅提高框架柱的承載力，并且在一定程度上提高了結(jié)構(gòu)的剛度。加大截面的尺寸一般在100mm左右，采用混凝土加大截面，澆筑時很難振搗密實，加固質(zhì)量難以保證。本工程采用高強(qiáng)灌漿料代替混凝土，保證了混凝土的密實度。

抗剪承載力不足的框架柱采用橫向粘貼碳纖維的方法進(jìn)行加固處理。框架柱粘貼環(huán)向碳纖維箍，纏繞3圈且搭接長度應(yīng)超過200mm。碳纖維箍外側(cè)抹厚度不小于25mm的高強(qiáng)度水泥砂漿，以滿足防火及防護(hù)要求?？蚣苤敳考暗撞吭O(shè)置4mm厚鋼板封閉箍進(jìn)行附加錨固。

5.2 混凝土梁加固

混凝土梁采用型鋼加固法。此方法適用于不允許增大構(gòu)件截面尺寸，而又需要大幅度地提高承載力的混凝土結(jié)構(gòu)加固。型鋼加固法是在混凝土構(gòu)件四周包以型鋼，型鋼與被加固梁之間用聚合物砂漿或結(jié)構(gòu)膠等方法黏結(jié)。型鋼表面抹厚度不小于25mm的高強(qiáng)度水泥砂漿（應(yīng)加鋼絲網(wǎng)防裂）作防護(hù)層。

5.3 樓板加固

樓板采用粘貼碳纖維加固法。碳纖維復(fù)合材加固混凝土結(jié)構(gòu)，主要是利用纖維抗拉的高強(qiáng)度、高彈性模量、高應(yīng)變性能及利用改性環(huán)氧樹脂類膠結(jié)材料，使碳纖維與混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生良好的黏結(jié)性，加固補強(qiáng)原結(jié)構(gòu)受拉縱向鋼筋和受剪、抗扭箍筋的不足，從而提高結(jié)構(gòu)抗彎、抗剪、抗扭承載力。

該方法用高性能黏結(jié)劑將碳纖維布黏貼在樓板表面（纖維粘貼方向應(yīng)平行于構(gòu)件的主受力方向），使兩者共同工作，提高樓板的抗彎承載力。為提高碳纖維布黏結(jié)加固耐久性，碳纖維表面采用壓結(jié)鋼片加射釘進(jìn)行附加錨固，壓結(jié)鋼片長度宜為碳纖維布寬+60mm，射釘應(yīng)不打穿碳纖維布。

6 結(jié)語

綜上所述，進(jìn)行抗震鑒定工作時，要根據(jù)建筑的結(jié)構(gòu)形式、后續(xù)使用年限等條件，結(jié)合實際測得的數(shù)據(jù)，采用逐級鑒定的方法，來對建筑進(jìn)行抗震性能分析，然后綜合分析建筑的實際情況和抗震鑒定結(jié)果，制定出合理有效的加固施工方案，保證建筑的安全性能得到提高。

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