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阅读 545 次 某中学教学楼加固抗震安全鉴定分析

摘要:通过对建筑物结构布局、裂缝、损坏等实际情况进行测量勘察,对墙、梁、柱等结构强度进行检测,对整体结构依据实际情况进行建模分析,评估结构的安全和抗震性能,给出合理的加固建议,延长建筑的使用年限。...

某中学教学楼加固抗震安全鉴定分析

李旭东
华北理工大学建筑工程学院

    一、引言

    随着建筑的使用,建筑结构的强度逐渐降低,混凝土碳化逐渐深入,构件会出现裂缝、表面脱落,其整体结构的抗震性能降低,安全性无法得到保障,严重影响结构功能的继续发挥。且先前所建结构的抗震标准低,已不满足现在结构的抗震要求。为满足结构的继续日常使用,需要对建筑结构的整体抗震性能重新鉴定评估,采取必要的抗震加固措施,提升结构的安全性能。

    二、工程概况

    该教学楼建于上世纪80年代,为两层混合结构,后续使用年限40年,为保障建筑继续安全使用,提出对结构进行鉴定评估。

    由于时间较长,学校没能保存下建筑结构的原始资料,有关工程的一切资料都没能提供,建筑结构的实际情况需要现场勘察实测。勘察内容包括结构轴网布置,墙、柱、梁尺寸,门窗洞口的大小以及结构构件的材料强度。要根据结构构件的类型和布置判断建筑的结构体系,对于少数构件外表由于砂浆等表层掩盖而无法辨别构件类型时,需要借助工具去掉表层再行判断。在测量过程中要仔细观察结构的裂缝和构件的损坏情况,以判断结构的薄弱位置和是否有地基的不均匀沉降。

    通过现场实测和查阅资料,基础为一般浅基础,楼板、屋盖为预制楼板,梁为混凝土梁,墙体为240厚实心砖墙体,房屋四角和纵横墙交接未设置钢筋混凝土构造柱,层层设置圈梁。抗震设防烈度6度,场地为Ⅲ类场地,总长28.4m,总宽13.95m,层高3.6m,基本开间尺寸3.9m,建筑面积810m2。教学楼的建筑平面图如图所示:

图1 建筑平面图

    三、现场勘察检测

    1、损伤及缺陷情况检查

   (1)地基基础

    该建筑建于1985年,距今已逾30年。现场对该建筑上部结构的外观进行仔细检查,检查结果表明:该建筑未发现有明显的倾斜,内外墙体未发现由地基不均匀沉降引起的明显可见的裂缝及其它损伤,内外地面与主体结构之间没有出现明显的相对位移等。

   (2)上部承重结构

    整体结构检查中未发现该幢建筑承重墙体存在受力裂缝、倾斜等,承重墙体无剥落及明显损伤现象;对各构件连接部位进行了检查,未发现连接部位有开裂、变形、位移或松动等缺陷;同时对该建筑的倾斜情况进行了检查,结果表明,该建筑砌体结构构件无明显倾斜等。

    凿开该幢建筑物部分墙体外层砂浆层检查,承重墙体均为标准实心粘土砖采用混合砂浆实心砌筑,砌筑砂浆薄厚、砖块间距不均匀,砌筑工艺一般。

    2、材料强度检测

    采用贯入法对该建筑物砂浆抗压强度进行检测,现场抽取部分墙体,按照《贯入法检测砌筑砂浆抗压强度技术规程》(JGJ/T 136-2001)规定的检测方法进行检测,检测结果见表1。

表1 砌体砂浆强度检测结果

结构部位

贯入深度平均值(mm)

抗压强度换算值(MPa)

一层墙体8/E-G

4.87

5.1

一层墙体11/B-D

4.68

5.5

二层墙体9/E-G

4.66

5.6

二层墙体10/B-C

4.68

5.5

    采用回弹法抽检该建筑混凝土抗压强度,由于该建筑混凝土龄期已超过1000天,碳化深度均大于6mm,因此参考《混凝土结构加固设计规范》(GB50367-2006)附录B进行了修正,具体数据见表2。

表2混凝土强度检测结果表

结构部位

测区数

抗压强度推定值(MPa)

龄期修正系数

现龄期强度推定值(MPa)

一层柱2/A

5

23.6

0.93

21.9

一层柱1/B

5

23.0

0.93

21.9

    3、承载力验算由于该建筑设计图纸缺失,现根据现场实测的结构几何尺寸、砂浆强度等情况,采用中国建筑科学研究院PKPM结构计算程序,按现行规范对该建筑进行结构验算。其中墙体砂浆强度和粘土砖强度采用实测值,荷载值按现行规范规定采用。建模所采用基本参数如下表3所示。

表3建模基本参数表

墙体砂浆强度

粘土砖强度

结构安全等级

设计地震分组

抗震设防分类

基本地震加速度

抗震设防烈度

建筑场地类别

M5.0

MU10

二级

第一组

乙类

0.05g

6度

Ⅲ类

    验算结果表明,该建筑一、二层抗力与荷载效应之比均大于1,受压承载力满足规范要求,高厚比验算结果也在限值范围内。

    四、安全性鉴定

    安全性的鉴定评级应按构件、子单元和鉴定单元各分三个层次,每一层次分为四个安全性等级,按规定的检查项目和步骤从第一层分层进行。

    构件的安全性鉴定,应按承载能力、构造以及不适用于继续承载的位移(或变形)和裂缝等四个检查项目进行。分别评定受检构件的等级,取最低一级作为构件安全性等级;子单元安全性鉴定包括地基基础子单元、上部承重结构子单元和维护系统承重部分子单元;鉴定单元安全性评级,一般根据地基基础和上部承重结构评级中的低等级确定。

    1、地基基础

    地基基础的安全性按其上部结构反应的检查结果评定。该建筑没有明显的倾斜,内外墙体未发现由地基不均匀沉降引起的明显可见的裂缝及其它损伤,内外地面与主体结构之间没有出现明显的相对位移,按《民用建筑可靠性鉴定标准》(GB50292-1999)(以下简称为《可靠性鉴定标准》)第6.2.4条规定,该建筑地基基础的安全性等级评为Au级。

    2、上部结构

    上部承重结构的安全性鉴定评级,应根据其所含各种构件的安全性等级、结构的整体性等级,以及结构侧向位移等级进行。

    根据其现状及荷载情况,经PKPM计算,一、二层墙体受压承载力满足规范要求,其构件按承载能力评定为bu级;未能按规范设置构造柱,其构件按构造评定评为cu级;在整个上部承重结构中所占比重较大。综上,根据《可靠性鉴定标准》第6.3.2条,主要构件(承重墙体)的安全性等级评定评为Bu级。

    该建筑结构布置基本合理,承重墙体作为抗侧力系统,传力路径明确, 各结构构件间的连接基本无松动变形或残损,根据《可靠性鉴定标准》第6.3.4条,结构整体性等级评定评为Bu级。

    通过现场检测,该建筑未发现存在不适于继续承载的侧向位移,根据《可靠性鉴定标准》第6.3.5条,结构侧向位移等级不作评定。

    综上,按《可靠性鉴定标准》第6.3.6条规定,上部结构的安全性等级评为Bu级。

    3、安全鉴定结论

    该建筑物地基基础安全性等级为Au级,上部承重结构安全性等级为Bu级,依据《可靠性鉴定标准》第8.1.2条的规定,该建筑物安全性等级评定为Bsu级,安全性略低于标准的要求,对结构的整体承载影响不显著。

    五、抗震鉴定

    该建筑为教室,抗震设防类别为重点设防类(乙类),依据《建筑抗震鉴定标准》(GB50023-2009)(以下简称为《抗震鉴定标准》),该建筑后续使用年限采用30年,抗震鉴定采用A类建筑(砌体房屋)抗震鉴定方法。

    1、场地鉴定

    本工程场地不属于危险地段,该建筑场地非条状突出山嘴、高耸孤立山丘、非岩石和强风化岩石陡坡、河岸和边坡的边缘等不利地段,按《抗震鉴定标准》第  4.1节,可不进行场地对建筑影响的抗震鉴定。

    2、地基基础抗震鉴定

    本工程基础无腐蚀、酥碱、松散和剥落,上部结构无不均匀沉降裂缝和倾斜,根据《抗震鉴定标准》第4.2.3条规定,该地基基础可评为无严重静载缺陷;根据该标准第4.2.2条规定,该建筑可不进行地基基础的抗震鉴定。

    3、抗震措施鉴定

    现场重点检查了该建筑的高度和层数、抗震墙的厚度和间距、墙体实际达到的砂浆强度等级和砌筑质量、墙体交接处的连接、女儿墙、楼梯间等易引起倒塌伤人的部位、墙体布置的规则性、楼、屋盖处的圈梁、楼、屋盖与墙体的连接构造等。

    检查结果显示,外墙四角、纵横墙交接处未设置构造柱,不满足《抗震鉴定标准》第5.2.4条第1款要求要求。

    4、抗震承载力验算

    根据《抗震鉴定标准》第5.2.11条,由于该建筑抗震措施不满足该标准第一级鉴定的要求,因此按该标准第5.2节第二级鉴定的方法综合考虑构造的整体影响和局部影响进行抗震承载力验算。

    根据《抗震鉴定标准》第5.2.14条,现有结构体系、楼屋盖整体性连接、圈梁布置和构造及易引起局部倒塌的结构构件不符合第一级鉴定要求的房屋,可采用楼层综合抗震能力指数方法进行第二级鉴定。楼层综合抗震能力指数公式:

    (1)

    式中βci —— 第i楼层的纵向或横向墙体综合抗震能力指数;

    βi —— 第i楼层纵向或横向墙体平均抗震能力指数;

    ψ1 —— 体系影响系数,按5.2.14条第2款确定;

    ψ2 —— 局部影响系数,按5.2.14条第3款确定;

    楼层平均抗震能力指数应按下式计算:

    (2)

    式中βi —— 第i楼层纵向或横向墙体平均抗震能力指数;

    Ai —— 第i楼层纵向或横向抗震墙在层高1/2处净截面积的总面积,其中不包括高宽比大于4的墙断截面积;

    Abi —— 第i楼层建筑平面面积;

    ξbi—— 第i楼层纵向或横向抗震墙的基准面积率,按鉴定标准附录B采用;

    λ—— 烈度影响系数;6、7、8、9度时,分别按0.7、1.0、1.5和2.5采用,设计基本地震加速度为0.15g和0.30g,分别按1.25和2.0采用。当场地处于鉴定标准4.1.3条规定的不利地段时,尚应乘以增大系数1.1~1.6。

    楼层综合抗震能力指数计算结果如表4所示:

表4楼层综合抗震能力指数结果表

楼层

方向

评定

一层

横向

24.0

422.2

0.0209

0.7

3.89

0.8

0.9

2.8

满足

一层

纵向

14.46

422.2

0.0182

0.7

2.69

0.8

0.9

1.94

满足

二层

横向

23.44

407.1

0.0117

0.7

7.03

0.8

0.9

5.06

满足

二层

纵向

14.14

407.1

0.0105

0.7

4.73

0.8

0.9

3.41

满足

    计算结果表明,楼层的纵横向墙体各项综合抗震能力指数βci大于1,满足要求。

    六、结

    本工程主要鉴定结论:

    1、结构受压承载力、高厚比满足规范要求;

    2、依据《可靠性鉴定标准》规定,该建筑物安全性等级评定为Bsu级,安全性略低于标准的要求,对结构的整体承载影响不显著;

    3、结构纵墙、横墙能满足《抗震鉴定标准》关于A类砌体房屋抗震承载力验算的要求;

    4、外墙四角,纵横墙交接处未设置构造柱,纵横墙交接处没有可靠性连接,影响结构的整体性,不满足规范要求,应增设外加柱;

    5、楼、屋盖为预制多孔板楼盖,在使用中应加强检查,一经发现有变异情况,需及时采取相应措施;

    6、综上所述,按《抗震鉴定标准》第5.1.4条,判定该建筑不满足抗震鉴定要求。

    对于使用年限较长的建筑结构,其安全抗震性能降低,当不满足继续安全使用,应对其进行抗震安全性鉴定,对发现的问题应及时采取相应的措施。通过对实际工程的现场勘察实测、建模分析、评估鉴定和采取相应的加固措施,为其它鉴定加固工程项目提供参考。

(本文来源:陕西省土木建筑学会   文径网络设计项目投资中心:刘红娟 尹维维 编辑   刘真 文径 审核)

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