某底框建筑抗震鉴定及加固设计①

李 菲

(同济大学结构工程与防灾研究所，上海 200092)

0 引言

随着我国国民经济的持续快速发展以及我国城镇化建设进程的不断推进，人们的生活水平不断提高，人们对生产、生活条件的要求也不断提高，现有建筑的规模、功能及安全性已不能满足人们的使用需求，所以需要对现有建筑进行加固及改造，以满足人们的居住需求.

笔者目前接触到一典型底框住宅建筑的改造项目，由于其已不满足居民的居住条件，现需对该建筑进行抗震鉴定及加固改造设计.

1 工程概况

该住宅楼始建于1973年，建筑平面为矩形，纵向长54.5m，横向宽8.74m，占地面积约 476m2;结构形式为底层框架砌体结构，共五层，底层大开间作为商铺使用，上部作为住宅使用.

由于该建筑结构仅存有少量的建筑结构图纸，考虑建筑长期使用过程中可能导致建筑结构与原设计有较大的不同，因此现场检查时，根据房屋的使用情况对原始图纸进行复核，对没有原图纸的部分进行测绘，绘制各层平面图、梁配筋图、柱配筋图.同时对该建筑的建筑立面图进行了现场测量，绘制建筑结构图.

该房屋底层为商铺，进深8.5m，开间3.3m，楼梯间位置进深4.6m，开间2.7m，底层平面图如图1所示.各商铺均经过不同程度的装修和改造，主要改造包括:原有隔墙部分被拆除，加设隔墙，多数商铺设置夹层等;有些商铺装修中甚至对结构柱、梁有所损伤.

2层～5层墙体为砌体结构，楼板为预制空心板.经现场检测可知:砌体承重墙采用190mm厚粉煤灰中型砌块砌筑，分隔墙的厚度仅为100mm，各层外墙均存在渗漏水现象.砌体结构部分未设置圈梁、构造柱，预制空心板拼缝多处开裂.由于该建筑建造年份较早，原先设计的卫生间未设置淋浴及排水管，目前住户多进行了改造，增加排水管，不仅使用上存在很多不方便，而且普遍有渗漏水现象.南面阳台损坏较严重，多数阳台梁及扶手存在钢筋锈蚀、混凝土锈胀开裂现象，曾发生了多起混凝土开裂坠落伤人的意外情况.各层砌体结构平面图如图2所示.

2 建筑结构检测及抗震鉴定

2.1 结构现场检测

现场调查发现，建筑在使用过程中多处进行改造，主要是底层商铺装修改造，各层厨房及卫生间改造等，且结构构件存在抹灰脱落、混凝土保护层开裂、钢筋锈蚀、楼屋面渗水等损伤.各楼层实际荷载情况与设计参数存在差异，存在多处楼板加厚、屋面保温层加厚等情况.

通过回弹法对材料强度进行检测，该建筑底层框架的钢筋混凝土柱强度推定值为18.1MPa，故梁的强度推定值为18.3 MPa，原混凝土强度设计值为C20，基本满足.上部砌体的砌筑砂浆疏松，回弹值均为零，因此，该建筑砌体结构部分的砂浆强度按最低等级评定为M0.4，与原结构砂浆强度等级M2.5相差较大.

2.2 结构抗震鉴定

通过对房屋的结构体系、建筑结构外观、结构构件及连接节点现状、整体变形、重要构件的受力及变形等情况的检测，根据国家《建筑抗震鉴定标准》，对本房屋结构按两级鉴定进行评定.

图2 2－5层平面图

2.2.1 第一级抗震鉴定

根据规范要求，对房屋进行第一级抗震鉴定，鉴定结果如下:

(1)房屋的总层数为5层，规定值为4层，超过规定值1层;房屋高度为15.2m，规定值为13m，超过规定值3m以内;

(2)东南立面墙体局部开洞安装空调，西北里立面外墙抹灰多处空鼓、脱落，部分墙体存在明显裂缝;

(3)砖墙厚度为190mm＜[240mm]，砌筑砂浆实测为0，取 M0.4 ＜[M2.5];

(4)采用预制空心板，未设圈梁及构造柱;无箍筋加密区，箍筋、纵筋间距较大;

(5)底层框架无抗震墙，纵墙墙肢较少.

由以上鉴定可知，该底框住宅不满足第一级抗震鉴定，应进行第二级鉴定.

2.2.2 第二级鉴定

(1)底层框架第二级鉴定

根据《现有建筑抗震鉴定与加固规程》规定，计算楼层综合抗震能力指数.

在两个主轴方向分别选取有代表性的平面结构，计算楼层综合抗震能力指数:

其中 Ψ1= Ψ2=0.8;

ζy由PKPM建模得到.

本结构没有抗震墙，且底层为框架结构，所以并未考虑填充墙的作用，计算结构偏于保守.一层框架:X 方向:β =0.87 ＜ 1;Y方向:β =0.94 ＜ 1.由计算可知，底层框架两主轴方向计算的综合抗震指数均小于1，故底层框架结构第二级鉴定不满足.

(2)上部砌体结构

根据《现有建筑抗震鉴定与加固规程》规定，对上部砌体结构进行第二级抗震鉴定.

结构体系、楼层盖整体性连接、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计算方法为:βci= Ψ1Ψ2βi.由于该建筑结构无圈梁构造柱等抗震措施，且没有抗震墙，所以不满足规范要求，因此第i楼层的纵向或者横向平均抗震能力指数即βi为0，故上部砌体结构第二级鉴定为不满足.

经过第一级鉴定和第二级鉴定可知，该房屋不满足抗震要求，需对其进行加固.

图3 框架柱的轴压比

2.2.3 房屋结构验算

为进一步改造设计提供参考，利用PKPM建模进行补充结构验算.考虑到结构较为规则，所以选取代表性单元(轴线○13～轴线○18)，根据现场检测的尺寸和强度，进行结构承载能力验算，结构模型不含地下结构.考虑静载、风载以及地震作用.

本工程抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.10g，设计地震第一组，场地土类别为Ⅳ类;框架梁、柱抗震等级为三级.基本风压为0.55kN/m2，C类地面粗糙度.

材料强度等级的选取如下:钢筋按原设计取值，纵筋为Ⅱ级钢，强度设计值为280N/mm2;混凝土取C15;砌体为蒸压粉煤灰砌块，尺寸为875×375×190和875×275×190，强度取MU10;砂浆按现场测试结果，取最小值M0.4.

结构验算结果如下所示:

(1)X，Y方向各楼层剪重比均满足最小剪重比﹥1.6% 的要求;有效质量参与系数满足有效质量参与系数﹥90%的要求.

(2)X，Y向底层最大值层间位移角为1/296＞1/550，1/513＞1/550，所以不满足现行抗震规范要求.最大位移与层平均位移之比及最大层间位移与平均层间位移之比的最大值为1.17＜1.20，平面扭转规则.

(3)框架柱轴压比如图3所示，从图中可知，横向除边柱外，中间框架柱的轴压比基本上均超过了限值，需要对框架柱进行加固.

(4)上部砌体结构分析对上部砌体结构利用PMCAD进行分析，进行其在地震作用下的抗力及局压、受压以及宽厚比等验算.发现有如下问题:

①外纵墙抗剪承载力不满足要求.

②由于内纵墙为非承重墙，不考虑其承载作用，而只作为线荷载加入，所以其附近的横墙及纵墙等存在局部承压不满足要求，其中在B，C，D轴线上与横墙相交的地方较为严重.

③在⑭及⑰轴线的横墙及D轴线的外纵墙普遍存在受压承载力不满足的情况.

④二～五层部分墙交点处不满足抗震验算，五层楼梯间外墙不满足抗震要求.

2.2.4 检测结论

根据现场检测结合建模分析，主要得到以下结论:

(1)该结构为底层钢筋混凝土框架，上部为粉煤灰砌块墙体，主要承重横墙厚190mm，纵墙开洞较大，几乎没有抗侧刚度;内隔墙大部分是半砖墙;楼板采用预制混凝土板.

(2)房屋无明显的不均匀沉降，各墙角倾斜率不超过3‰.

(3)房屋整体性不好，节点与构造不满足现行规范的要求:钢筋混凝土结构柱截面小、强度低、配筋少;砌体结构没有构造柱和圈梁;预制楼板搁置长度不足，没有整浇层.

(4)混凝土强度等级约18MPa;砂浆强度约0.4MPa.

(5)底层商铺增设夹层，上部住宅楼板面增加较厚的面层，使得房屋建筑结构荷载分布增加约20%.

(6)建筑结构构件普遍开裂与变形，尤其是钢筋混凝土构件锈胀，部分墙体开裂等;有个别增建阳台和较多改建门窗洞口的现象.

(7)由该房屋各组成部分的完损情况评定可知，该房屋为一般损坏房，其中装修、设备部分中有一、二项完损程度符合严重损坏标准，且该房屋不满足抗震要求.改造时应对其进行加固.

3 建筑改造及加固方案

由以上检测结果可知，该住宅建筑在居住条件、房屋安全等方面均存在一定的问题，已不能满足居民的正常居住条件，所以需要对该底框住宅建筑进行加固改造.

3.1 建筑改造方案

综合考虑现场检测、建模计算结果以及有关方面的意见，对于整体结构采用外套混凝土结构进行改造，具体建议如下:

(1)在北侧增设混凝土框架结构，向外拓展约2m.

(2)每户设置独立的厨房和卫生间，布置在北侧;采取一定措施，改善房屋漏水等问题;拆除私自搭建的阳台;修复外墙门窗洞口.

(3)底层商场将重点加固改造.

(4)楼梯间及端山墙等公共部位将重点加固.

(5)设置拉杆，增加上部结构整体性.

(6)南面外墙适当加强.

3.2 结构加固建议

3.2.1 底层框架结构

对于底层框架部分，可采用增大截面法进行加固，具体措施如下:

(1)增大柱子截面尺寸为450mm×550mm[3].

(2)南北两侧外钢筋混凝土柱，每柱沿纵向加设约1m长翼墙.

(3)楼梯间围护墙改为钢筋混凝土剪力墙.

(4)部分轴线的柱间可加设耗能支撑.

3.2.2 部砌体结构

根据现场检测及建模计算分析，对上部砌体结构加固提出以下建议:

(1)北侧墙体与增设的框架结构拉结;南侧墙体用钢筋混凝土墙板加固.

(2)楼梯间及山墙，用钢丝网面层加固.

(3)二层楼面，浇筑混凝土以增强转换部位结构整体性.

(4)条件许可时，对各层的预制板增加防坠键.

4 结束语

本次鉴定对既有底框住宅建筑进行了详细的现场检测，结合PKPM建模分析，对该建筑进行了抗震鉴定，并根据业主要求，对房屋的加固改造提出一些实用建议.

[1]GB 50023－2009，建筑抗震鉴定标准.

[2]DGJ08－79－2008，房屋质量检测规程.

[3]GB50011－2010，建筑抗震设计规范.