PKPM软件在框架结构安全鉴定中的应用

鞠志祥

（苏州建设交通高等职业技术学校）

0 引言

改革开放以来，我国建筑业迅速发展，近几年更是以每年20 亿多平方米的速度递增[1]。受自然环境因素及人为因素影响，建筑物随着使用年限的增加，会逐渐显露出缺陷或病害，结构的可靠度降低[2]，因此，有必要对既有建筑物进行安全鉴定与加固[3]。建筑的安全鉴定就是对这些建筑物进行分析和评估，及时发现建筑物存在的隐患，指导采用科学有效的加固措施，改变其不平衡的状态，延长建筑物的使用寿命[4]。

1 工程概况

该工程为苏州地区某中等专业学校教学楼工程，该工程于2011 年建成，在2020 年对工程主体结构进行安全性检测鉴定。该项目设计为地上五层双向多跨钢筋混凝土框架结构，总建筑面积为8989.4m2，建筑总高度18.80m。该工程设计合理使用年限为50 年，建筑物安全等级为二级，地基基础设计等级为丙级，基础采用天然基础；建筑抗震设防类别为重点设防类，抗震设防烈度提高为7 度，设计基本地震加速度值为0.10g，设计地震分组为第一组，建筑物场地类别为III 类；框架抗震等级为三级；基本风压为0.45kN/m2，基本雪压为0.40kN/m2，地面粗糙度为B 类。该工程混凝土设计强度等级为：基础垫层C10，其余部位C30。防潮层或地圈梁以下墙体用M7.5 水泥砂浆、MU10 蒸压水泥砖砌筑，防潮层或地圈梁以上内墙、外墙均采用Mb5 专用砂浆、MU7.5 混凝土空心砌块，独立砖柱、半砖墙、女儿墙、房屋顶层用M7.5 混合砂浆砌筑。建筑一层平面简图如图1 所示。

图1 一层平面简图（mm）

2 检测结果

2.1 基本情况调查

经调查：该工程为地上五层双向多跨钢筋混凝土框架结构，建筑面积为8989.4m2，于2011 年建成，自建成后主要作为学校办公室、教室使用，未进行过大规模维修、用途变更、改扩建等活动，未经历过地震灾害，未发生过火灾、爆炸、撞击等事故。该工程一层～五层层高均为3.7m，建筑、结构平面、立面布置及层高符合设计图纸要求。该工程主要由现浇钢筋混凝土柱、梁承重，楼、屋面板均为现浇板，地上结构部分填充墙体均采用“混凝土空心砌块+专用水泥混合砂浆”砌筑。现场检测时，该工程一～五层主要作为办公室、教室等使用，各区域使用功能符合设计图纸要求。

该工程上部结构构件所处环境为室内正常环境或一般露天环境，依据《民用建筑可靠性鉴定标准》GB50292-2015 第4.2.5 条，其所属环境类别为Ⅰ类一般大气环境，作用等级为A 级或B 级[5]。

对该教学楼的永久作用、可变作用、偶然作用进行调查结果如下：

⑴永久作用：主要为结构构件、建筑配件及构造层的自重。

⑵可变作用：根据设计图纸，教室楼面活荷载标准值取2.00kN/m2，走廊楼面及阳台活荷载标准值取2.50 kN/m2，疏散楼梯活荷载标准值取3.50kN/m2，办公室活荷载标准值取2.00kN/m2，厕所活荷载标准值取2.00kN/m2，不上人屋面活荷载标准值取0.50kN/m2，上人屋面活荷载标准值取2.00kN/m2；基本风压为0.45kN/m2，基本雪压为0.40kN/m2。

⑶偶然作用：根据设计图纸，该工程抗震设防烈度提高为7 度，基本地震加速度值为0.10g，地震分组为第一组。经调查，至本次检测时，该工程未经历过火灾、爆炸、撞击等作用。

2.2 地基基础部分

2.2.1 裂缝检查

现场对该学校教学楼工程底层混凝土柱与地面连接处的裂缝情况进行检查，未发现明显的沉降裂缝、相对位移等现象，上部主体结构及围护结构使用状况较好，未发现明显因地基不均匀沉降引起的裂缝、变形或位移等现象。

2.2.2 房屋整体倾斜测量

根据现场实际情况，对教学楼的4 处外墙角点，采用全站仪进行房屋整体倾斜度测量。《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011 表5.3.4 规定“多层及高层建筑整体倾斜，当H<24m 时，允许倾斜率为4‰”[6]。检测发现4 个角点8 个方向的偏移量在8～18mm 不等，测量高度为18.5m，倾斜率均不超过1‰，满足规范要求。依据《民用建筑可靠性鉴定标准》的相关规定，该工程地基基础的安全性等级评为Au级。

2.3 上部承重结构

2.3.1 轴线间距测量复核

现场对教学楼工程随机抽取25 处轴线间距，采用手持式激光测距仪进行轴线间距测量复核，实测值相比设计值的误差绝对值范围在2～8mm，符合设计图纸。

2.3.2 混凝土构件截面尺寸测量

现场对教学楼工程随机抽取40 根混凝土柱、梁构件，采用钢卷尺进行构件截面尺寸测量。构件实测粉刷层厚度约0.5～1cm，构件含粉刷层实测值均符合设计图纸。

2.3.3 配筋检测

结构配筋检测包括混凝土构件纵筋数量及箍筋间距检测和钢筋直径检测。现场对教学楼工程随机抽取40 根混凝土柱、梁构件，采用HILTI 公司生产的PS 200钢筋位置探测仪进行柱侧、梁底纵筋数量及箍筋间距的扫描检测，主筋根数实测值和设计值吻合。根据《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB50204-2015 规定，绑扎钢筋间距的允许偏差为±20mm。箍筋加密区间距实测值在95～108mm，设计值为100mm，满足规范要求；非加密区间距设计值有两种，分别为150mm 和200mm，实测值在154～162mm 之间和190～205mm 之间，均满足规范要求。

随机抽取15 根混凝土构件，采用局部破损方法凿出部分纵筋、箍筋，用游标卡尺进行钢筋直径测量。箍筋为螺纹钢，设计直径为8mm，实测内径在7.3～8.1mm；纵筋为螺纹钢，设计直径有18mm、20mm、22mm 共3 种，实测内径偏差均不超过0.4mm，满足《钢筋混凝土用钢第2部分：热轧带肋钢筋》（GB/T 1499.2-2018）第6.3 条要求[7]。

2.3.4 混凝土强度检测

经查设计资料，该工程柱、梁、板均采用C30 混凝土，根据现场实际情况，采用钻孔取芯机，每层楼随机抽取3 根混凝土构件，五层楼共计15 个构件，各钻取1 颗芯样进行混凝土抗压强度检测，抗压强度换算值范围在30.2～57.5MPa，满足设计条件[8]。

2.3.5 填充墙体砌筑砂浆强度检测

经查设计图纸，该工程填充墙采用“MU7.5 混凝土空心砌块+Mb5 专用砂浆”砌筑。现场随机抽10 片填充墙体，凿除局部墙体表面粉刷层，对砌筑砂浆进行外观质量检查，并采用SJY800B 型贯入式砂浆强度检测仪进行砌筑砂浆强度检测[9]。经检查：该工程所抽检墙体采用“混凝土空心砌块+专用水泥混合砂浆”砌筑，符合设计要求，砌筑灰缝外观质量较好，抗压强度推定値在8.8～10.2MPa，满足设计要求。

2.4 结构计算

根据国家现行有效的设计标准、规范、规程、规定和国家行业标准，江苏省有关现行有效设计标准、规范、规程、规定和标准图集，以及委托方提供的设计图纸及现场抽检结果，采用PKPM 系列软件，对该工程主要受力构件进行结构计算。

2.4.1 参数选取

该工程主体结构类型为地上五层钢筋混凝土框架结构建筑，基本风压验算取值为0.45kN/m2，基本雪压为0.40kN/m2；混凝土强度按设计值及现场实测结果取值C30；其他材料按设计图纸取值。

2.4.2 荷载取值及组合

恒荷载：主要为结构构件、建筑配件及构造层的自重。

活荷载：按照2.1 节内容进行取值。

式中：

Sk——雪荷载标准值(kN/m2)；μr——屋面积雪分布系数；S0——基本雪压(kN/m2)。风荷载：当计算主要承重结构时，垂直于建筑物表面上的风荷载标准值按式⑵计算：

式中：

Wk——风荷载标准值(kN/m2)；

βz——高度z 处的风振系数；

μs——风荷载体型系数；

μz——风压高度变化系数；

W0——基本风压(kN/m2)。

地震作用：建筑的重力荷载代表值取结构和构配件自重标准值和各可变荷载组合值之和。

荷载效应组合：对于承载能力极限状态，按荷载效应的基本组合或偶然组合进行荷载效应组合[10]。

本工程基本组合采用简化规则，并应按下列组合值中取最不利值确定：

⑴由可变荷载效应控制的组合

式中：

γGj——第j 个永久荷载的分项系数；

γQi——第i 个可变荷载的分项系数，其中γQi为主导可变荷载Qi的分项系数；

γLi——第i 个可变荷载考虑设计使用年限的调整系数，其中γLi为主导可变荷载Qi考虑设计使用年限的调整系数；

SGjk——按第j 个永久荷载标准值Gjk计算的荷载效应值；

SQik——按第i 个永久荷载标准值Gik计算的荷载效应值；

ΨCi——第i 个可变荷载Qi的组合值系数；

m——参与组合的永久荷载数；

n——参与组合的可变荷载数。

⑵由永久荷载效应控制的组合

图2 计算模型

2.4.3 计算结果

本工程按承载能力极限状态进行验算，并采用系数R/γ0S 对结构各主要构件评定等级，式中：γ0——结构重要性系数，S——荷载效应组合的设计值，R——结构构件抗力的设计值。

经用中国建筑科学研究院编制的PKPM 系列结构计算软件进行验算，验算结果：该工程所抽检的混凝土柱、梁等主要受力构件的抗力与荷载效应之比均大于等于1（R/γ0S≥1.0）。

综上所述，依据《民用建筑可靠性鉴定标准》，该工程上部承重结构的安全性等级评定为Au级。

2.5 维护结构承重部分

经现场调查，该工程为地上五层钢筋混凝土框架结构建筑，主体结构主要由混凝土柱、梁承重，楼面板、屋面板主要采用混凝土现浇板，结构整体性符合相关规范要求。在平面布置上均匀、竖向布置上合理，结构传力路径合理。对混凝土柱、梁、板及填充墙等构件的外观质量及损伤情况检查结果：

⑴(5-6)/(B-E)轴三层楼面板、(1-3)/(D-E)轴四层楼面板、(1-3)/(L-K)轴五层楼面板板底存在局部露筋现象，如图3 所示；

图3 局部露筋

⑵(1-3)/(D-E)轴区域三层悬挑梁底部存在局部粉刷层脱落现象，楼梯间、卫生间门口、走廊填充墙体普遍存在局部粉刷层空鼓、脱落现象，(8-14)/E 轴屋面檐口存在局部瓦片脱落现象，如图4 所示。

图4 粉刷层脱皮空鼓

⑶该工程其余所检构件外观质量较好，未发现构件存在结构性受力裂缝及其它明显损伤现象，梁、板未见明显下挠现象。

⑷部分室内吊顶、墙面存在局部渗水痕迹现象，其余所检墙面、楼面、屋面未见明显渗水痕迹。

因此，依据《民用建筑可靠性鉴定标准》，该工程各单元围护结构系统的安全性等级评定为Bu级。

综上，根据该工程地基基础、上部承重结构、围护结构承重部分的安全性评级结果，并依据《民用建筑可靠性鉴定标准》，该教学楼工程主体结构的安全性等级评定为Asu级。

3 结论

通过对苏州地区某中专教学楼的安全鉴定，得到以下结论：

⑴对于建筑结构的质量安全检测，检测方案和主要受力构件的检测鉴定至关重要，尤其是截面尺寸、混凝土强度、配筋的检测。

⑵PKPM 软件的应用，对于承重结构的承载能力验算提供了有效依据，能够进一步验证结构取样检测的有效性，该软件可在结构承载能力检测领域进行推广。

⑶在建筑结构的使用过程中，不得改变建筑的用途，且使用荷载不能超过设计荷载；对于结构的主要承载构件，应定期进行检查和维护，发现问题及时咨询相关机构进行处理。