某公寓结构安全性及抗震检测鉴定和加固方案

孟 玮

(南京航空航天大学,江苏 南京 210000)

0 引言

随着我国社会发展及科技进步,人们对房屋建筑使用功能的需求不断提高的同时,对建筑安全的需求也在与日俱增,因此,社会房屋建筑安全管理水平也在随之提高[1]。部分建设时间早的建筑因年代久远,使用功能难以满足当下的要求,需修缮改造,但由于该建筑建设时期规范标准普遍较现行规范标准低,加之在多年的使用中建筑出现的材料老化、钢材锈蚀、结构构件开裂等情况[2],导致结构安全性能下降,不能满足现行相关规范的要求,继续使用会存在结构安全隐患。因此,改造前应对建筑进行结构安全性及抗震鉴定,并根据鉴定结论和国家现行的相关标准规范采取加固措施,使其满足结构安全规范要求。

砖混结构的建筑物结构特点为:承担竖向荷载的墙用砌块或砖砌筑,构造柱和承担横向荷载的梁、板等构件为钢筋混凝土材质[3]。该结构随着水泥、混凝土和钢筋混凝土的应用在19纪中叶迅速兴起,在现有建筑中占很大比例。砖混结构建筑具有一定的承重和抗震性能,但组成砖混结构建筑的基本材料和连接方式决定了其脆性性质[4],其中砖墙使用的砖和砌块材料的抗拉、抗剪强度不高,自重较大且整体性较差,因此容易发生脆性破坏,抗震性能低。此外,随着砌块及砂浆强度的不断衰减,房屋整体结构强度逐年下降,不能满足使用要求,结构抗震性能变差,加之年久失修和早期施工水平的限制,老旧砖混结构房屋存在诸多安全隐患。

1 工程概况

某公寓位于江苏省南京市,建于2000年,建筑总面积约为3 803.8 m2,为地下1层、地上6层的砖混结构,地下1层层高3.0 m,地上1层—6层层高3.3 m。该建筑主体结构地下室承重墙体采用烧结普通砖砌筑,地上承重墙体采用KP1多孔砖砌筑,墙厚均为240 mm,楼面、屋面均采用现浇混凝土板。该建筑结构由4个相同的单元对称组成,总平面图见图1,每个单元的基础结构平面图见图2,地上标准层单元结构平面图见图3。

2 检测鉴定内容和方法

2.1 外观质量检查

经现场检测,该建筑未见主要承重墙体、混凝土构件存在明显裂缝或其他结构性损伤。

经现场观察,该建筑围护结构存在如下缺陷:1)石膏封边开裂,有脱落的迹象;2)梁粉刷层起鼓、脱落;3)墙体存在渗水现象,粉刷层起鼓、脱落;4)外墙面粉刷层霉变、起鼓、脱落。

2.2 轴线尺寸复核结果

采用手持式测距仪对该建筑8处轴线尺寸进行抽检复核。现场检测操作按照GB 50344—2019建筑结构检测技术标准[5]和GB 50203—2011砌体结构工程施工质量验收规范[6]的有关规定进行,检测结果中,3层(2-1)-(2-2)×(2-B)轴线位置偏差为+8 mm,为该建筑最大轴线尺寸偏差,小于GB 50203—2011砌体结构工程施工质量验收规范第5.3.3条中表5.3.3规定的轴线位置允许偏差±10 mm,满足规范要求。

2.3 混凝土构件强度检测

根据JGJ/T 23—2011回弹法检测混凝土抗压强度技术规程[7]的要求,采用回弹法对构件混凝土强度进行检测。按照GB/T 50344—2019建筑结构检测技术标准[8]中第3.2.4条规定,根据结构的混凝土强度分布情况和体量进行检验批划分,结合现场情况,随机抽检各层梁的混凝土强度。经检测:该建筑混凝土构件的现龄期抗压强度推定值为20.6 MPa～21.4 MPa,满足设计强度等级C20的要求。

2.4 砌筑砂浆抗压强度检测

根据JGJ/T 136—2017贯入法检测砌筑砂浆抗压强度技术规程[9]的要求,现场随机抽取26片墙体,采用贯入法对砂浆抗压强度进行检测。经检测:砂浆抗压强度推定值为4.0 MPa～9.6 MPa,有23片墙体砌筑砂浆抗压强度不符合设计要求。

2.5 砖抗压强度

按照GB/T 50315—2011砌体工程现场检测技术标准[10]的要求现场随机抽取26片墙体,采用回弹法对砖抗压强度进行检测。经检测:砖抗压强度推定值为12.0 MPa～15.7 MPa,符合设计要求。

2.6 构件截面尺寸

按照GB/T 50784—2013混凝土结构现场检测技术标准[11]现场随机抽取混凝土梁构件,进行截面尺寸检测。经检测:随机抽取的构件截面尺寸最大偏差为+5 mm,-2 mm,小于GB 50204—2015混凝土结构工程施工质量验收规范[12]第8.3.2条规定的允许偏差+10 mm,-5 mm,符合设计要求。

2.7 构件钢筋配置检测

按照JGJ/T 152—2019混凝土中钢筋检测技术标准[13]的有关规定,现场采用钢筋探测仪对抽检层混凝土梁、板的钢筋配置进行了抽样检测。经检测,该建筑梁、板钢筋配置及保护层厚度均满足设计和规范要求。

2.8 地基基础检测鉴定

经现场勘察,在该砖混结构建筑的上部主要承重构件中,未发现因下部地基不均匀沉降造成的显著开裂等不良现象。

2.9 抗震鉴定

该建筑抗震设防烈度为7度,根据GB 50023—2009建筑抗震鉴定标准[14]的要求和建筑使用实际情况,该建筑按A类建筑,即后续使用年限为30 a为标准,并依据GB 50011—2010建筑抗震设计规范[15]的相关要求对该建筑进行抗震能力鉴定。以下为第一级鉴定:

1)地基基础、场地状况鉴定。经现场鉴定,该建筑基础工作状态正常,地基基础无严重静载缺陷、无不均匀沉降,且未发现该建筑结构存在明显的变形等异常情况。

2)上部结构外观和内在质量鉴定。经检查鉴定,该建筑支承主梁的承重墙体无显著裂缝,上部结构墙体中亦未发现酥碱、空鼓及明显歪闪等情况,屋盖构件无明显变形,混凝土构件无开裂或局部剥落,钢筋无露筋、锈蚀,满足规范要求。

3)抗震构造措施鉴定。对该建筑的结构体系、承重墙体的材料强度等级、连接构造的整体性、局部易倒塌部件及其连接的评估项进行鉴定,得出:

a.层数、最大高度、多孔砖墙厚度不满足GB 50023—2009建筑抗震鉴定标准要求。b.承重外墙尽端至门窗洞边的最小距离不满足GB 50023—2009建筑抗震鉴定标准和GB 50011—2010建筑抗震设计规范要求。c.其余评估项满足规范要求。

综上,该建筑在第一级抗震鉴定中,存在不满足规范和标准要求的情况,因此,后续需要使用楼层综合抗震能力指数法对该建筑进行第二级抗震鉴定。

3 结构承载力及抗震能力验算

3.1 计算参数

该多层砖混结构公寓此次修缮改造目的为结构加固并延长其工作年限,根据GB 55021—2021既有建筑鉴定与加固通用规范[16]4.2.2第2条,应在调查结构上实际作用的荷载及拟新增荷载的基础上,按照现行规范与标准的规定进行验算。根据原结构图纸和现场结构检测结果,采用PKPM结构计算软件对房屋整体建模,进行承载力复核及抗震性验算,计算参数取值情况如下:

1)屋面、楼面的永久荷载标准值:参照GB 50009—2012建筑结构荷载规范[17]的相关规定取值计算。

2)楼面可变荷载取值:卫生间4.0 kN/m2、房间2.0 kN/m2、楼梯间3.5 kN/m2。

3)屋面可变荷载取值:2.0 kN/m2。

4)风荷载取值:地面粗糙度类别为C类,基本风压0.45 kN/m2。

5)地震作用情况:根据使用功能的重要性,该建筑抗震设防类别为丙类;根据中国地震参数区划图,江苏南京的设计地震分组为第1组,抗震设防烈度为7度,设计基本地震加速度值为0.10g。

3.2 鉴定结论

3.2.1 安全性鉴定评级

依据GB 50292—2015民用建筑可靠性鉴定标准[18]的要求对该建筑进行分层鉴定,将该砖混结构建筑划分为3个层次,分别为“子单元中的每一种构件”“子单元”及“鉴定单元”,且每个层次都分为4个安全性等级(Au,Bu,Cu,Du)。分层鉴定步骤如下:

第一层次鉴定:依据子单元中每一种构件的检测数据和模型计算结果,确定各个子单元中的每种构件的等级。

第二层次鉴定:依据第一层次鉴定中子单元中的每种构件和各个检查项目的等级评定结果,确定各个子单元的等级。

第三层次鉴定:依据第二层次鉴定中各个子单元的等级评定结果,取子单元较低等级作为鉴定单元的安全性等级。

依据GB 50292—2015民用建筑可靠性鉴定标准,将该砖混结构建筑的子单元划分为地基基础、上部承重结构和围护系统3个子单元。经第一、二、三层次鉴定,该鉴定单元安全性鉴定评级结果为Dsu级,鉴定单元的安全性鉴定评级详见表1。

表1 鉴定单元安全性鉴定评级

3.2.2 抗震性鉴定结果

经二级鉴定——综合抗震能力指数验算,该建筑一、二层楼层综合抗震能力不满足GB 50023—2009建筑抗震鉴定标准的要求,部分墙抗震能力不满足GB 50011—2010建筑抗震设计规范的要求。

3.2.3 鉴定结论及建议

安全性鉴定:该砖混结构公寓建筑结构的安全性最终评定为Dsu等级,距Asu级的要求相差甚远,对房屋的承载能力存在很大的影响。

抗震性鉴定:该砖混结构公寓建筑经一级和二级抗震鉴定,其抗震性能不能达到抗震鉴定的要求。

综上,对该砖混结构公寓建筑建议采用专业技术措施处理,提高房屋的承载能力、整体性及结构抗震能力。

4 加固设计方案

为使该建筑结构安全性和抗震能力满足规范要求,且尽可能避免该楼的使用功能受房屋加固的影响,根据结构安全性和抗震能力鉴定结论及相关建议,针对该建筑存在的不同问题,做出加固设计方案如图4所示。

1)-1层新增条形基础:原建筑1层—6层的(②轴)/(A-B轴)、(②轴)/(C-D轴)8个区域设计有墙体,而-1层未设计墙体。在-1层上述区域开挖并根据建筑原有基础做法新增抗震墙基础,做法如图5所示。新加抗震墙基础混凝土强度等级为C35(抗渗等级P6),垫层混凝土强度等级为C15,与原基础交接处按新老混凝土交接面做法处理,并新增钢筋植入原基础内,植入深度大于20d。

2)-1层新增墙体:在-1层地下室新增基础区域新砌墙体与原建筑梁连接,墙体采用240 mm厚MU15混凝土实心砖,M10水泥砂浆砌筑。新增墙与原柱采用键槽及2φ6@600 mm拉结筋连接。墙体顶部120 mm高度处用φ12@500 mm钢筋植入原梁,用C20混凝土浇筑。新增墙做法如图6,图7所示。

3)1层—2层部分窗洞封堵:综合考虑加固和使用需求,对采光要求较低的卫生间(卫生间设置排风机满足通风需要)窗洞口采用砌筑和灌浆料浇筑方法封堵,砌筑采用MU15混凝土实心砖,M10水泥砂浆,保留300 mm宽度。窗洞口填实做法如图8所示。

4)-1层、1层、2层部分墙体加固:将原墙面拆除至结构层,并清洗表面,剔除部分粉化严重的砖墙,凿除墙体灰缝5 mm～10 mm,用水润湿墙面后,采用45 mm厚单面钢筋网聚合物砂浆面层加固,所有钻孔用胶粘剂灌注填实。聚合物砂浆分层粉刷,每层厚度不超过15 mm,粉刷完成后浇水养护3 d。内墙楼板加固做法如图9—图13所示。

5 结语

本文以工程实际为例,介绍了某砖混结构公寓结构安全性及抗震鉴定的流程和基本内容,并根据原设计图纸、鉴定结论和该建筑使用情况做出了合理的加固设计方案。

1)在查阅原结构图纸后,利用实地检测数据进行了结构承载力复核和抗震性验算并分析得出:该砖混结构公寓建筑结构的安全性等级为Dsu级,同时其综合抗震能力亦不符合抗震鉴定的要求。

2)根据鉴定结论和该建筑使用情况,对该房屋采取专业加固技术措施处理,提高房屋的承载能力、整体性及结构抗震能力,具体措施包括:-1层新增条形基础并在新增基础上新增承重墙体;1层—2层部分窗洞封堵加固;-1层、1层、2层部分墙体钢筋混凝土面层加固。

综上所述,该加固设计方案在保证建筑满足安全结构安全性及抗震要求的同时,也为后续该建筑的修缮改造打好了基础。