高层混凝土建筑质量问题的鉴定与加固处理探讨

宿祥文

(中国有色金属工业第六冶金建设公司,河南@郑州@450000)

摘要:郑州某高层混凝土结构位于郑州东部,为地下2层、地上27层的框架-剪力墙结构。主楼建筑面积为 22 950 m²(不含地下室和裙房 )。1～5层为办公、 商务、 会议和娱乐用房 , 6～24层为酒店客房 , 25层为茶座和观景平台 , 26层为机房。1～4层层高为412 m, 5～22层层高为 313 m, 23～27层层高为 412m,室内外高差为 0175 m,建筑高度为 97 195 m,局部高度为 110 125 m。

关键词:高层;建筑质量;鉴定;加固处理

根据设计图纸,本工程抗震设防烈度为7度(第一组),设计基本加速度值为0.15 g,框架抗震等级为 3级 ,剪力墙抗震等级为 2级;结构安全等级为 2级 ,基本风压为 0.160 kN /m2,地面粗糙度按 A类取用;1～5层为底部加强区。混凝土设计强度:7层以下 (含7层 )采用 C40混凝土,8～16层顶采用C35混凝土,17层以上均采用C30混凝土。设计使用年限为50年,室外地面以上构件所处的环境条件均为室内正常环境。本工程场地类别为 Ⅱ类 ,主楼采用桩筏基础 ,采用 <800 mm的钻孔灌注桩 ,以粉质粘土层作为桩端持力层 ,桩进入持力层不小于116 m,单桩承载力设计值不小于 3000 kN,有效桩长不小于 22 m。2005年初 ,建至地上4层时发现 ,主楼 1～4层的混凝土强度远低于设计强度,经有关单位进行多次检测,证明主楼 1～4层的混凝土强度确实不满足设计要求,检测结果见表1。

上述楼板和墙体的混凝土实测强度均明显低于设计强度C40,而且混凝土不均匀,离散性较大。该建筑已建部分能否通过加固补强后继续建造,还是需要拆除后重建,业主一时无法决断。为了帮助业主决策,对该建筑进行了整体鉴定分析,通过鉴定发现,不仅施工质量不满足要求,原设计也存在一些问题。

1构造措施鉴定

1.1侧向刚度规则性

通过计算可知,本工程1～25层侧向刚度规则性基本满足要求,但26～27层墙肢长度急剧减少,部分退化成异形柱,存在刚度突变,不利于抗震,地震作用下楼层最大反应力曲线如图1所示。

1.2楼层承载力均匀性

假设本工程4层以上的混凝土强度满足设计要求,由于原设计1～5层为底部加强区,其竖向构件配筋相同,因为施工质量问题造成1～4层的混凝土强度明显偏低,直接导致4、5层的受剪承载力存在突变,不利于抗震。

1.3地下室嵌固

本工程地下室顶板设计厚度除局部为220 mm外 ,其余均为160 mm,小于规范要求的180 mm;由于施工质量问题,楼板混凝土强度也低于C30,部分楼板未采用双层双向配筋,与规范要求存在差距。

1.4框架和剪力墙的布置

本工程设计1轴墙体(从 1层至顶层 )为一字墙, 25, 26层也有部分横墙为一字墙,抗震墙平面外刚度较弱。部分横墙长度为 10 m,未开设结构洞口 ,墙段的高宽比小于 2,洞口连梁的跨高比小于 6,使得剪力墙延性较差 ,不满足要求。另外 , G轴和 K轴的竖向构件截面尺寸为 1000mm ×500 mm。通过查询设计单位提供 PKPM 睸AT WE计算模型发现 ,设计单位将这些构件按照短肢墙进行建模计算 ,其理由为:按照框架柱建模,则框架柱的承载力不能满足要求,而按照短肢墙输入,则计算能顺利通过。根据规范规定,截面高宽比小于3的构件按照柱进行设计,且箍筋应沿全高加密。这两种模型计算结果的差异,主要有两点原因:其一是剪力墙仅考虑平面内的受力,平面外的刚度较弱,一般不予考虑,而框架柱需要考虑纵横两个方向的作用。本工程G轴和K轴上与2,3,4,5轴相交部位的构件纵横两个方向均有连接,而G轴和K轴上其余的竖向构件仅与纵向梁连接,横向约束较差;其二,规范规定,任一楼层框架部分承受的地震剪力不应小于结构底部总地震剪力的20%和按框架——抗震墙结构分析的框架部分各楼层地震剪力中最大值115倍两者的较小值。

1.5底部加强部位

由于施工质量的原因 ,底部加强部位在重力荷载代表值作用下部分墙肢的轴压比大于 016,不满足要求。部分约束边缘构件沿墙肢的最小长度为0155 m,而该墙肢长度为 715 m (墙肢的最小长度应为 11125 m) ,不满足要求。

1.6框架柱轴压比

由于施工质量的原因 ,本工程部分柱的轴压比大于 0185,不满足要求。

1.7连梁

(1)承载力验算。

根据主楼已建成部分的混凝土实测强度和设计图纸 ,利用中国建筑科学研究院编制的结构计算软件 PKPMSAT WE对主楼进行了承载力验算 ,结果表明 ,部分梁、板、柱和墙体的承载力不满足要求。

(2)结构鉴定结论。

(1)由于施工质量问题 ,墙体和楼板、 梁的混凝土强度偏低 ,直接导致了底部加强区部分墙肢的轴压比大于 016,部分柱的轴压比大于 0185, 1～4层部分墙、 柱、 梁和楼板的承载力不满足规范要求。(2)由于设计图纸问题 ,结构墙肢长度在 26层有突变 ,使得结构侧向刚度突变 ,不利于抗震。1轴墙体为一字墙 , 26, 27层横墙为一字墙 ,平面外联系较弱;少部分横墙长度为 10 m,墙段的高宽比小于2,洞口连梁的跨高比小于 6,内墙连梁未另设斜向交叉构造钢筋 ,顶层连梁的纵向钢筋锚固长度范围内未设置箍筋 ,结构延性较差 ,不满足连梁的构造要求。(3)由于设计建模的偏差 ,将框架柱按照短肢墙输入 ,使得框架柱的承载力不能满足要求。

(3)对主楼的加固方案。

(1)对地下室 ～4层的墙体采用钢筋网喷射混凝土进行加固 ,对柱、 梁、 板采用高强不锈钢绞线网 — 渗透性聚合砂浆的方法进行加固 ,确保结构的承载力和楼层受剪承载力的均匀性 ,竖向构件的加固应延伸至地下室;(2)将单向布置的剪力墙改为双向布置或在端部增加端柱或加强暗柱 ,以利于结构抗震;(3)对部分较长的墙肢 ,应设置或预留结构洞口 ,避免刚度过于集中 ,将墙肢设计成延性构件;(4)在主楼顶部适当增加墙体数量 ,避免楼层刚度突变;(5)顶层连梁的纵向钢筋锚固长度范围内设置箍筋 ,确保连梁作为第一道抗震防线和耗能构件的构造要求;(6)建议设计单位对 5～7层墙体混凝土采用C35进行复核 ,避免 4, 5层之间的强度突变。该方案经业主组织的专家委员会审定 ,一致认为 ,在采取上述加固处理措施后 ,主楼的承载能力基本是可以满足结构安全和 7度抗震设防目标的。

参考文献

[1]@彭亚萍,刘增夕,徐新生,初凤荣. GFRP在土木工程结构中的应用形式 [J].高科技纤维与应用,2002,(5).