某框架结构局部拆改梁柱构件后结构安全评估

赵 顺

(山西省建筑设计研究院，山西太原 030013)

1 工程概况

2 计算、分析及评估依据

该楼位于太原市，采用钢筋混凝土框架结构，地上2层，局部3层出屋面，地下1层，结构长54．6 m，宽22．5 m，基础形式为钢筋混凝土筏板基础，基础底标高为－5．23 m。该建筑结构的安全等级为二级，结构重要性系数为1．0。结构设计使用年限为50年。抗震设防类别为标准设防类，设计基本烈度为8度，设计基本地震加速度为0．2g，设计地震分组为第一组，建筑场地类别为Ⅲ类，地基基础设计等级为丙级。

由于在装修过程中，装修施工单位随意将局部钢筋混凝土框架梁及框架柱拆除，在一定程度上改变了原结构受力体系。

GB/T 50344-2004建筑结构检测技术标准;GB 50292-1999民用建筑可靠性鉴定标准;GB 50007-2011建筑地基基础设计规范;GB 50011-2010建筑抗震设计规范;GB 50010-2010混凝土结构设计规范;GB 50009-2012建筑结构荷载规范;原结构建筑、结构设计图纸等技术资料。

3 局部拆改梁柱构件情况及分析

3．1 局部拆改梁柱构件情况

1)拆除了轴线 D/2柱，标高为 －0．13 m ～4．07 m，柱高4．2 m，柱截面尺寸为500 mm×700 mm。

2)拆除了钢筋混凝土梁D/1-2(梁顶标高为4．07 m)，梁长2．1 m，梁截面尺寸为250 mm×400 mm。

3)拆除了部分钢筋混凝土梁B-E/2(梁顶标高为4．07 m)，拆除梁长度为9．9 m，梁截面尺寸为300 mm×700 mm。该框架梁没有被完全拆除，留下了靠近E/2柱的一段梁，长度为2．1 m，该框架梁由拆除前的两端固接框架梁，成为了一端固接，一端自由的悬臂梁。

4)装修中同时拆除了轴线B-E/1-2之间的混凝土楼梯，并重新设置钢梯一部。

拆除前后结构体系情况详见图1，图2。

3．2 局部拆改梁柱构件影响定性分析

如前所述，装修过程中对该楼局部梁、柱构件进行了拆改施工，以下对局部拆改梁柱构件对整体结构带来的影响做定性分析。

首先从结构静力承载角度分析，依据GB 50292-1999民用建筑可靠性鉴定标准，结构静力承载角度对应结构的正常使用性和静力安全性。如图1所示，原设计中被拆除的钢筋混凝土框架梁两侧均为开洞情况，没有楼面荷载向下传递，新增钢楼梯自承重，而被拆除的框架柱原设计并不向上延伸。因此，被拆除的框架梁及柱仅承担自身的自重，并不负担上部竖向荷载，将其拆除并不影响结构构件的静力承载。需要重视的是，因拆除部分框架梁形成的悬臂梁构件。

其次从结构抗震性能角度分析，依据GB 50011-2010建筑抗震设计规范，该楼抗震设防类别为标准设防类，设计基本烈度为8度，设计基本地震加速度为0．2g;设计地震分组为第一组，建筑场地类别为Ⅲ类，该楼的抗震设防要求较高，因此应重视其抗震性能。局部拆改构件直接导致结构体系改变，由于局部拆除梁柱构件，导致了柱B/2、柱D/1、柱E/2在某一方向的计算高度增加，即上述柱子在拆改构件前，受到多个方向的梁的约束，而拆改构件后，这些约束减少，这一点会影响结构抗侧刚度及抗扭刚度，也必然或多或少地影响结构抗震性能，因此以下重点从结构抗震角度进行承载力校核计算。

4 局部拆改前、后结构抗震承载力校核计算

4．1 结构拆改前后的模型建立

采用结构设计软件PKPM对该楼局部拆改前后的钢筋混凝土框架结构进行建模计算，框架梁、板、柱及墙体构件的截面尺寸按照原设计尺寸进行取值;结构楼、屋面恒荷载取值依据现装修设计图纸给出的建筑做法估算得到;楼、屋面活荷载取值依据现行GB 50009-2012建筑结构荷载规范取值;结构自重由计算软件自动导算;各类构件材料强度依据原结构设计图纸取值。依据GB 50010-2010混凝土结构设计规范，GB 50011-2010建筑抗震设计规范对结构承载力进行计算，局部拆改前、后结构计算模型见图 3，图 4。

4．2 局部拆改梁柱结构整体计算信息

1)结构计算自振周期。

经过对局部拆改梁柱前、后的结构进行抗震计算，其结构计算自振周期对比表见表1。

表1 结构计算自振周期对比表

由表1数据可知，拆改构件前后，结构的第一、第二振型周期几乎没有变化，第三振型周期稍有明显改变，改变幅度为5．4%。另经计算可知局部拆改前地震作用最大方向为－0．902°，局部拆改后地震作用最大方向为－0．841°，亦稍有改变。

综上，由于拆改局部构件带来的一定的结构体系的变化，结构的计算自振周期和地震作用最大方向稍有变化，但总体变化幅度很小，由此可知，目前局部拆改梁柱构件对结构整体影响很小。

2)结构最大层间位移角。

经过对局部拆改梁柱前、后的结构进行抗震计算，地震作用下结构最大层间位移角对比表见表2。

表2 结构最大层间位移角对比表

由表2数据可知，局部拆改梁柱构件前后，结构的纵、横向层间位移角最大值十分接近，变化幅度很小，由此可知，目前局部拆改梁柱构件对结构整体侧移影响很小。

4．3 构件抗震承载力验算及分析

1)梁类构件承载力验算及分析。经验算，并详细查看原结构设计图纸中的梁类构件配筋情况，可知拆改局部梁柱构件前后的整体结构中的梁类构件实际抗震承载力可满足R/γ0S≥1．0的要求。但需要注意的是，混凝土梁B-E/2部分被截断拆除，导致留下的靠近E/2柱的一段梁成为悬臂梁。对于拆改后结构，已知该梁梁顶负弯矩纵向钢筋配筋情况为5Φ22，配筋面积As=1 900 mm2，箍筋为φ8@100(2)，而考察受力情况与该梁相当的悬臂梁D-E/3(见图2)，其跨度同样为2．1 m，截面同样为300 mm×700 mm，梁顶负弯矩纵向钢筋配筋情况却为2Φ22+2Φ25/2Φ25，配筋面积As=2 724 mm2，箍筋为φ8@100(2)，相比二者可知配筋面积相差824 mm2，因此拆改形成的悬臂梁负弯矩纵向钢筋配筋不足，应采取可靠的加固措施。

2)柱类构件承载力验算及分析。经验算，并详细查看原结构设计图纸中的柱类构件配筋情况，可知拆改局部梁柱构件前后的整体结构中的绝大多数柱类构件实际抗震承载力可满足R/γ0S≥1．0的要求。根据计算可知，局部拆改梁柱导致被拆除构件周边钢筋混凝土框架柱所分配的内力增大，特别是框架柱D/1，柱纵向一侧计算配筋面积由拆改前的1 800 mm2增大为拆改后的2 200 mm2，而该柱纵向一侧实际配筋面积为5Φ22(1 900 mm2)，目前配筋情况能满足拆改前结构承载力需求，却无法满足拆改后结构承载力需求，因此需要对该柱采取可靠加固措施。其他周边框架柱的计算配筋量虽然也有所增大，但由于原结构设计较为保守，配筋量较大，拆改后结构的框架柱的实际配筋承载力仍可满足抗震承载需要。

5 结论及建议

经过对该楼局部拆改梁柱构件前后的整体结构承载计算分析，可得到如下结论和建议:1)该结构中被拆除的框架梁及柱仅承担自身的自重，并不负担上部竖向静力荷载，将其拆除并不影响结构正常使用性和静力安全性。2)局部拆改形成的悬臂梁B-E/2负弯矩纵向钢筋配筋不足，不能满足安全承载要求，应采取可靠加固措施。3)局部拆改构件带来的一定的结构体系变化，改变了结构抗侧刚度和抗扭刚度，但变化幅度很小。经计算可知，结构体系的变化基本不对结构整体抗震性能带来不利影响，但影响到个别柱构件的约束条件和抗震承载力，这些构件包括:柱D/1、柱B/2、柱E/2，对这些构件应采取可靠加固措施。4)对于钢筋混凝土框架梁及框架柱采取可靠加固措施，建议采用粘贴碳纤维片材或粘贴钢板的加固方法。这两种方法可在不改变构件刚度的同时可以较大幅度地提高构件承载力和受力性能。