既有办公建筑改造为医院建筑前检测与鉴定

邹勇，张京街，曹淑上，杨若愚

（重庆市建筑科学研究院，重庆 400016）

0 引言

随着社会经济和城市化的发展，我国建筑业已开始从大规模新建时期迈向了新建与维修改造并重时期。既有建筑随着使用年限的增长，其在使用功能和耐久性等方面的问题也会逐渐暴露出来。很多建筑由于建造地段和历史文化因素，不能轻易拆除或重建，因而对之进行修缮与现代化改造则逐渐成为城市更新的重要手段[1]。

对于一些使用功能发生改变的既有建筑，按照相关规范要求，需对建筑结构进行改造前的检测鉴定，如耐久性评定、抗震鉴定等。通过现场调查与检测，切实了解既有建筑结构的现状质量及结构性能参数，为既有建筑结构的耐久性评定及抗震鉴定提供可靠数据。建筑结构耐久性评定是依据既有建筑结构的现状质量，对既有建筑的耐久性进行评估，合理预测既有建筑结构的剩余使用年限，为既有建筑结构在下一目标使用年限内的维修、加固提供决策依据[2]。建筑结构抗震鉴定是按规定的抗震设防要求，依据既有建筑结构的现状质量、结构布置、结构体系、构造措施等因素，对既有建筑在地震作用下的安全性进行评估，以明确其抗震能力、评估地震时的破坏程度，为是否需要进行抗震加固或采取其他防震减灾措施提供依据。

本文就既有高层建筑结构改造前的检测鉴定进行了探讨，结合工程实例，依据相关检测鉴定规范要求，通过现状调查、现场检测及结构耐久性评定、结构抗震鉴定等工作，得出检测鉴定结论，并提出加固建议，为后续加固改造设计提供依据，旨在为同类既有建筑结构的检测鉴定提供参考。

1 工程概况

该建筑位于重庆市南岸区南坪新街，毗邻南坪商圈，于1986年9月开工，1988年3月竣工，原为重庆市物资交易中心，为办公建筑，现需改造为医院建筑。该建筑由主楼及裙楼组成，呈“品”字形分布。主楼地上13层，地下1层，建筑高度为47.85m；主楼两翼为裙楼，西侧裙楼地上3层，地下1层，建筑高度为11.85m，南侧裙楼地上4层，建筑高度为15.45m。总建筑面积约为17000m2。原三层建筑平面布置示意图见图1。

图1 原三层建筑平面布置示意图

该建筑主楼结构体系为现浇钢筋混凝土框架-剪力墙结构，裙楼结构体系为现浇钢筋混凝土框架结构（少墙框架），嵌固端均为基顶。裙楼框架梁与主楼之间通过牛腿采用滑动铰连接，裙楼与主楼之间设有30mm宽伸缩缝。基础为扩展柱基，以中风化砂岩为持力层。原结构未考虑地震荷载，但在构造中予以了适当考虑，主要是箍筋加密和箍筋弯钩加长。结构设计使用年限为50年。

2 建筑结构检测

建筑结构检测的目的是确定既有建筑结构的现状质量及结构性能参数，为既有建筑结构的耐久性评定及抗震鉴定提供可靠数据。结构检测时，规范有序的检测步骤和合适的检测方法是保证结果数据准确的重要前提。只有切实明确建筑结构的实际状况，才能做出恰当的耐久性评估与抗震性能评定。

2.1 主要检测内容

2.1.1 初步调查

初步调查主要包括下列内容[3-4]：

1）查阅图纸资料：包括岩土工程勘察报告、设计变更记录、竣工图、隐蔽工程验收记录等验收文件以及历次加固改造图纸等；

2）查询建筑物历史：包括原始施工、历次加固改造、用途变更以及使用条件改变等；

3）现场调查：据资料核对建筑结构现状，调查建筑物实际使用条件和内外环境等；

4）制定详细的现场检测方案。

2.1.2 现场检测

现场检测主要包括下列内容：

1）地基基础检测：观察地基基础有无沉降，以及上部主体结构是否存在因基础沉降所致的开裂、倾斜等异常现象；同时通过开挖探坑，对基础的外观质量、截面尺寸及持力层岩石抗压强度进行检测；

2）结构布置复核：按照竣工图对建筑结构平立面布置、结构型式进行复核，并采用激光测距仪及钢卷尺对轴线间距、层高、构件截面尺寸等进行复核；

3）外观检查：检查结构构件是否存在蜂窝、麻面、疏松、露筋、裂缝、混凝土剥落、钢筋锈蚀等缺陷，以及是否存在因承载力不足而产生的开裂、变形过大等异常现象。当构件存在裂缝时，应对裂缝的数量、部位及走向进行描绘，对裂缝的长度和宽度进行测量，并对裂缝性质（受力裂缝、收缩裂缝等）进行判断；

4）混凝土抗压强度检测：采用回弹法对结构构件的混凝土抗压强度进行抽样检测，并对构件混凝土抗压强度进行推定；

5）钢筋配置检测：采用钢筋扫描仪对结构构件中钢筋的数量或间距进行抽样检测，并对部分构件进行局部剔凿以测量钢筋直径；

6）保护层厚度检测：采用混凝土保护层测定仪进行非破损检测，并采用微破损方法进行校准；

7）碳化深度检测：按照相关规范要求对构件混凝土的碳化深度进行抽样检测；

8）钢筋锈蚀检测：检查混凝土构件表面是否存在锈痕、顺筋裂缝等现象，并对混凝土保护层进行局部剔凿，检查钢筋表面是否存在锈蚀现象。

2.2 地基基础

2.2.1 外观检查

该建筑竣工后投入使用已有30年，现场对房屋周边环境、室内外地表以及上部主体结构进行观察，观察结果：未发现地表存在沉降、滑动和开裂迹象，也未发现上部主体结构存在因地基基础不均匀沉降引起的开裂、倾斜或其他异常现象，地基基础使用情况正常。

2.2.2 探坑检测

现场对地基基础进行开挖检测，检测结果：1）未发现基础表面存在明显腐蚀、酥碱、松散和剥落等情况；2）开挖处的基础截面尺寸、埋深等基本与原设计相符；3）开挖处基础持力层的岩性及岩石抗压强度满足原设计要求。

2.3 上部主体结构

2.3.1 外观检查

现场对上部主体结构构件的外观状况进行检查，检查结果：1）未发现构件表面存在明显的蜂窝、麻面、疏松、混凝土剥落等外观缺陷，未发现构件存在因钢筋锈蚀导致混凝土出现锈胀开裂现象，但发现少数楼板存在开裂、渗水现象，少数构件存在局部露筋锈蚀现象；2）未发现结构构件存在因承载力不足而产生的开裂、变形过大等异常现象。

2.3.2 结构布置复核

按照竣工图对建筑结构平立面布置、结构型式进行复核，并对轴线间距、层高和构件截面尺寸进行抽样检测，结果表明：该建筑结构平立面布置与原设计相符，轴线间距、层高及构件截面尺寸与原设计基本一致。

2.3.3 混凝土抗压强度检测

现场采用回弹法对构件混凝土抗压强度进行抽样检测，并采用龄期修正系数对各测区混凝土抗压强度换算值进行修正。经龄期修正后，主楼和裙楼中柱、墙、梁混凝土抗压强度推定值满足原设计强度要求。

2.3.4 构件配筋情况检测

现场采用钢筋扫描仪对结构构件中钢筋的数量或间距进行抽样检测，并对部分构件进行局部剔凿以测量钢筋直径。检测结果表明：抽检梁、柱主筋根数符合设计要求，梁、柱箍筋间距和墙、板钢筋间距基本符合设计要求，抽检构件的钢筋直径符合设计要求。

2.3.5 保护层厚度检测

混凝土保护层是指构件中钢筋外边缘至构件表面范围用于保护钢筋的混凝土，保护层厚度对提高钢筋混凝土结构的耐久性起着至关重要的作用。现场采用混凝土保护层测定仪进行非破损检测，并采用微破损方法进行校准。每个检测构件上均匀布置3个测区，每个测区布置3个测点，构件角部钢筋应测量两侧的保护层厚度。构件平均保护层厚度检测结果：柱为39.6mm，墙为31.9mm，梁为31.6mm，板为22.0mm。

2.3.6 碳化深度检测

混凝土为碱性材料，因水泥水化而产生的Ca(OH)2会在钢筋表面形成一层致密的钝化膜，起到保护钢筋、防止锈蚀的作用。然而混凝土碳化将减少混凝土碱性保护层厚度，混凝土碳化过深时将破坏钢筋表面钝化膜，是导致钢筋锈蚀的主要因素。因此，钢筋保护层厚度和混凝土碳化深度是进行混凝土耐久性分析的重要参数。

碳化深度检测时，测区宜优先布置在钢筋附近及测量保护层厚度的测区内。每个检测构件应不少于3个测区，测区应布置在构件的不同侧面，每个测区应布置3个测孔，呈“品”字排列。构件平均碳化深度检测结果：柱为16.9mm，墙为17.6mm，梁为17.7mm，板为15.1mm。

2.3.7 钢筋锈蚀状况检测

钢筋锈蚀是影响钢筋混凝土结构耐久性和使用寿命的重要因素。结构构件的钢筋锈蚀后，将导致钢筋有效截面面积减小、钢筋力学性能降低、钢筋与混凝土之间的粘结强度降低，且锈蚀产生的膨胀应力还将引起混凝土保护层剥落，从而降低结构的承载能力，最终影响正常使用和结构安全性。

通过现场外观检查，未发现构件表面存在明显锈痕以及因钢筋锈蚀而导致的顺筋开裂现象。同时现场对部分构件的混凝土保护层进行局部剔凿，未发现钢筋存在明显锈蚀现象。另外根据构件混凝土保护层厚度及碳化深度的检测结果可知，混凝土平均碳化深度小于钢筋的保护层厚度，说明钢筋仍处于混凝土的保护之中。

3 建筑结构耐久性评定

通过对建筑结构的耐久性评定，合理预测结构的剩余使用年限，为结构的维修、加固提供决策依据。钢筋混凝土结构的耐久性应根据需要按不同的耐久性极限状态评定，耐久性极限状态可分为下列三种[3]：

1）钢筋开始锈蚀。即碳化深度发展到一定水平使钢筋表面脱钝，导致钢筋开始锈蚀；

2）混凝土保护层锈胀开裂。即钢筋锈蚀产物的膨胀力导致混凝土保护层出现顺筋裂缝；

3）混凝土表面出现可接受的最大外观损伤。即保护层裂缝宽度达到一定临界值时，导致混凝土保护层开始剥落。

3.1 使用环境调查

现场对建筑结构所处的环境、使用历史等进行了详细调查，调查结果如下：该建筑位于重庆市市区，四周有商场、综合楼、酒店等多高层建筑，附近无工业厂矿等污染源，主要作为办公楼使用，室内环境相对干燥；另外，该建筑所在区域年平均气温约为18℃，年平均湿度约为79%。故该建筑所处环境类别为一般大气环境（I），构件使用环境类别为一般室内环境（Ia）。

3.2 耐久性评定

该建筑属于一般大气环境下的结构耐久性评定，同时考虑到该建筑将改造为医院建筑，故以混凝土保护层锈胀开裂作为耐久性极限状态。按照现行规范要求，从构件-构件项-结构这三个层次分别进行耐久性评定，根据耐久性分值将耐久性等级分为a、b、c三级。

3.2.1 构件耐久性评定

根据结构建成至钢筋开始锈蚀的时间ti=15.2·Kk·Kc·Km、钢筋开始锈蚀至保护层锈胀开裂的时间tc=A·Hc·Hf·Hd·HT·HRH·Hm和保护层锈胀开裂的时间tcr=ti-tc（上述计算式中其余参数由规范查表获得）这三个公式计算出抽样检测构件的剩余使用年限tre（取tre=tcr）。该建筑结构改造后下一目标使用年限te取为40年。该建筑结构为框架剪力墙结构，主要受力构件为混凝土柱、墙和梁，板可作为次要受力构件，故取柱、墙、梁的耐久性重要系数γ0=1.1，板的耐久性重要系数γ0=1.0。最后根据各构件的耐久性分值（即tre/teγ0）进行耐久性评级，构件耐久性评级结果从略。

3.2.2 构件项耐久性评定

当通过取样进行构件项的耐久性评定时，构件项的耐久性分值按取样构件的平均耐久性分值乘以损伤状态系数αd确定。该建筑构件项耐久性评级结果见表1。

3.2.3 结构耐久性评定

根据构件项的权重、构件项的耐久性分值确定结构的耐久性分值，再进行结构耐久性等级评定。构件项权重可依据构件项对整体结构的影响、可修复性等因素确定。该建筑结构耐久性评级结果见表2。由评级结果可知，该建筑结构的耐久性等级为a级，即下一目标使用年限内满足耐久性要求，可不采取其它提高耐久性的措施。

表1 构件项耐久性评级结果

表2 结构耐久性评级结果

4 建筑结构抗震鉴定

建筑结构抗震鉴定是按规定的抗震设防要求，依据既有建筑结构的现状质量、结构布置、结构体系、构造措施等因素，对既有建筑在地震作用下的安全性进行评估，为是否需要进行抗震加固或采取其他防震减灾措施提供依据。

4.1 抗震鉴定条件

1）该建筑于1988年竣工后投入使用，根据《建筑抗震鉴定标准》（GB 50023-2009）的相关规定，其后续使用年限宜采用40年，应按B类建筑进行抗震鉴定。

2） 查阅《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2010，2016年版）可知：该建筑所在地区抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度为0.05g，设计地震分组为第一组。查阅原岩土勘察报告可知：该建筑所在场地的类别为Ⅱ类，特征周期为0.35s。

3）该建筑将改造为医院建筑，根据《建筑工程抗震设防分类标准》（GB 50223-2008）的相关规定，该建筑改造后其抗震设防类别为重点设防类（乙类）。根据《建筑抗震鉴定标准》（GB 50023-2009）的相关规定，乙类建筑应按本地区抗震设防烈度（6度）提高一度（7度）的要求核查其抗震措施[5]，即框架抗震等级为三级，剪力墙抗震等级为二级。

4）该建筑结构原设计计算时未考虑地震荷载，仅在构造上予以适当考虑，主要是在框架柱、框架梁端设置箍筋加密区及箍筋弯钩加长等措施；剪力墙的截面厚度及竖向、水平配筋沿房屋高度不变，原设计时未设置底部加强区。

4.2 地基基础抗震鉴定

该建筑结构竣工后投入使用已有30年，现场对房屋周边环境、室内外地表以及上部主体结构进行观察，未发现地表存在沉降、滑动和开裂迹象，也未发现上部主体结构存在因地基基础不均匀沉降引起的开裂、倾斜或其他异常现象，地基基础使用情况正常。依据《建筑抗震鉴定标准》（GB 50023-2009）第4.2.2条，6度设防时各类建筑可不进行地基基础的抗震鉴定。

表3 抗震措施鉴定结果

4.3 主体结构抗震鉴定

4.3.1 结构抗震措施鉴定

根据 《建筑抗震鉴定标准》（GB 50023-2009）、《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2010，2016年版）相关规定及上述4.1节抗震鉴定条件，该建筑结构抗震措施鉴定如表3所示。鉴定结果如下：1）少部分构件存在局部露筋锈蚀现象，建议进行修复处理；2）部分抗震措施不满足规范要求，须进行抗震加固处理。

4.3.2 结构抗震性能验算

采用中国建筑科学研究院开发的结构计算分析软件PKPM V4.1建立结构计算模型，对该建筑结构进行抗震性能验算。结构计算模型见图2。

4.3.2.1 计算参数与荷载取值

1）抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度为0.05g，设计地震分组为第一组。场地类别为Ⅱ类，特征周期为0.35s。

2）建筑抗震设防类别为重点设防类（乙类），应按7度要求验算抗震措施，框架抗震等级为三级，抗震墙抗震等级为二级。

3）结构阻尼比为0.05，周期折减系数取0.70；振型数量按振型参与质量系数达到总质量90%由程序自动计算确定；考虑双向水平地震作用。

4）结构构件混凝土强度等级按原设计取值；钢筋强度设计值按《建筑抗震鉴定标准》（GB 50023-2009）附录A相关规定取值，即HPB235级钢筋强度设计值取为210N/mm2，HRB335级钢筋强度设计值取为310N/mm2。

5）楼屋面活荷载根据改造后使用功能按《建筑结构荷载规范》（GB 50009-2012）的有关规定取值；楼面恒载取结构自重，并考虑附加恒载3.0kN/m2。地面粗糙度为C类，基本风压为0.40kN/m2。

4.3.2.2 结构抗震性能验算结果

经计算分析，该建筑结构抗震性能验算结果如下：

图2 结构计算模型

1）第一振型为平动，自振周期T1=1.21s，第三振型为扭转，自振周期Tt=0.72s，周期比Tt/T1小于0.9，满足规范要求；

2）楼层侧向刚度比均大于1，结构侧向刚度规则；楼层受剪承载力比值均＞0.8，楼层受剪承载力无突变，该建筑结构竖向规则；

3）结构在X方向最小剪重比为1.49%，Y方向最小剪重比为1.59%，均大于0.80%，满足规范要求；

4）结构在X方向最大层间位移角为1/5994，Y方向最大层间位移角为1/4260，均小于1/800，满足规范要求；X方向最大层间位移比为1.50，Y方向最大层间位移比为1.34，位移比大于1.2，结构平面不规则；

5）结构在X方向刚重比为13.71，Y方向刚重比为10.52，均大于2.7，能满足整体稳定验算，可以不考虑重力二阶效应；

6）部分框架柱轴压比大于0.90，不满足规范要求；剪力墙轴压比均小于0.60，满足规范要求；

7）部分框架柱、梁配筋不足，该部分构件抗震承载力不满足要求。

5 鉴定结论

依据《混凝土结构耐久性评定标准》（CECS 220：2007）、《建筑抗震鉴定标准》（GB 50023-2009）及相关规范的规定，根据现场检测及耐久性评定、抗震鉴定结果，得出鉴定结论如下：

1）该建筑结构的耐久性等级为a级，即下一目标使用年限内满足耐久性要求，可不采取其它提高耐久性的措施；

2）该建筑结构多处抗震措施不满足规范要求，以及部分结构构件的抗震承载力不满足要求，应进行抗震加固处理。

6 加固建议

根据检测鉴定结果，对该建筑结构提出以下加固处理建议：

1）原建筑结构中，裙楼与主楼连接处，通过在主楼上设置牛腿以此作为裙楼框架梁的滑动铰支座，裙楼与主楼之间仅设30mm宽伸缩缝，但伸缩缝宽度不满足抗震缝宽度要求。建议拆除牛腿，在裙楼框架梁下增设框架柱，将主楼和裙楼完全脱开为两个独立的结构单元，并留150mm宽抗震缝；

2）对于轴压比超限或承载力不满足要求的框架柱，建议采用增大截面法进行加固；对于箍筋配置不满足规范要求的框架柱，建议采用粘贴碳纤维布环向围束法进行加固；

3）对于正截面受弯承载力不满足要求的梁，当受弯承载力提高幅度在40%以内时，建议采用粘贴碳纤维布进行加固；当受弯承载力提高幅度大于40%时，建议采用增大截面法进行加固；对于斜截面受剪承载力不足的梁，建议采用粘贴碳纤维布U型箍进行加固；对于加密区长度和箍筋间距不满足规范要求的梁，建议采用粘贴碳纤维布U型箍进行加固；

4）对于承载力不满足要求的板，当受弯承载力提高幅度在40%以内时，建议采用粘贴碳纤维布进行加固；当受弯承载力提高幅度大于40%时，建议采用增大截面法进行加固；

5）对于分布钢筋、暗柱配筋不满足规范要求的抗震墙，建议采用增大截面法进行加固；

6）对于存在露筋锈蚀现象的构件，建议将外露钢筋上的铁锈和残渣清理干净后，在构件表面抹一层不小于30mm厚的环氧砂浆作为保护层。