某多层混合结构鉴定及加固处理

何志锋，钱 铭，赵福荣，种来银

（甘肃土木工程科学研究院有限公司 兰州730020）

0 引言

全国在20世纪60～90年代建造了大量砌体结构，一些建造于20 世纪90 年代的建筑，由于技术限制和经济条件的制约，并为满足局部建筑功能设计，如宿舍楼局部有大开间餐厅、住宅楼临街部分为大开间商铺等［1］。采用底部或局部混凝土结构和上部砌体结构共同承重的混合结构体系，此类结构体系混乱，混凝土结构和砌体结构是完全两种不同的结构形式，材料性能差异很大，提供的承载力和刚度均不同，不能够很好地协调工作。无法满足抗震设防目标。此类建筑若全部拆除新建，则会造成巨大的浪费和其他问题，与国家建设政策相悖。为响应国家楼堂馆所建设政策，厉行节约、反对浪费，符合建设办公用房遵循朴素、使用、安全、节能的原则，机关、团体对该类房屋改造后继续使用。本文通过工程实例，对该类混合结构加固改造程序，检测鉴定方法、加固处理措施进行简要阐述，给类似工程以参考借鉴。

1 工程概况

某办公楼为3 层砌体结构（底部为内框架），建于1988年，长为40.10 m，宽为12.80 m，1层层高为4.5 m，2 层和3 层层高均为3.2 m。墙体采用100#机制砖，50#砂浆砌筑。所有梁、板、柱混凝土均采用200#。1～3层楼板（屋面板）均为钢筋混凝土预制空心楼板。基础采用预制钢筋混凝土方桩+条形承台梁组合基础，基础持力层为卵石层。

2 项目加固改造的程序

老旧建筑物改造使用前，首先应对建筑结构进行加固前鉴定，鉴定是结构构件进行加固的前提，只有全方位的了解结构，对结构构件乃至建筑整体有全方面的把握，才能更好地选择加固改造方案。鉴定时按照改造使用的不同要求及相关规定，选择不同的检测鉴定内容和方法（正常使用性检查或鉴定、结构安全性检查或鉴定、结构可靠性鉴定和结构抗震能力鉴定）。然后根据鉴定结果，确定加固改造方案，加固改造方案应从科学性、合理性及经济性等多方面进行比选论证，提高加固改造效果，降低加固改造成本。项目加固改造程序如图1所示。

3 结构检测鉴定

3.1 结构检测鉴定程序

⑴安全性鉴定前，首先应明确鉴定目的、范围和内容，首先进行初步调查（查阅资料、建筑物历史及考察现场等），然后进行结构布置及结构形式、结构使用条件、地基基础、材料性能、承重结构及围护系统等调查检测，最后进行安全性评级［2］。

图1 项目加固改造流程Fig.1 Project Reinforcement and Transformation Flow Chart

⑵抗震鉴定前应按照现行国家抗震设计规范确定建筑物所在地区抗震设防烈度、地震加速度及地震分组，明确抗震设防类别，根据实际建造年代及后续使用年限确定抗震鉴定类别，抗震鉴定类别主要有以下3类：

①A 类建筑，主要指在20 世纪70 年代及以前建造经耐久性鉴定可继续使用的现有建筑，其后续使用年代不应少于30 年；在20 世纪80 年代建造的现有建筑，宜采用40年或更长，且不得少于30年。通常指在1993年7月前建造的房屋。

②B类建筑，主要指在20世纪90年代建造的现有建筑，后续使用年限不宜少于40年，条件许可时应采用50年。通常指1990 年1 月1 日后，2003 年1 月1 日前设计建造的房屋。

③C 类建筑，主要指在2001 年以后建造的现有建筑，后续使用年限宜采用50年［3］。

⑶后续使用年限直接影响建筑的抗震鉴定方法及结果［4］。本建筑物建造于1988 年，为A 类建筑。后续使用年限不应少于30年，按A类建筑标准要求进行鉴定。

3.2 结构检测鉴定情况

3.2.1 地基基础检测

查阅图纸，基础采用预制混凝土方桩+条形承台梁组合基础。经现场开挖探井检测，基础形式、基础埋深、方桩和条形梁截面尺寸均与设计相符。

3.2.2 材料性能检测

现场对砌体结构砖和砂浆强度进行抽测，砖砌体强度推定值介于MU5～MU15 之间，砂浆强度介于M1.7～M5.7之间，满足鉴定标准要求；对一层混凝土柱和梁强度进行抽测，混凝土实测强度介于13.4～21.0 MPa 之间，部分构件强度不满足抗震鉴定标准C20 的要求。

3.2.3 上部结构承载力验算

结构承载力按A 类建筑验算，建筑物所在地区抗震设防烈度为8°，设计基本地震加速度为0.20 g，地震分组为第三组。抗震设防类别为丙类。采用中国建筑研究院编制的PKPM2010 V2.2 版JGJD 模块，计算模型如图2所示。

图2 结构验算模型Fig.2 Structural Calculation Model

经鉴定计算，1 层局部墙体受压承载力不满足鉴定标准要求，1层框架梁和框架柱承载力不满足要求，第2层与底层侧向刚度比值不满足要求。

3.2.4 沉降变形检测

采用经纬仪对各角部顶点位移进行观测，观测结果表明，建筑物角部最大顶点位移为20 mm，小于《民用建筑可靠性鉴定标准：GB 50292—2015》第7.3.10条中H/330的限值要求。

3.2.5 结构裂缝检测，

采用裂缝测宽仪对墙体裂缝进行普查，门窗洞角出现斜向裂缝，西侧山墙出现斜向裂缝，裂缝最大宽度为0.8 mm。对裂缝成因进行分析，门窗洞角裂缝的原因主要为温度收缩及应力变形等，西侧山墙出现斜向裂缝的主要原因为室外楼梯沉降变形对墙体形成拉应力。

3.2.6 结构构造与连接检测

对结构构造和连接进行检测，结构平面内不存在外伸不闭合墙体；纵、横墙连接处基本完好，楼板连接处无明显裂缝；混凝土柱和梁表面存在蜂窝麻面，碳化深度较大，钢筋表面无明显锈蚀；室外楼梯悬挑梁和楼梯板存在露筋及破损现象，钢筋出现明显锈蚀现象。

3.2.7 抗震性能鉴定

本建筑为A 类建筑，根据《建筑抗震鉴定标准：GB 50023—2009》［3］的要求，应采用第一级鉴定和第二级鉴定分别对各部分结构抗震性能进行评价［5］，第一级鉴定结果如表1所示，根据鉴定结果，底层抗震墙最大间距、底层砂浆强度、框架梁和框架柱混凝土强度、第2 层与底层侧向刚度比值均不满足要求。根据第二级鉴定结果，第1 层和第2 层纵向和横向楼层综合抗震能力指数小于1.0。不满足鉴定标准要求，第3层纵向和横向楼层综合抗震能力指数满足要求。

4 结构加固设计

4.1 结构加固原则

建筑结构加固改造是一件很常见的工程，为确保加固改造的效果，在建筑加固改造中，需要遵守相应的原则。

⑴建筑加固改造前，首先应确定合理的后续使用年限［6］，明确建筑使用功能和使用环境等；

⑵建筑加固改造时，应采取措施尽量保留利用原有的结构构件，避免或减少损失原结构构件［7］。

⑶应考虑安全可靠，经济合理的原则。采取必要的有效措施，缩短工期，降低成本，避免或减少对建筑物正常使用的影响。

表1 第一级鉴定对照Tab.1 The First Level Identification Comparison

⑷结构加固应着重于整体加固，改善结构受力状况，提高结构的整体性［8］。

⑸加固设计要求构造合理、连接可靠，经济适用。

⑹加固设计要考虑建筑美观，结合立面造型和室内装修，进行必要的建筑艺术处理，尽量避免遗留加固痕迹。

⑺加固有困难或不经济，而原结构承载能力严重不足时，可考虑降低结构使用要求或减少和限制结构荷载。

4.2 结构加固方法的选择

砌体结构常用的加固方法主要有钢筋混凝土面层加固法、钢筋水泥砂浆面层加固法和增设扶壁柱加固法、无粘结外包型钢加固法和预应力撑杆加固法等。混合结构加固时，应优先考虑将此类现行规范不推荐或不容许的结构形式改造为现行规范容许的结构形式，改造方向通常有混凝土结构（框架和框架-剪力墙结构）、准砌体结构、底层框架-剪力墙结构、钢筋混凝土夹板墙结构（准混凝土结构）。各种结构的改造方式及特点如下。

⑴改造为混凝土结构［9］：即将混合结构中原砌体部分改造为混凝土结构，传力路径由原砌体承重墙传力改变为梁、柱体系传力。使整体结构成为混凝土结构。此类结构体系合理，传力路径明确，整体抗震性能较好。但改造工程量较大，施工难度、周期及风险较大。加固费用较高。上部结构荷载增加较大，对地基基础承重能力影响较大。对建筑物的正常使用影响较大。

⑵改造为砌体结构［9］：即在混合结构中的框架内部增设砌体承重墙，使整体结构接近砌体结构。该方法改造工程量较小，加固费用适中。但施工难度较大，改造后结构新旧结构的协同作用能力较差。新增砌体承重墙荷载较大，对地基基础承载能力影响较大。

⑶改造为底层框架-抗震墙结构：将底部混合结构改为底部框架-抗震墙结构。上部砌体部分基本保持不变。改造工程量较小，施工难度、周期及风险较小。加固费用低。对建筑物的正常使用影响较大。上部结构荷载增加较少，对地基基础承载能力影响很小。

⑷改造为钢筋钢混凝土夹板墙结构（准混凝土结构）：即将混合结构中原砌体承重墙采用钢筋混凝土面层法进行加固，形成钢筋混凝土夹板墙。计算时将夹板墙等效折算为混凝土墙，使整体结构等效成为准混凝土结构。该加固技术成熟可靠，但设计时，两种结构刚度协调不好掌握，改造工程量较大，施工周期险较长。加固费用适中。上部结构荷载增加较大，对地基基础承重能力影响较大。对建筑物的正常使用影响较大。

混合结构加固时应根据实际条件和使用要求选择适宜的方法进行加固。

4.3 结构加固改造措施

本工程原结构体系为底层内框架，为混合承重结构，结构体系混乱，结构传力路径不明确也不合理［10］，结构体系对整体抗震不利。且刚性体系抗震墙最大间距、底层砂浆强度、框架梁和柱强度、第2 层与底层侧向刚度比值均不满足鉴定标准要求。针对以上问题，通过上述加固方法对比，拟采取以下加固措施：

⑴首先改变结构体系，将原底层内框架体系改为底层框架-抗震墙体系，改造后结构体系为现行设计规范容许的结构；

⑵对1层混凝土柱及构造柱采用高强无收缩灌浆料-增大截面法进行加固，具体加固做法如图3所示；

⑶对1 层混凝土梁及圈梁采用高强无收缩灌浆料-增大截面法进行加固，具体加固做法如图4所示；

⑷在结构四角和中间增加纵向和横向钢筋混凝土剪力墙，具体位置如图5所示；

图3 柱增大截面加固示意图Fig.3 Column Increases Section Reinforcement Diagram

图4 梁增大截面加固示意图Fig.4 Beam Increases Section Reinforcement Diagram

⑸在1层预制板板底增加叠合层，具体加固做法如图6所示。

图5 底层新增剪力墙布置图Fig.5 New Shear Wall Layout on the Ground Floor

图6 预制板底新增叠合示意图Fig.6 Add a Stack Diagram at the Bottom of Prefabricated Plate

⑹拆除损坏严重的室外悬挑楼梯，新做钢结构楼梯，楼梯与原结构不连接。

4.4 结构加固后计算结果

本工程结构体系由底层局部内框架结构改为底层框架-抗震墙结构，对底层柱、梁和板进行相应加固后进行整体验算，2 层和3 层抗震承载力、受压承载力和高厚比均满足要求；2 层楼层综合抗震能力指数纵向为1.48，横向为1.40，3 层楼层综合抗震能力指数纵向为2.87，横向为2.73。均满足鉴定标准要求。第2层和底层90°方向层间侧向刚度比为1.46，0°方向层间侧向刚度比为1.68，均满足要求。

1层通过增大截面法和新增剪力墙加固后，荷载略有增加，但将原有370 mm机制砖墙拆除，采用250 mm加气混凝土砌筑后，荷载大幅降低。因此，地基基础承载力满足要求。不进行加固处理。

5 结语

通过本工程实例，总结混凝土-砌体混合结构加固处理方面的经验，供类似工程参考，经验汇总如下。

⑴检测方面：在加固改造设计前，首先应对结构体系、混凝土结构构件和砌体结构构件的布置进行全面的检测，准确掌握结构形式，确定合理的鉴定方法，为后续选择加固方法提供准确依据。然后全面了解混凝土构件和砌体构件的安全现状，为加固计算提供准确、详细的参数。

⑵设计方面：加固设计时，首先根据后续使用年限、建筑使用功能和使用环境。确定合理的加固改造方法，确保改造后的结构体系符合现行规范的要求。应尽量利用原结构构件，减少不必要的拆除或更换。着眼于提高结构整体的抗震性能，从整体分析，细化节点设计［11］。而不能“头痛医头，脚痛医脚”，哪不够就加固哪。综合考虑经济技术指标，缩短工期。

⑶施工方面：在施工期阶段应严格按照设计要求编制加固施工各阶段次序，避免由于施工次序安排不当，造成建筑物出现新的安全隐患或安全事故，形成结构构件的二次损伤。

⑷使用方面：加固完成投入使用后，应严格按照设计要求的使用功能和环境进行使用和维护。不得私自提高结构使用等级和改变使用功能。