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南京市御道街标营某楼宇混合结构鉴定与加固设计

2023-02-02郝晓航

科技与创新 2023年2期
关键词:抗震受力构件

郝晓航,周 鑫

(1.南京江宁高新区管委会,江苏 南京 211112;2.南京科技职业学院,江苏 南京 210048)

随着城市化发展,城市里大量建筑已到了原设计年限,或由于使用功能改变需要重新加固改造,本文按照《既有建筑鉴定与加固通用规范》、《民用建筑可靠性鉴定标准》(以下简称“民标”)的原则,结合具体实例对既有建筑的检测鉴定思路和方法进行研究,并根据其不满足的程度采取相应的加固处理措施。

1 该楼宇改造项目的主体结构安全及抗震鉴定

1.1 工程概况

本工程位于江苏省南京市,为某大学原后勤用房,设计于1995年前后,共4个鉴定单元。鉴定单元1为单层框架结构,层高为4.0 m,由框架梁、柱共同承重,屋盖为现浇平屋面;鉴定单元2为单层砖混结构,层高为4.0 m(局部6.4 m),由240 mm厚砖墙和混凝土梁承重,屋盖为预制板平屋面;鉴定单元3为混凝土排架结构,由混凝土柱和钢梁、钢檩条共同承重,屋面板为石棉保温板,屋面檐口标高4.20 m,屋脊标高5.20 m;鉴定单元4为二层框架结构,层高均为3.4 m,由框架梁、柱共同承重,楼板为预制板,屋盖为预制板平屋面。各鉴定单元平面位置示意图及房屋结构布置图分别如图1、图2所示。

图1 鉴定单元平面位置示意图

图2 房屋结构布置图(单位:mm)

1.2 现场调查及检测

1.2.1 结构上的作用

经现场检查,该建筑目前处于空置状态,屋面为不上人屋面。查阅GB 50009—2012《建筑结构荷载规范》,该建筑活荷载采用2.0 kN/m2,不上人屋面的活荷载采用0.5 kN/m2。

1.2.2 地基基础检查

对该建筑上部承重结构进行检查,未发现上部结构存在因基础不均匀沉降引起的开裂、变形等,地面未发现明显沉降裂缝。

1.2.3 材料性能检测分析

采用回弹法对本次房屋的混凝土柱及混凝土梁的混凝土抗压强度进行检测。结合现场实际,依据民标中混凝土抗压强度换算值,将所抽检构件的混凝土强度换算值乘以表K.0.3的修正系数进行评定,取修正系数0.89进行修正,经修正后得到原结构柱及梁的混凝土强度换算值,该建筑所抽检混凝土构件的混凝土抗压强度推定值为21.6~27.9 MPa,采用贯入法对砌筑砂浆的抗压强度进行了抽样检测,采用回弹法对砖的抗压强度进行了抽样检测,该建筑所抽检砌体构件的砂浆强度为1.2~1.4 MPa,砖强度为10.84~11.97 MPa。

1.2.4 承重结构检查

采用钢筋探测仪和钢卷尺检测混凝土构件受力钢筋的保护层厚度,现场检测程序依照JGJ/T 152—2019《混凝土中钢筋检测技术标准》的规定执行。该建筑所抽检构件混凝土保护层厚度在15~30 mm。

用钢筋探测仪和钢卷尺检测混凝土构件的受力钢筋根数、钢筋间距和箍筋加密区长度。现场检测程序依照GB 50204—2015《混凝土结构工程施工质量验收规范》和JGJ/T 152—2019《混凝土中钢筋检测技术标准》的规定执行。

采用观感法检查该建筑主要承重构件是否完好。检查内容包括是否有影响结构安全的裂缝、变形等缺陷,混凝土构件表面是否存在钢筋外露、酥松、蜂窝、孔洞和夹渣等损伤。经现场检测,该建筑主要承重构件基本完好。

1.2.5 主体结构承载力复核及鉴定评级

在详细调查的基础上,根据结构体系分类及空间受力分布,按现行规范建立与原结构匹配的计算模型,结合该体系以往的承载状况和工程经验,输入合理的结构作用效应和结构抗力,以此来确定结构安全承载能力和变形。作用在结构上的荷载标准值按本报告调查结果、设计及规范要求布置。作用效应的分项系数和组合系数按GB 50009—2012《建筑结构荷载规范》的规定确定。材料强度按检测值取用。结构抗力分析时已考虑结构及构件的变形、损伤和材料劣化对实际承载能力的削弱。该结构模型的计算和分析采用中国建科院开发的PKPM最新系列软件。经过分析得出,该建筑鉴定单元1、鉴定单元4承重构件满足承载力要求,鉴定单元2、鉴定单元3部分承重构件不满足承载力要求。

按照GB 50292—2015《民用建筑可靠性鉴定标准》对主体结构安全性进行分析评价,共4个鉴定单元,应按构件、子单元和鉴定单元各分3个层次。围护系统承重部分并入上部承重结构,划分为地基基础、上部承重结构2个子单元。

地基基础子单元的安全性鉴定应根据地基变形或地基承载力的评定结果进行确定,一般情况下宜根据地基、桩基沉降观测资料以及不均匀沉降在上部结构中的反应的调查结果来进行安全性评级。

上部受力结构子单元的安全性等级依据结构受力的等级、结构的整体性等级以及结构整体侧向位移的等级进行评判。依据民标第9.1.2条的规定,综合地基基础和上部承重结构的评价结果进行评判。

依据民标,御道街标营某楼宇鉴定单元1、鉴定单元4主体的结构安全性鉴定等级为Bsu,安全性略低于民标对Asu级的规定,表现为尚不显著影响整体受力;鉴定单元2、鉴定单元3主体的结构安全性鉴定等级为Csu,安全性不符合本标准对Asu级的规定,表现为显著影响整体承载。依据抗标的相关规定(GB 50023—2009《建筑抗震鉴定标准》)[1],御道街标营某楼宇鉴定单元1、鉴定单元4综合抗震能力基本满足B类建筑抗震要求,鉴定单元2、鉴定单元3综合抗震能力不满足B类建筑抗震要求。

处理建议:建议对该建筑鉴定单元2高厚比不足的墙体进行加固处理,对鉴定单元3钢结构部分进行加固、更新处理,对存在外观质量缺陷的构件进行修缮处理;严格控制结构上部荷载,加强日常维护,未经有资质的设计单位的设计及相关技术部门的同意不得随意改变原结构的使用功能。

2 加固设计

根据鉴定结果,需对该混合结构内局部承载力不足的构件进行加固设计,部分受损严重及无法加固的进行替换等。

2.1 加固设计一般流程

对该混合结构的加固,现采用软件分析里的鉴定加固模块[2]。该模块里模型信息,包含结构恒荷载、活荷载,结构内构件截面尺寸等,按修改后的实际情况写入模型。

对于原结构部分的结构柱、梁、板的配筋,可按现场检测中得到的实际配筋数据输入,该模块内能对内力计算自动进行组合,判断梁、柱、板受力是否满足最新规范要求,最终结果输出界面,不满足的以标红等进行结果提示。结构柱、结构梁及次梁、板等可以计算出受力大小,提供相应的配筋数量,供结构加固设计人员进行分析,设计人员根据结构力学的系统性知识和结构概念、经验判断该混合结构是否需要进行补强;如最终验算和分析需要加固,可在该鉴定加固模型输入具体的补强方法进行补强计算。

2.2 结构整体与构件加固

对3~5轴线砌体墙结构采用双面钢筋网聚合物砂浆面层加固[3],拆除局部墙体,增加使用空间,采用钢筋混凝土双梁托换法,预制楼板采用板底粘贴碳纤维同时支承端布置角钢增加支承长度法。

对6~9轴线排架结构屋盖进行了更新,采用图集(12SG535实腹钢梁混凝土柱)中双坡实腹钢梁屋架,对混凝土排架柱采用增大截面法进行加固,对排架柱基础采用加大基础底面法进行加固。结构加固设计图如图3—图8所示。

图3 3~5轴二层梁加固平面图(单位:mm)

图8 预制楼板板底加固做法

3 注意事项及建议

对既有结构进行检测鉴定分析时,在现场鉴定前应踏勘现场,了解项目的基本情况,结合现场踏勘情况收集齐全各类所需的技术资料,原设计图纸尤为重要。但除原设计图纸外,还应包括图审中心专家审图意见、设计交底与现场图纸会审结果。现场设计变更、签证记录等,目的是对设计及变更原因及施工情况有更精确的了解。如果图纸资料等缺失,会大大增加现场的检测工作量,检测应更加详尽。检测鉴定分析和如结构需进行加固补强,应整体考虑施工时的现场环境、对周边可能产生的影响等,站在建设单位角度考虑,选择最适合项目的特定方法。

图4 一层承重墙体托换立面示意图(单位:mm)

图5 桩基础做法(单位:mm)

在满足结构受力和变形的前提下,改造的建筑非受力内外隔墙应尽量采用轻质ALC、陶粒板等非结构构件,降低荷载,以避免或减少结构补强的范围和程度。在前期方案阶段时候,考虑施工次序、装修、机电设备、管道的条件的影响,如采用增大截面时,应分析梁高等增大影响使用空间的净高,对装修效果、空间使用等产生的影响,有条件可应用BⅠM碰撞检查等。在施工图设计结束后,应考虑施工次序、相邻建筑影响、地下管线(如供电、城市用水、燃气、电信)是否对周边既有结构有影响;临近新建结构的构件,从施工作业面考虑,应在施工之前进行加固。在既有建筑的改造项目中新增构件应按现行标准进行设计,并考虑与原结构连接处的处理,不能因为新增结构或构件的连接而对原结构造成损伤,在加固施工中造成新的损害。如果现有受力构件截面尺寸较小,则不宜植筋过多、过深,必要时可考虑结构受力转移,优化结构。

图6 梁柱节点示意图

图7 框架节点示意图(单位:mm)

4 结语

随着城市用地越来越紧张,现有政策避免大拆大建,各地城市更新如火如荼发展,不少建筑将步入“老龄化”,越来越多的既有建筑会加入更新改造或延长使用年限的行列。本文根据南京市御道街标营某楼宇混合结构改造项目的抗震鉴定及加固设计,探讨了几类结构的抗震鉴定及加固设计的思路,并结合安全性和抗震性现行检测鉴定和加固设计规范,针对建筑安全、抗震鉴定与加固设计提出了一些注意事项及建议。

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