框架剪力墙结构抗震鉴定及加固设计分析——以安徽省黄山市某酒店改造工程为例

刘杭杭 (安徽省建筑科学研究设计院，安徽 合肥 230031)

0 前言

我国框架剪力墙结构应用十分广泛，其中框架和剪力墙共同组成结构的抗侧力体系，由于设计规范的更新、建筑物使用年限的增长和不正当使用，会导致建筑物存在一定程度的结构缺陷或较严重的损伤变形。此外，由于建筑物使用功能和所处环境改变，而原设计未考虑抗震设防或抗震设防要求提高等，都会导致其抗震性能无法满足要求。根据《既有建筑鉴定与加固通用规范》（GB 55021-2021）[1]中对于存在此类情况的建筑规定，应同时进行安全性评级和抗震鉴定，并采取有效的加固方式对不满足规范要求的既有建筑进行加固，以实现提升既有建筑抗震性能、完善其使用功能和延长其服役年限的目标。

1 工程概况

某酒店位于黄山市屯溪区，地下一层，地上十九层，其中地上三层裙房为钢筋混凝土框架结构，主楼地上十九层为钢筋混凝土框架剪力墙结构，结构总高72.80m。酒店于2009 年竣工后投入使用，后于2013 年10 月，酒店裙房加建第四层（主要内容为加层混凝土柱、钢结构网架、涂料涂装、屋面彩钢瓦）。主楼平面几何尺寸为62.25m×67.90m，裙房平面几何尺寸为19.90m×67.90m，总高度22.20m。酒店一层建筑平面布置图如图1所示。

图1 酒店一层建筑平面布置图（单位：mm）

现酒店拟改造为医院，裙房及主楼四层以下改造为医院门诊、检验、办公等功能用房，主楼五层及以上改造为医院病房。黄山市由原不设防地区变成了6度设防地区[2]，设计地震分组为第一组，场地类别为Ⅱ类。同时由于使用功能的改变，原丙类建筑提高到乙类，抗震等级由非抗震提高到框架二级、剪力墙二级，依据规范要求应进行抗震鉴定。

2 鉴定程序和体系核查

2.1 调查和检测

根据委托方提出的鉴定原因和要求，首先进行工程的初步调查，主要内容包括工程图纸资料、建筑物历史、实物现状、建筑物实际使用条件和环境、已发现的问题和有关人员的意见等。

根据初步调查信息，明确鉴定的目的、范围和内容，再对建筑物进行详细检测[1-2]，主要包括地基基础现状查勘和上部承重结构检测，后者包含结构体系及其结构布置、结构缺陷、损伤和腐蚀、结构构件材料强度性能及几何参数、结构构件及其连接、结构位移和变形、影响建筑安全的非结构构件。

2.2 安全性评级和抗震鉴定

既有建筑的安全性鉴定应按构件、子系统和鉴定系统三个层次进行，子系统的安全性鉴定评级应按场地与地基基础和主体结构两个子系统分别进行评定。鉴定系统的安全性鉴定评级根据场地与地基基础子系统、主体结构子系统的安全性等级以及与整幢建筑有关的其他安全问题进行综合评定。

抗震鉴定应根据后续使用年限确定建筑类别，明确抗震设防类别，选择相应的抗震鉴定方法，结合调查和检测结果，从结构体系、材料强度、构造措施和承载力验算等方面对结构进行抗震鉴定。

2.3 结构体系核查

该建筑物主楼系地下一层、地上十九层钢筋混凝土框架剪力墙结构，裙房系地下一层、地上三层钢筋混凝土框架结构，主楼和裙房分离设计。主要承重构件为混凝土墙柱、混凝土梁、混凝土板。

主楼结构平面布置呈矩形，横向4排墙柱列，间距为5.5m、5.5m、8.5m；纵向7 排墙（柱）列，间距为2.8m、5.6m、8.4m×4、3.2m。负1 层层高4.0m，1～3层层高5.0m，4～19 层层高3.3m。裙房结构平面布置基本呈矩形，双向框架多跨布置，横向最多11 排柱列，间距为8.0m×2、8.4m×5、4.0m、3.7m、4.7m、5.3m。负1 层层高4.0m，1～3 层层高5.0m，加层层高5.7m。现场实测建筑物结构平面布置规整，竖向抗侧力构件连续，结构体系完整，传力路径明确。

酒店工程设计使用年限为50 年，结构安全等级为二级，建筑耐火等级为一级，抗震设防类别为丙类，未考虑抗震设防。主楼墙柱混凝土强度等级为-1～5层C45、6～10 层C40、11～15 层C35、16层及以上C30，梁板混凝土强度等级为1～6 层C35、7 层及以上C30。裙房墙柱混凝土强度等级为-1～1 层C35、2 层及以上C30，梁板混凝土强度等级为1 层C35、2 层及以上C30。主楼框架柱截面尺寸在(600～800)mm×(600～900）mm之间；裙房框架柱截面尺寸在（500～600）mm×（500～600）mm 之间。填充砖墙采用Mu7.5 加气混凝土砌块和M5水泥砂浆进行砌筑，沿框架柱全高每隔450～500mm设2根φ6拉结筋。

裙房为独立基础，取圆砾层作基础持力层，基础埋深4.100m；主楼桩基取中风化泥岩层作基础持力层，桩端嵌入中风化泥岩层层内500mm。

3 检测结果

3.1 地基基础检测

上部结构无明显倾斜，未见因不均匀沉降造成的上部结构承重构件开裂和变形，地基基础无明显静载缺陷。

3.2 上部承重结构检测

3.2.1 实体质量抽检

当资料完整齐全时，对结构构件材料的性能、几何尺寸可仅进行校核性和复核性检测[3]。本工程资料比较齐全，随机抽取混凝土构件，采用回弹法对构件混凝土抗压强度进行检测[4]，抽检单个混凝土构件修正后现龄期混凝土抗压强度推定值在31.4～50.1MPa，达到设计强度等级（C30、C35、C40、C45）的要求。抽检混凝土柱、梁、板构件几何尺寸、钢筋布置和保护层厚度偏差在施工验收允许偏差范围内[5]。

3.2.2 结构缺陷、损伤和腐蚀

对结构构件的缺陷、损伤及腐蚀应进行全面检测，并详细记录缺陷、损伤和腐蚀部位、范围、程度和形态。现场检测发现除混凝土梁构件有因钢筋锈蚀因素引起的顺箍筋方向保护层脱落、露筋、锈蚀现象外，未见墙柱梁构件存在开裂、损伤和腐蚀现象。但是房屋在使用过程中存在私改搭建现象，结构局部存在缺陷，具体包括三层和四层局部位置加建了轻钢楼梯、四层局部加设轻钢平台和隔层以及屋面局部加盖了螺栓球节点网架屋面。

3.2.3 结构侧向位移

根据现场观测条件布置4 个测点来量测结构顶点的侧向位移，所测测点侧向位移方向无明显一致性，最大侧向位移未超过规范不适于继续承载的侧向位移限值（多层框架结构的限值为H/200、框架剪力墙结构的限值为H/300 或400mm）[3]。

3.3 结构复核验算

依据现场采集的结构及材料数据资料，结合建筑实际使用状态、专家意见书，采用YJK 计算软件进行建模验算[6-9]，鉴定结果如下。

①安全性鉴定

总体上，本工程主要承重结构构件承载力基本符合标准要求，其中场地与地基基础子系统可评定为Au级、主体结构子系统可评定为Bu级、顶点侧向位移可评定为Au级，综合评定本工程鉴定系统安全性等级为Bsu级。

②抗震鉴定

根据检测结果，地基基础抗震性能和上部结构抗震构造措施满足规范要求。但是，根据YJK 软件计算结果，结构的综合抗震能力不满足《建筑抗震鉴定标准》（GB 50023-2009）中对A 类建筑（后续使用年限30 年）要求。因此，需要对其进行加固处理。

4 加固方案

4.1 项目特点

本项目的抗震设防烈度由非地震设防区提高到6 度设防区，抗震设防类别由丙类提高到乙类，抗震等级由非抗震提高到框架二级、剪力墙二级。

采用YJK 计算分析软件对既有建筑在多遇地震下进行分析，大部分的框架梁、框架柱由于抗震承载力不足需要进行加固。此外，由于抗震等级的提高，所有框架柱、框架梁及剪力墙等构件均需进行抗震构造措施的加固，如增设框架梁和框架柱的箍筋加密区、加长钢筋锚固长度、提高构件配筋率、提高框架梁和框架柱的最小钢筋直径等，不仅现场湿作业大，而且加固成本高昂，难以实现。因此，制定一种经济、高效的加固方案十分必要。

4.2 抗震加固措施

根据《建筑消能减震加固技术规程》(T/CECS 547 )第6.3.6 条及专家论证会意见，罕遇地震下楼层弹塑性最大层间位移角不大于1.5Δue时，A 类钢筋混凝土房屋可按非抗震钢筋混凝土结构的构造措施采用。为达到结构在罕遇地震下楼层弹塑性最大层间位移角不大于1.5Δue的目标参数，本项目提出以耗散地震能量为主的方式对既有建筑进行抗震加固，即减震加固技术，主要通过在既有建筑内合理布设K 型支撑式粘滞阻尼器（粘滞阻尼器现场安装示意图详见图2），增加既有建筑附加阻尼比来耗散地震能量并降低结构的地震响应，从而提高既有建筑的抗震性能，实现小震不坏、中震可修、大震不倒的性能目标。

图2 粘滞阻尼器安装

4.3 承重构件加固方式

本工程混凝土梁加固方式为增大截面法和粘贴碳纤维布法，混凝土板加固方式为板底粘贴碳纤维布法，混凝土柱加固方式为外粘型钢加固法[9]。

4.4 加固效果

在YJK 软件中对采用粘滞阻尼器和截面增大加固措施之后的建筑结构进行弹塑性分析，在多遇地震作用下，结构X向和Y 向最大位移角分别为1/6168、1/4911；设防地震作用下，结构X 向和Y 方向最大位移角分别为1/826、1/833；罕遇地震作用下，结构X 向和Y 方向最大位移角分别为1/566、1/575。

5 结论

根据现行规范要求，原设计未考虑抗震设防或抗震设防提高的建筑以及需改变结构用途的建筑应进行抗震鉴定，通过抗震鉴定研判出抗震薄弱和不满足规范要求的部位，并为抗震加固提供有力的数据支撑。

加固之后的建筑结构抗震性能满足要求，实现了最大层间位移角不大于1.5倍弹性位移角限值（1/535）的减震目标，具有良好的减震效率。

消能减震技术对既有建筑进行加固，提高既有建筑的抗震性能、减少加固工作量、缩短加固工期、降低加固难度，解决了既有建筑抗震设防烈度、抗震设防分类标准双提高的抗震加固难题，取得了显著的经济效益和社会效益。