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1、框架砌体混合结构检测鉴定及改造分析 季海峰 山西省建筑科学研究院 摘 要： 国内目前现存较大体量混合结构建筑, 此类建筑传力途径不明确, 不利抗震。基于工程案例, 阐述了混合结构检测鉴定的一般过程, 并分析各类缺陷产生的原因及可能造成的危害。针对检测鉴定发现的问题, 阐述了针对各类缺陷的加固方法, 方法简单可行, 经济适用。针对工程案例中结构体系存在的问题, 提出将结构改造成为二托四底框结构, 解决结构体系抗震性能存在的缺陷。关键词： 混合结构; 检测鉴定; 底框; 加固; 作者简介：季海峰 (1990-) , 男, 硕士收稿日期：2017-09-12Inspection and identi
2、fication of frame masonry composite structure and analysis of its reconstructionJi Haifeng Shanxi Academy of Building Research; Abstract： At present, there is a large volume of mixed structure building in China, the transmission way of this kind of building is not clear, and it is disadvantageous to
3、 earthquake resistance. Based on the engineering case, this paper expounds the general method and process of the detection and identification of the mixed structure, and analyzes the causes and possible harm of various kinds of defects. In view of the problems found in the inspection and identificat
4、ion, this paper expounds the reinforcement methods aiming at various defects, and the reinforcement is simple, feasible and economical. Aiming at the existing problems of the structural system, the system is proposed to be transformed into a frame with two supports and four bottom frames to solve th
5、e defects of the seismic performance of the structural system.Keyword： composite construction; inspection and identification; bottom frame; reinforcement; Received： 2017-09-120 引言在 20 世纪 90 年代, 国内新建建筑中存在一定比例的框架、砌体混合结构, 此类结构均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1-3。随着抗震要求的逐渐严格, 框架与砌体混合体结构体系不利抗震问题日
6、益凸显, 在现行抗震规范中亦取消了内框架结构设计相关章节。框架与砌体混合体结构体系传力途径不清晰, 框架与砌体两部分刚度相差较大, 在地震作用下两者变形亦难以协调, 整体结构极易出现较大的平面内扭转变形, 体系抗震性能存在明显缺陷4,5。尽管上述混合结构体系存在诸多抗震缺陷, 但在现存经济状况下, 亦不可能将此类建筑全部拆除、重新安置, 此类建筑仍需要采取有效的方法进行针对性的改造。本文基于某实际工程案例, 阐述此类混合结构一般检测鉴定方法、流程, 探讨此类结构改造的一般性方法。1 工程概况某住宅楼位于山西省寿阳县, 该楼为地下 1 层、地上 5 层混合结构 (地下 1 层与 1 层局部为框架
7、, 其余为砖砌体) , 始建于 1996 年, 该建筑地下室层高为2.2 m, 首层层高为 3.6 m, 2 层4 层层高为 3 m, 5 层层高为 3.2 m。该楼室内外高差 0.3 m, 建筑总高度 17.2 m。2 结构检测结构检测包括:地基基础检查、荷载调查、上部结构检查、结构实体检查、材料强度检测、建筑倾斜测量等方面, 分述如下。2.1 地基基础检查由于该建筑周边管线复杂, 现场无法开挖探井对该楼地基基础进行检查。通过现场检测, 未发现该楼存在因地基不均匀沉降产生的墙体裂缝及建筑倾斜。2.2 荷载调查经现场了解, 该楼自投入使用后首层一直作为商铺正常使用, 其余楼层一直作为住宅正常使
8、用, 无荷载突变情况。2.3 上部结构检查上部结构全面检查分为建筑外观检查和结构整体性检查。内容主要包括建筑尺寸复核;构件的几何尺寸检查;承重体系及围护系统外观检查;建筑的结构布置、支撑系统、结构单元的连接构造检查等。经检测发现, 该楼上部结构存在下述缺陷:1) 顶层墙体裂缝。该楼顶层墙体存在裂缝, 裂缝大多为八字形斜向发展, 呈上宽下窄、逐渐收敛状, 最大宽度约 0.5 mm。此类裂缝产生的主要原因为混凝土屋盖受温度应力作用变形程度大于砌体材料, 由此屋盖对砌体形成了水平推力, 导致墙体出现八字形斜向裂缝。同时, 该建筑屋面板存在局部渗漏, 这也导致屋面保温隔热层效果下降, 增大了混凝土屋盖
9、的温度应力。此类裂缝为非受力裂缝, 不影响构件的竖向承载能力, 但在一定程度上削弱了墙体构件的整体性。2) 现浇混凝土屋面板板底钢筋保护层脱落。该楼 5 层 (16) - (18) /?-?轴段现浇混凝土顶板局部钢筋保护层存在脱落, 脱落最大深度约 20 mm, 脱落区域面积约 3.90 m, 脱落区域板底钢筋存在锈蚀, 部分板底钢筋有效截面面积下降幅度达到 40.9%。对脱落区域混凝土表观进行观察, 可见该楼板混凝土掺杂有玻璃等杂质, 水泥浆体颜色发白, 水泥含量较少, 水泥基体较为松散。脱落区域范围见图 1, 脱落区域现状情况见图 2。图 1 板底保护层脱落范围 下载原图图 2 脱落区域现
10、状情况 下载原图该屋面板板底钢筋保护层脱落主要原因在于楼板中钢筋锈蚀出现体积膨胀对混凝土和钢筋两者的界面处产生的拉应力以及混凝土自身密实性较差所致。该轴段屋面板防水未采取专业的防水做法, 其防水效果较差, 在雨雪季节, 少量雨水不断向下渗入, 在长达十余年的时间里, 逐渐使得混凝土中钢筋锈蚀。当钢筋发生锈蚀后, 体积出现膨胀, 由此对混凝土表面碳化层产生拉应力, 进而导致板底混凝土出现大范围脱落。3) 围护结构缺陷。该楼围护结构存在阳台栏板与墙体间裂缝、阳台栏板竖向裂缝、阳台压顶开裂破损、屋面挑檐混凝土泛碱、雨棚板裂缝、雨棚板顶女儿墙裂缝、落水管断裂、屋面渗漏、散水开裂破损等缺陷, 这些缺陷主
11、要由于材料自身收缩、外界环境作用、缺乏必要维护等因素所致。2.4 结构实体检测对该楼混凝土结构部分的梁、板、柱的配筋情况、保护层厚度、构件变形等进行了检测, 均满足现行规范要求的限值。该楼内墙 (轴线) 与外墙交接处、内纵墙与横墙交接处未设置构造柱, 不符合规范要求, 构造措施存在缺失。2.5 材料性能检测该楼砖砌体抗压强度能够达到原设计要求的 MU10 强度等级;混凝土芯样的现龄期抗压强度为 22.0 MPa, 未达到原设计强度等级 C25 的要求;混凝土碳化深度较大, 部分构件碳化深度已经超过钢筋保护层厚度设计值;各层砌筑砂浆现龄期抗压强度均不满足原设计要求的抗压强度。3 结构分析由于该楼
12、为混合结构, 地下 1 层、1 层局部为混凝土结构部分、其余为砌体结构部分, 该体系为抗震不利结构, 结构体系传力途径存在不合理之处。在该结构体系中, 框架与砌体结构两部分抗侧刚度差异较大, 在地震作用下两者亦难以协同变形, 极易出现结构的平面扭转, 砌体结构部分会吸收较大的地震作用力而过早破坏, 从而导致混凝土结构部分失去支撑, 进而出现倒塌破坏。同时, 经计算分析, 该楼部分梁、板、砌体墙体承载力亦存在不足, 需要进行全面加固处理。4 加固改造分析4.1 加固改造原则建筑物加固改造需要切合实际, 符合相关规范要求, 确保加固后建筑安全可靠, 抗震性能良好, 满足建筑使用要求, 同时大幅控制
13、整体造价。4.2 加固改造方案由于该结构体系混乱, 其中框架部分与砌体结构部分混杂, 传力途径较不明确。故在对于加固方案中, 提出将该楼四、五单元 ( (1) - (11) 轴范围) 改造为底部两层框架结构, 即二托四底框结构, 改造期间对上层住户影响较小。4.2.1 承载力不足墙体加固该结构中承载力不足的墙体均采用钢筋网砂浆面层进行加固, 其中外墙墙体均单侧加固, 内墙墙体采用双面加固, 墙体两侧钢筋网采用 S 形钢筋以钻孔穿墙对拉, 对拉间距为 900 mm, 呈梅花桩布置。墙体加固如图 3 所示。4.2.2 新增构造柱由于该建筑抗震构造措施存在不足, 内墙 (轴线) 与外墙交接处、内纵墙
14、与横墙交接处构造柱存在缺失, 故采用图 4 所示方法增设构造柱。构造柱采用 C30微膨胀细石混凝土浇筑。图 3 砌体墙加固图 下载原图图 4 增设构造柱做法 下载原图4.2.3 顶层墙体裂缝处理该建筑顶层墙体裂缝处理时, 应去除墙体表面抹灰层, 采用灌浆设备, 将裂缝修补专用胶液在一定压力下注入裂缝内, 使得裂缝两侧墙体重接粘结形成整体。施工工序如下:沿裂缝将墙体开出 V 形槽, 随后骑槽粘埋灌浆嘴, 灌浆喷嘴的距离为 400 mm1 000 mm, 灌浆管距离为 1 000 mm2 000 mm, 每条裂缝至少留置一个进浆孔和排气孔。在槽面上涂刷改性环氧树脂浆液, 随后嵌填水泥砂浆予以封堵裂
15、缝, 并检验密闭性。最后进行灌浆, 灌浆压力控制 0.2 MPa0.4 MPa, 压力应逐渐增加, 不可冒然增大促使裂缝发展。4.2.4 圈梁改造框架梁在原结构底层和 1 层圈梁两侧各加宽度 150 mm 的钢筋混凝土梁, 同时为确保新增梁与原结构中的圈梁可以协同受力, 每间隔 1 m 凿开墙体浇筑 0.5 m 长度的混凝土现浇带。未浇筑现浇带部分的墙段, 需要在墙段中间预先浇筑混凝土键, 沿梁高度布置两道。加固后的混凝土梁构件可作为框架结构的框架梁。以外墙圈梁为例, 圈梁改造框架梁做法如图 5 所示。图 5 圈梁改造框架梁做法 下载原图4.2.5 框架柱、构造柱加固底部两层部分位置需要新增混
16、凝土框架柱, 其中部分框架柱为直接新增, 部分框架柱通过新增截面法对原砌体结构中的构造柱加固形成。新增及改造的框架柱尺寸包括 670 mm670 mm, 670 mm540 mm, 540 mm540 mm。以外墙角部构造柱为例, 构造柱改造为框架柱加固如图 6a) 所示。以为例, 对既有框架柱加固, 如图 6b) 所示。图 6 框架柱改造做法 下载原图5 结语砌体结构中带有局部框架体系的混合结构, 此类结构传力途径不清晰, 框架与砌体部分刚度相差较大, 不利于抗震。本文详细阐述了此类结构的检测方法, 对发现的问题展开分析, 探讨此类问题的一般性解决方法。本项目中通过改变混合结构体系, 增设框架梁、柱, 改造为底部两层框架结构, 确保加固后的房屋安全可靠。参考文献1张素珍, 郑七振, 齐常军, 等.某底层内框架结构的抗震鉴定与加固J.建筑结构, 2013 (S2) :701-705. 2璩继立, 肖晓初, 张迪.某中学内框架教学楼的加固改造J.工业建筑, 2011,
