苏州某教学楼抗震鉴定分析

戴上秋 朱永顺

(苏州市建设工程质量检测中心有限公司,江苏 苏州 215129)

建筑物的抗震性是否满足要求是判断建筑物质量是否合格的重要指标之一.我国现有混凝土结构抗震鉴定主要依据是《建筑抗震鉴定标准》,该标准根据后续使用年限将建筑物分为A类、B类、C类建筑,并根据不同类型进行鉴定.日本于2001年颁布了最新鉴定标准《既有RC建筑抗震鉴定标准》,其主要以抗震性能综合指数来判定建筑物抗震性能.美国将建筑物抗震性能划分为两类:生命安全和立即居住,并根据需要分别进行1～3级评估[1].

随着新版《中国地震动参数区划图》的颁布实施,我国部分区域的抗震设防烈度发生了改变,为确保人民的生命财产安全,对于设防烈度提高区域的既有建筑应进行抗震鉴定[2-3],并根据鉴定结果采取相应的加固措施,其中学校等人口密集的建筑物更需重点关注.由于早期建成的中小学建筑多为砖混结构,其结构形式复杂、年代跨度大、鉴定任务相对繁重,需要鉴定人员熟练掌握建筑物的抗震鉴定方法.本文针对以上情况,以某中学教学楼为例,系统阐述抗震鉴定的各个环节,为类似鉴定项目提供参考.

1 工程概况

某中学教学楼位于苏州市,始建于20世纪80年代,主体结构为4层,总建筑面积约5 900 m2.该建筑物主体采用砖墙承重,局部大开间采用混凝土框架结构,楼面主要采用混凝土预制空心楼板,局部采用钢筋混凝土现浇楼板.整栋建筑物长64 m,未设置变形缝.基础采用墙体条形基础及柱下独立基础.该教学楼外立面如图1所示.

图1 教学楼立面图

2 现场检查与实体检测

对结构进行抗震鉴定前,为了解建筑的基本情况,首先需要对原有结构进行现场检查与实体检测,主要包括混凝土构件外表面观测、结构性裂缝检查、结构变形测量、构件的几何尺寸、材料强度是否与设计资料相符合等.

2.1 结构构件外观质量检查

如图2～3所示,教学楼砌体结构墙体采用八五粘土砖砌筑,经开凿检查,多处外墙表面存在结构性裂缝,且墙体砌筑砂浆不饱满.如图4所示,该教学楼连廊与主体结构连接处的牛腿存在不同程度的开裂、露筋、钢筋锈蚀现象,其他区域结构节点未发现工作异常情况.对主体结构顶点位移进行检测,未发现明显变形、歪扭等情况.

图2 墙体结构性裂缝

图3 墙体砌筑砂浆不饱满

图4 牛腿处开裂、露筋现象

2.2 构件尺寸及钢筋配置检测

根据现场调查结果,对基础及梁、柱构件进行分类整理并根据《建筑结构检测技术标准》(GBT50344-2004)中的要求,在不同类型构件中抽样,进行构件尺寸及钢筋配置检测,其中钢筋配置采用钢筋位置测定仪和局部破损相结合的方法检测.实测结果显示,梁、柱、基础尺寸及纵向钢筋配置与设计图纸相符,基本符合原设计资料的要求.

2.3 结构材料强度检测

由于该教学楼为砖混结构,对于混凝土区域,采用钻芯法测定混凝土强度;对于砌体区域,分别采用贯入法测定砌筑砂浆抗压强度,回弹法测定烧结粘土砖抗压强度.检测结果表明:混凝土强度基本小于20 MPa,不满足设计强度等级C20的要求;砌筑砂浆抗压强度推定值在0.5～1.2 MPa之间,粘土砖强度推定值在11.0～19.1 MPa之间,可见砌体结构部分质量普遍较差且离散性较大.

3 抗震鉴定

新版《中国地震动参数区划图》中,苏州的基本地震动峰值加速度已由0.05g调整到0.10g(抗震设防烈度由6度调整为7度).同时,根据《建筑工程抗震设防分类标准》(GB50223-2008)[4],中小学宿舍、教学楼属于乙类建筑,应划分为重点设防类.根据抗震设防分类标准的相关规定,重点设防类建筑应按高于本地区抗震设防烈度一度的要求加强其抗震措施,故该教学楼按8度标准进行抗震构造措施核查.

由于该教学楼建于20世纪80年代,后续使用年限按30年考虑,依据抗震鉴定标准,应采用A类建筑的抗震鉴定方法,分别进行第一级鉴定和第二级鉴定[5-6].

3.1 第一级鉴定

A类砌体房屋抗震第一级鉴定主要检查房屋的抗震措施是否满足要求,主要核查以下5个部分:房屋的高度和层数,房屋的结构体系,材料强度,房屋的整体性连接构造以及房屋中易引起局部倒塌的部件及其连接.

根据原始建筑结构设计图纸和现场调查结果,该工程的抗震措施不满足A类建筑的抗震鉴定要求,其中主要体现在以下几个方面:1)教学楼最大高度超过13 m;2)部分墙体砌筑砂浆强度低于M1;3)跨度较大的房间未采用现浇或装配整体式楼盖、屋盖.

3.2 第二级鉴定

根据第一级鉴定结果及《建筑抗震鉴定标准》(GB50023-2009)[7]中相关规定,该教学楼采用楼层综合抗震能力指数方法进行二级鉴定,其中楼层综合抗震能力指数按下式计算:

式中,βci,βi分别是第i楼层的纵向或横向墙体综合抗震能力指数和平均抗震能力指数;ψ1,ψ2分别为体系影响系数和局部影响系数;Ai和Abi分别表示抗震墙在层高1/2处净截面积的总面积和第i楼层建筑平面面积;ξ0i是第i层楼的抗震墙基准面积率;λ是烈度影响系数,该教学楼按1.0取值.

第二级鉴定分析时,构件截面尺寸、钢筋直径及间距均根据现场检测结果进行取值;混凝土强度、砌筑砂浆强度和砌筑粘土砖强度等材料参数按现场检测最小值取值,即上部结构混凝土强度取17.9 MPa、砌筑砂浆强度取0.5 MPa、砌筑粘土砖强度等级相当于MU10级;结构所受荷载按《砌体结构设计规范》及《建筑抗震设计规范》中相关规定进行取值,若结构存在拆改等改变使用荷载的情况应按实际情况折算其荷载.

对该教学楼采用PKPM软件进行建模分析,经计算该教学楼第二级鉴定结果见表1.由表1可知,该教学楼一、二、三层纵向、横向综合抗震能力指数均小于1,故该工程不满足抗震鉴定要求,需要进行抗震加固处理.

表1 教学楼各楼层综合抗震能力指数

4 鉴定结果与处理建议

通过对教学楼的现场检查、检测及抗震鉴定分析,该教学楼主要存在以下几个问题:1)部分外墙表面存在结构性裂缝;2)墙体砌筑砂浆不饱满,且部分砂浆强度低于抗震鉴定要求;3)连廊与主体结构连接处的牛腿开裂破损严重;4)房屋最大高度及屋盖结构不满足抗震鉴定要求;5)教学楼1～3层的承载力不满足结构安全性要求.

根据鉴定结果,应充分考虑现有结构实际情况对教学楼进行加固处理,重点针对承载力不足及破损严重的构件,可采用钢筋网砂浆面层加固、黏贴碳纤维布等方法进行处理.此外,对于不满足抗震构造措施要求的部位,可采取增设构造柱、提高地面标高等改造措施进行处理.

5 结 论

由于我国地震灾害较多,为确保广大人民的生命财产安全,各级政府高度重视建筑物的抗震安全性能,尤其是量大面广的中小学建筑.本文通过具体的工程实例,根据其自身特点进行抗震分析,详细阐述了教学楼抗震鉴定的各个环节,解决了既有教学楼由于抗震设防分类提高带来的安全问题.此教学楼的抗震鉴定可以为类似工程鉴定项目提供参考.

[1] 白雪霜.现有钢筋混凝土框架结构抗震鉴定方法试验研究[D].中国建筑科学研究院,2012.

[2] 韩 芳,黄克戳.偏心化工厂房结构抗震性能分析[J].三峡大学学报:自然科学版,2004,26(6):520-523.

[3] 毕继红,常献辉,逯 鹏,等.基于ANSYS的剪力墙结构抗震性能分析[J].三峡大学学报:自然科学版,2012,34(6):68-72.

[4] GB 50223-2008.建筑工程抗震设防分类标准[S].

[5] 程绍革,史铁花,戴国莹.现有建筑抗震鉴定的基本规定[J].建筑结构,2010,40(5):1-3.

[6] 程绍革.《建筑抗震鉴定标准》GB50023修订介绍[J].工程抗震与加固改造,2010,32(1):117-121.

[7] GB 50023-2009.建筑抗震鉴定标准[S].