既有砌体结构建筑安全性检测及加固设计

李正飞 龙浩

（1.中钢集团武汉安全环保研究院有限公司 武汉 430081；2.长鑫建设集团有限公司 湖北 恩施 445300）

0 引言

在钢铁企业中有许多上世纪建造的砌体结构建筑仍在使用，但由于以往对砌体结构的研究不完善，建造水平不高，导致建筑不符合现行标准、规范的相关要求，且在使用中发现其存在各种重大的安全隐患。本文以一处钢铁企业砌体排架结构库房为例，通过对库房的检测，根据检测结果分析缺陷产生的原因并提出了加固设计方案，保证建筑在目标使用年限的正常安全使用。本加固方案经济、简单、具有可实施性，为存在相同问题的工程提供参考。

1 工程概况

某钢铁企业库房为单层单跨砌体排架结构，建筑长度21.6 m、跨度7.5 m，排架柱下柱截面尺寸为490 mm×1 000 mm，上柱截面尺寸为490 mm×490 mm；钢筋混凝土屋面梁为矩形截面，截面尺寸为250 mm×650 mm；屋面板为预制钢筋混凝土空芯板，板厚120 mm，宽500 mm；库房中布置有1台2 t单轨吊。

该库房在正常使用过程中发现北面山墙与西面墙体连接处开裂，由于建造年代较早，设计图纸缺失，为了解库房结构安全性的现状，保证在目标使用年限内库房能正常使用，需对建筑进行检测。

2 检测内容

为了解建筑产生裂缝的原因及建筑损坏程度，根据《工业建筑可靠性鉴定标准》（GB 50144—2019）［1］，本次结构检测主要包括以下项目：①建筑使用条件的调查；②建筑平面、剖面布置图实测；③建筑砌体强度测试；④建筑排架柱及基础承载能力验算；⑤建筑墙体垂直度情况测试；⑥建筑连接情况检查；⑦建筑结构构件外观质量检查；⑧地基基础评估。

3 现场检测结果

3.1 使用条件

通过向甲方了解，库房原设计为炼铁厂仪器库房，使用多年结构上的作用、使用的环境均未发生过改变。库房北面原为厂房，北面山墙原为厂房墙体，建造库房时东、西面墙体未与北面山墙设置连接，后来厂房拆除，仅保留该处山墙和部分墙垛。

3.2 结构布置实测

建筑平面、剖面布置实测见图1、图2。建筑布置基本合理，南面山墙与东、西面墙体下柱柱顶标高及屋面梁标高处均设置200 mm高圈梁，北面山墙未设置圈梁。

图1 库房平面布置（单位：mm）

图2 库房剖面布置（单位：mm）

3.3 砌体强度测试

根据学者对砌体结构检测方法及其使用要点的研究［2］，本次检测采用间接检测法测试砌体强度，即采用回弹法对砖及砂浆强度进行测试，根据砖及砂浆的测试强度推定砌体强度。根据《砌体工程现场检测技术标准》（GB 50315—2011）［3］，共抽取10个测区进行回弹强度测试。强度测试结果如下：

1）砂浆强度。经测试及计算，各测位的平均碳化深度为4～6 mm，砂浆强度换算值为4.1～6.2 MPa，砌筑砂浆抗压强度推定值为5.2 MPa。

2）烧结砖强度。经测试及计算，各测区砖抗压强度平均值为9.59～15.9 MPa，同一检测单元的强度平均值为13.4 MPa，同一检测单元的砖抗压强度标准值为12.6 MPa，变异系数为0.54，普通烧结砖抗压强度推定等级为MU10。

3）砌体强度。由以上砂浆及普通烧结砖的强度测试结果，根据《砌体结构设计规范》（GB 50003—2011）［4］表3.2.1-1可得：建筑砌体的抗压强度设计值基本能达到1.5 MPa。

3.4 承载能力验算

本次承载能力验算采用中国建筑科学研究院建筑工程软件研究所研发的PKPM结构计算软件对砌体排架柱及基础进行结构验算。由于设计图纸缺失，部分不明荷载按实际调查情况、相关规范及标准取值。

3.4.1 荷载取值

1）根据实际情况取屋面恒荷载、屋面活荷载及吊车荷载。

2）风荷载按《建筑结构荷载规范》（GB 50009—2012）可得［5］：基本风压为0.30 kN/m2，地面粗糙度为C类。

3）地震设计参数按《建筑抗震设计规范》（GB 50011—2010）可得［6］：设计地震分组为第一组，抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度0.05g。

3.4.2 构件尺寸

1）排架柱按实测截面尺寸建模。

2）砌体砖及砂浆强度按实测取值。

3）选取代表性部位人工开挖基础，该基础为无筋扩展基础，混凝土强度、基础截面尺寸及基础埋置深度均按实测值进行建模计算。

3.4.3 验算结果

经过建模计算，砌体排架柱高厚比不超过规范允许值、抗力与效应的比值均大于1满足要求；基础台阶宽高比及承载力均满足要求。

3.5 墙体垂直度测试

采用全站仪及垂球对建筑墙体进行测试，建筑东面、西面、南面墙体倾斜值为10～15 mm，根据规范［1］要求，倾斜值满足B级要求（＞10、≤30和3H/1 000中的较大值）；北面墙体倾斜值为向北29 mm，倾斜值大于B级的规定值。

3.6 连接情况检查

经检查，北面山墙与西面墙体连接处开裂，裂缝最宽处达10 mm（见图3（a）），需加固，其余部位建筑结构构件间连接基本良好。

3.7 结构构件外观质量检查

通过现场检查，砌体排架柱、吊车轨道、墙体、屋面梁、屋面板外观质量基本良好，B2柱牛腿处开裂（见图3（b）），需加固。

图3 建筑缺陷情况

3.8 地基基础评估

通过对上部结构的检测可知，东、西侧墙体垂直度未超过规范允许值，另外单轨吊运行基本正常，说明地基基础工作正常，无不均匀沉降，地基基础的安全性满足要求。

4 缺陷产生的原因分析

本次检测共发现两处缺陷：①北面山墙与西面墙体连接处开裂；②B2柱牛腿处开裂。

1）北面山墙与西面墙体连接处开裂产生的原因为：拆除原有厂房对库房进行改建时未进行检测鉴定，库房北面山墙原为厂房墙体，建造时与东、西面墙体无连接，后来厂房拆除，仅保留该处山墙和部分墙垛，且在厂房拆除的过程中北面山墙受到扰动，墙体向北倾斜，导致此处出现开裂情况。

2）B2柱牛腿处开裂产生的原因为：经检查，该处砌体砌筑方式正确，按《砌体结构设计规范》（GB 50003—2011）［4］公式5.5.1-1：

经过计算，该处抗剪承载能力满足要求，故判断产生裂缝的原因为该处施工质量较差，导致该处砌体结构抗剪承载能力不够，不需要所有柱牛腿部位均加固，仅加固B2柱牛腿即可。

5 加固设计

通过与甲方沟通，库房拟使用4 a，预计4 a后拆除重建，考虑到施工的难易程度，根据规范［7］要求及相关研究［8］，决定采用外包型钢法及钢筋网水泥砂浆面层加固法进行加固，型钢均需做防腐处理。

（1）北面山墙与西面墙体连接开裂处：拆除7线外侧残余纵向墙体，修整平整；在裂缝两侧各200 mm宽清除原粉刷层，挂钢丝网，抹30 mm厚水泥砂浆，并沿柱全高按图4增加拉结。

图4 北面山墙与西面墙体连接处加固方案（单位：mm）

（2）B2柱牛腿处发生了局压破坏，出现齿状裂缝部位：建议先对裂缝进行清理，注无收缩水泥基灌浆料，并沿齿状裂缝处按图5进行加固。

图5 B5柱牛腿处加固方案（单位:mm）

6 结语

本文可为遇到相同情况需检测的建筑提供检测方向，避免找不到缺陷产生的原因或检测错误。该建筑已加固近半年，开裂处未见裂缝发展，因此此加固方案具有可实施性，且施工简单，加固量较小，能够较快地进行加固处理，解决安全隐患，可供类似缺陷加固提供参考。