大量现有建筑由于建设年代久远, 存在结构老化、抗震性能不足的问题, 需要通过结构加固来解决。有研究针对具体的项目进行分析^[1,2,3,4], 提出了不同的结构加固方案。有研究对不同的混凝土结构加固方法进行优选, 认为综合多种加固方法的优势, 有利于工程在经济和质量方面获得提升^[5,6,7,8]。结构加固研究能避免大拆大建, 具有重要的社会意义。

1) 北楼北楼结构平面布置情况检测结果表明, 该建筑物分为主楼、副楼两部分。主楼为6层砖混结构, 副楼为2层砌体结构, 主楼为上人屋面, 副楼原设计为不上人屋面, 现为上人屋面。主楼首层高4.1m, 其余各层高3.4m, 副楼首层高4.5m, 其余各层高3.2m, 主楼主体结构高度为21.1m, 副楼主体结构高度为7.7m。该建筑物现作为办公楼和实验室使用, 建筑面积约为4 000m², 由于缺失该建筑物的设计施工图纸及相关资料, 结构平面轴线尺寸、结构构件布置等均以现场检测为准。另外, 现有资料表明, 2011年该建筑物主楼屋面加建1层轻钢结构, 作为办公室使用。

2) 南楼南楼为7层框架结构, 首层层高4.2m, 2层以上层高为3.2m。在后期使用过程中, 由于使用需求, 将原 (4) - (5) /?-○K轴区域的走廊及旋转楼梯拆除, 并于1-2/?-?轴区域加建约10m²作为卫生间使用。建筑面积约为1 954.8m², 目前该建筑物用作办公楼, 施工前后立面效果如图1所示。

1) 主楼钻芯法检测评定结构混凝土强度, 结果表明, 该结构构件混凝土强度范围15.3~28.5MPa, 构件混凝土强度批量值为15.3MPa, 由于缺失该建筑物的设计施工图纸及相关资料, 该结构构件混凝土强度以现场检测实际强度为准。

2) 承重砌体强度检测结果表明, 该建筑物主楼1层、4层承重砌体所用黏土砖抗压强度推定等级均<MU7.5, 其余各层承重砌体所用黏土砖抗压强度推定等级均为MU7.5, 1~5层承重砌体所用混合砂浆抗压强度推定值分别为2.1, 5.2, 2.9, 1.9, 4.5MPa, 副楼1层承重砌体所用黏土砖抗压强度推定等级<MU7.5, 2层承重砌体所用黏土砖抗压强度推定等级为MU7.5, 1, 2层承重砌体所用混合砂浆抗压强度推定值为2.1MPa。由于该建筑物原设计图纸及施工资料均已丢失, 该结构黏土砖强度以现场检测实际强度为准。

3) 混凝土柱尺寸及钢筋配置情况检测结果表明, 由于缺失该建筑物的部分设计施工图纸及相关资料, 故该建筑物相关参数以现场测定为准, 混凝土柱构件尺寸为240mm×350mm, 主筋为322, 箍筋为8@100 (200) , 楼梯间柱截面尺寸为400mm×400mm。

4) 承重墙体厚度检测结果表明, 由于缺失该建筑物的部分设计施工图纸及相关资料, 故该建筑物承重墙体厚度以现场检测结果为准, 根据现场检测结果可得出该建筑物采用实心黏土机制砖和混合砂浆砌筑, 厚度为240mm。

5) 由于该建筑物设计和施工资料均已丢失, 根据现场检测结果可得出该建筑物混凝土梁尺寸及配筋如表1所示。

6) 楼板厚度及钢筋配置情况检测结果表明, 由于该建筑物原设计图纸及施工资料均已丢失, 根据现场检测结果可得出该建筑物混凝土楼板厚度及钢筋配置情况如表2所示。

7) 结构构件钢筋保护层厚度检测结果表明, 建筑物抽检的楼板板面钢筋保护层厚度分布在10~29mm, 检测合格点率为68%, 楼板构件钢筋保护层厚度偏大而判定为不合格。

8) 构件损伤缺陷检测结果表明, 该建筑物结构构件主要出现的损伤缺陷有: (1) 构件渗水、钢筋锈蚀该建筑物部分楼板板底存在渗水或钢筋锈蚀现象, 与外界环境湿度大或构件老化有关, 应对其进行必要的修复处理; (2) 承重墙体开洞主楼1~5层部分墙体新开门洞; (3) 新增墙体主楼2~5层新增墙体; (4) 窗洞改门洞副楼1层 ( 墙体窗洞改门洞; (5) 门洞拆除主楼原门洞位置部分拆除。

在上述检测结果基础上, 按照目前使用状况和现行规范对该建筑物结构安全性进行了评估, 其中结构抗震设防烈度取7度, 楼面活荷载取2.0k N/m², 上人屋面活荷载取2.0k N/m², 不上人屋面活荷载取0.5k N/m², 该建筑物安全性鉴定结果如下。

1) 主楼结构安全性鉴定结果

由于建筑物大部分构件承载能力不满足安全使用要求, 且部分楼板钢筋锈蚀, 存在安全隐患, 将上部结构子单元的安全性等级评定为严重影响承载力, 并由此将主楼整体结构的安全性等级评定为严重影响承载力, 即主楼整体结构安全性不符合规范要求, 应采取处理措施。

鉴于该建筑物结构安全性、抗震承载力均不满足安全使用要求, 且材料强度不满足文献[10]要求, 因此评定主楼整体结构抗震性能不满足7度抗震设防的要求。

2) 副楼结构安全性鉴定结果

该建筑物地基基础满足安全使用要求, 地基基础子单元安全性等级评定为尚不显著影响承载力。由于建筑物大部分构件承载力不满足安全使用要求, 存在安全隐患, 将上部结构子单元的安全性等级评定为已严重影响承载力, 并由此得出副楼整体结构的安全性等级为已严重影响承载力, 即副楼整体结构安全性不符合规范要求, 应采取处理措施。

鉴于该建筑物结构安全性、抗震承载力均不满足安全使用要求, 且材料强度不满足文献[10]要求, 因此副楼抗震性能不满足7度抗震设防的要求。

1) 对不满足安全使用要求的构件进行处理。

2) 对材料强度偏低的混凝土构件、承重墙进行加固处理。

1) 钻芯法检测评定结构混凝土强度, 结果表明, 该建筑物抽检的1, 2层框架柱芯样试件抗压强度值分布在15.8~56.6MPa, 由于现场条件限制, 样本数量不足, 且上、下限值偏差>5.0MPa, 根据规范要求, 无法给出混凝土强度批量评定推定值, 仅给出分布区间。抽检的3~7层框架柱芯样试件抗压强度值分布在12.6~24.6MPa, 由于现场条件限制, 样本数量不足, 根据规范要求, 无法给出混凝土强度批量评定推定值, 仅给出分布区间。抽检的2层至屋面层框架梁由于施工质量原因, 导致2个框架梁芯样存在空洞及缺角, 芯样试件抗压强度值分布在9.2~24.1MPa, 由于现场条件限制, 样本数量不足, 且上、下限值偏差>5.0MPa, 根据规范要求, 无法给出混凝土强度批量评定推定值, 仅给出分布区间。

2) 框架柱检测结果表明, 该建筑物抽检的框架柱截面尺寸及钢筋配置情况基本满足设计图纸要求。

3) 框架梁尺寸及钢筋配置情况检测结果表明, 框架梁截面尺寸及钢筋配置情况基本符合设计图纸要求。

4) 楼板厚度及钢筋配置情况检测结果表明, 抽检的楼板钢筋配置情况基本符合原设计图纸要求。

5) 构件混凝土碳化深度检测结果表明, 抽检的框架柱构件碳化深度分布在9.0~50.0mm, 框架梁构件碳化深度分布在3.0~42.0mm, 多数构件碳化深度超过钢筋保护层厚度。

6) 结构构件损伤缺陷情况检测结果表明, 由于该建筑物装修表面完好, 且正在使用, 导致取样位置集中在楼梯间、个别批次取样数量不满足要求, 可能使混凝土强度评定偏差较大。此外, 主体结构构件表面裂缝无法全面检测。

7) 结构地基基础使用情况检测结果表明, 上部结构未发现裂缝或变形, 表明该建筑物地基基础工作基本正常。

根据现场检测结果, 按照文献[9]的规定及设计图纸 (荷载按1989年规范取值) 的要求, 该建筑物结构安全性评定等级依据文献[10]的相关规定进行综合评估, 将该建筑整体结构安全性等级评定为显著影响承载力, 即结构安全性能受到显著影响, 不符合文献[10]的要求, 应采取措施。

根据文献[11-12], 深圳福田区抗震设防烈度为7度;抗震设防类别为标准设防类 (丙类) , 应按本地区抗震设防烈度要求确定其抗震措施。

根据文献[9]要求, 将该建筑物划分为A类钢筋混凝土房屋进行抗震鉴定评估。该建筑物结构形式、框架柱梁混凝土强度等基本满足鉴定标准要求, 部分框架梁抗震承载力不满足安全使用要求, 因此评定该建筑物整体结构抗震性能不满足要求。

1) 建议应委托有资质的单位, 对承载力不满足安全要求的框架梁采用合适的方法进行加固处理。

2) 不应擅自改造、扩建和改变其用途。

1) 对北楼1~5层承重墙采用双面挂钢筋网喷射混凝土和双面挂钢筋网喷抹砂浆方式进行加固处理。

2) 对北楼1~5层混凝土柱采用增大截面方式进行加固处理, 同时新增部分框架柱。

3) 对北楼2层到屋面层混凝土梁采用粘贴碳纤维布方式进行加固处理, 并新增部分钢梁。

4) 对北楼2层到屋面层楼板采用板底粘贴碳纤维布方式进行加固处理。

5) 对南楼2~4层框架柱及混凝土强度等级<C13的柱构件进行加固处理。

6) 对南楼屋面层框架梁及混凝土实测强度等级<C13的梁构件进行加固处理。

7) 对检测鉴定报告提及的建筑物目前存在的楼板裂缝及渗水情况进行修复处理。

8) 如现场施工发现结构出现的裂缝、钢筋锈蚀、围护墙体砌筑质量等损伤情况超出检测鉴定报告提到的范围, 应及时与检测鉴定单位联系进行结构加固。

9) 本工程在结构加固中采用应变片、光纤光栅、分布式压电传感、分布式光纤、超声波探测等多种传感手段, 结合我国20世纪70—90年代建筑物的特点, 利用数学模型、数值模拟等方法建立一套有针对性的既有建筑改造过程中结构表现实时监测系统。同时, 利用BIM平台下的数据接口将监测结果集成到BIM环境下, 实时对施工进行指导和报警。

本工程于2016年12月10日开始动工, 计划工期203d, 2017年7月1日竣工, 使用效果良好。结构加固设计应首先满足规范要求, 可从整体到具体, 在方式的选择上, 可以综合考虑, 选择最经济的方式。采用结构加固的方式进行建筑改造, 可以节约资源、保护环境, 实现节能减排。