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针对某工程安全性检测与加层加固设计的研究
来源:    点击次数:716    发布时间: 2009-06-22
【摘要】某砖混结构教学楼加层加固工程实例,在加层加固之前对原建筑进行现场检测及计算分析,在此基础上,以加层后结构新增荷载的情况和检测所得结构主要承重构件的强度为依据,在确保该建筑结构的安全性作为最重要指标的前提下,对该教学楼进行了加固方案设计,提出对该砖混结构教学楼进行加层加固的方法与具体技术措施。本研究将工程现场实测、试验、加固方案研究紧密结合,对类似工程有较强的参考价值。
【关键词】砖混结构;检测;加层;加固设计
1.工程概况
某工程(中学教学楼)始建于1989年,本为主体4层(两侧为3层)砖混结构,如图1所示,1轴~5轴原为3层,与主体结构之间设置60mm宽的伸缩缝。在1998年校方将原两侧3层直接加层为4层,所有房间全部作为教室使用。该教学楼东西长74m,宽为11.3m,总建筑面积约3345m2;采用水泥砂浆砌筑毛石基础,楼屋面板为混凝土预制空心板(两侧后加4层为现浇屋面)、不上人屋面。原设计基础、梁、板、柱的混凝土强度均为C20;基础墙身采用机制红砖,用M7.5水泥砂浆砌筑;上部砖墙用M7.5混合砂浆砌筑。由于学校办学规模的扩大,校方准备将原(两侧加层后)结构加至5层,仍作为教学使用。为确定该建筑物加层后的安全性状态,对该建筑主控受力构件的承载能力进行检测,并根据相关结构构件的检测结果,对其加层后的结构整体进行设计验算,提出加层后需对原结构加固处理的相关方案。

2安全性检测结果及分析
2.1基础检测
选取1-D、6-E两拐角处的基础,将其上部回填土开挖至基础底面,根据现场勘测,结合原基础施工图及地质勘查报告,检测结果表明:该教学楼基础为墙下条形毛石基础,基础宽度1.6m~1.9m,基础埋深在1.5m左右,表层为30cm混凝土砖石垫层,其下为粉质黏土,平均厚度1.69m,由此可见该教学楼基础坐落在1层粉质黏土上,该土层的层底坡度小于1.2%,满足规范要求,为均匀地基。
2.2墙体的检测
2.2.1外观检测
从外观观察,原4层中部房间的圈梁与墙体间存在较为明显的裂缝,并有渗水现象。通过裂缝显微镜观测,其最大裂缝宽度为0.18mm。经分析该裂缝主要是由于温度变化导致材料之间的不均匀收缩引起的。
2.2.2水泥砂浆强度检测
采用筒压法对墙体水泥砂浆的强度进行了检测,每层随机抽取2个测区,每个测区取三组试样。检测结果表明:本教学楼墙体砌筑砂浆的强度等级总体可推定为 M1O;而在原设计中该教学楼的上部墙体砌筑砂浆强度等级为M5,说明该教学楼的实际砌筑砂浆强度较好,能较好地满足原设计要求,最终按照原设计强度将该教学楼墙体砌筑砂浆强度等级评定为M5。
2.2.3砌体(烧结砖)抗压强度检测
采用砖强度直接取样法对此教学楼的砖砌体的抗压强度进行了检测。所取砖样抗压强度试验结果表明,本教学楼承重墙烧结砖的抗压强度平均值为 13.8MPa,抗压强度标准值为6.8MPa,根据《烧结普通砖强度等级划分规定》,可得出此建筑的砌块(烧结砖)抗压强度等级总体推定为MU1O。与原设计该教学楼的砖砌块强度等级相同,因此该教学楼的砖砌体强度等级综合评定为MU1O。
2.3钢筋混凝土粱的检测
2.3.1外观检测
从外观观测,3层两侧所有承重大梁均存在较为明显的裂缝,裂缝出现的位置大都集中在梁的跨中部位,部分梁在跨中存在上下贯通裂缝,从梁截面底端一直延伸至顶端;通过裂缝显微镜观测,其最大裂缝宽度为0.3mm。3层两侧承重大梁中部裂缝主要是由于两侧加层后荷载变化导致结构的裂缝宽度增加。
2.3.2碳化深度检测
在混凝土表面凿孔、向孔内喷洒1%的酚酞溶液,已碳化的混凝土不变色,未碳化的混凝土变为红色,用游标卡尺测量已碳化与未碳化混凝土交界面到混凝土表面的垂直距离,即为混凝土的碳化深度值;根据现场情况,随机抽取测点对每层的混凝土构件碳化深度进行检测,检测结果发现该楼的混凝土碳化较为严重,每层抽取的3个~5个点(两侧后加层部分除外)其碳化深度均大于45mm,属于中重度碳化。
2.3.3混凝土抗压强度检测
对于构件混凝土抗压强度的测试,根据结构构件的重要性及现场操作的可能性,对屋面混凝土主控构件主要采用回弹法,用钻芯法(修正量法)进行修正,并用超声一回弹综合法进行验证;对楼面梁、构造柱、圈梁等构件混凝土抗压强度主要采用回弹法、超声一回弹综合法进行检测。对每层检测构件的数量,按照《建筑结构检测技术标准》(GB/T50344-2004)最小样本容量数确定。根据现场检测数据综合分析判定:1层~4层主梁、圈梁、1层~2层挑梁修正后的混凝土强度推定值均大于20MPa,3层~4层挑梁修正后的混凝土强度推定值为15MPa,原设计该楼上部结构所有构件混凝土强度等级均为C20,因此1 层~4层主梁、圈梁、1层~2层挑梁混凝土强度等级可综合推定为C20,3层~4层挑梁混凝土强度等级可综合推定为C15。
2.3.4梁的配筋情况检测
本工程检测中采用PS200型系统钢筋探测仪对部分主要承重梁的钢筋分布情况进行了检测。根据扫描结果分析判定:该建筑物的承重主梁、挑梁及封口梁的主筋和箍筋的配置与原图基本吻合。
3加固范围的确定及加固设计方案的确定
3.1加固范围的确定
加层设计要求在原有的标准层基础上再增加一层,首先依据现场实测分析的数据,验算加层后的地基基础、墙体结构、混凝土构件等能否满足承载力和正常使用极限状态的要求,根据其验算结果来确定加层加固构件的范围。
3.1.1基础验算复核及分析
按照选定的组合系数,对上部恒荷载和活荷载进行组合,计算出传至基础上部的荷载值,选用其每一种不同截面尺寸和配筋的基础上部荷载的最大值对该地基基础的承载能力进行验算。由于原设计(89规范)时采用的地基承载能力标准值,在验算过程中将原标准值转化为地基承载能力特征值计算,计算结果表明有两道横墙的基础宽度满足不了加层后的设计要求,其宽度相差200mm。但考虑到该建筑建成已有一定年代,且地基土层分布比较均匀,下部土体无软弱下卧层,地基土受压固结,其承载能力会有所提高,根据该地区的相关经验并取其地基原状土进行实验室试验,可推定其地基承载能力较原设计提高15%左右。据此,进行重建筑与结构设计l新验算,原设计基础能完全满足加层后的承载能力要求。 3.1.2墙体结构的验算复核及分析
根据检测评定结果,采用PKPM软件对该结构加层后墙体抗震性能进行验算。该地区的抗震设防烈度为7度,计算结果表明加层后该房屋一层部分墙体抗力与效应之比小于1.0,得出抗压强度及抗震性能不能较好满足加层后的设计要求,如需加层,必须对不满足加层设计要求的墙体进行加固处理。
3.1.3钢筋混凝土构件的验算复核及分析
根据检测评定结果,对该教学楼加层后原混凝土构件(承重主梁、挑梁、封口梁及楼梯梁)的承载能力进行设计验算,在设计验算过程中采用荷载标准组合;验算结果表明,3层~4层挑梁配筋及原3层两侧大梁、4层所有大梁的配筋均不能较好的满足加层后的承载能力设计要求,必须进行加固处理后方能进行加层施工。
3.2加层加固设计方案的确定
根据3.1的验算结果表明,原房屋结构设计有一定的安全储备,在对承载力不满足要求的墙体及大梁、挑梁进行加固之后,可在不改变原有房屋结构承重体系和平面布置的情况下对该教学楼进行加层改造。
3.2.1墙体的加固设计方案及分析
对抗震及抗压不能满足加层设计要求的墙体,目前可采用的加固方法主要有扶壁柱法加固砖墙、钢筋网水泥浆法加固砖墙、增大截面法增大构造柱等方法。其中钢筋网水泥浆法加固砖墙体的方法较为常用,该方法实际就是在原砌体构件表面做钢筋砂浆面层形成组合砖砌体构件,用以提高构件的承载能力。本工程中也采用该方法来对承载能力不能满足要求的墙体进行加固设计,如图2所示。

3.2.2梁的加固设计方案及分析
对配筋不能满足设计要求的大梁及挑梁可采用增大截面法、粘钢加固法及粘贴碳纤维布加固法进行加固处理。此三种方法均能较好地提高混凝土受弯构件的承载能力,但考虑到本工程工期较紧,且碳纤维加固相对其他两种加固方法具有施工方便,工效很高,加固完成后,基本上不改变构件的自重及体积,并且结构在以后的使用过程中无需再投入维护费用,使用寿命长等优势。因此,在本工程中采用粘贴碳纤维布法对需加固的梁进行加固处理。结合工程实际情况,在挑梁的顶部大梁的底部和侧面粘贴碳纤维布进行抗弯与抗剪加固,如图3、图4所示;对有细微裂缝(裂缝宽度小于2mm)大梁先将梁表面清除干净,用环氧胶泥填缝后,再粘贴一道lOOmm宽碳纤维布。
4.结论及建议
1)在加层设计前必须对原结构的主要承重构件目前的实际强度进行检测;
2)加层设计时需考虑加层部分对原结构的影响,及目前结构主要承重构件强度值,将结构进行整体验算,对验算满足不了加层后使用要求的构件应采取相应的加固措施;
3)对建成已有一定年代建筑,如地基土层分布比较均匀,下部土体无软弱下卧层,可适当考虑地基土承载能力的提高;
4)加层加固设计方案选取过程中,在满足承载能力要求的基础上,应尽量使用施工方便,工效很高,对原结构受力影响小的加固方法

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