既有高层建筑的结构检测与鉴定

既有高层建筑的结构检测与鉴定［摘要］本文结合笔者自身具体的工程项目经验，着重从现场结构检测、主体结构验算、结构安全性鉴定评级、结构抗震鉴定、加固处理意见及建议，共五个方面出发，对既有高层建筑结构检测鉴定的工作内容及其中注意事项进行分析总结。希望能为同类结构检测鉴定以及抗震加固工作提供启发与参考。关键词：既有高层建筑；结构检测；结构安全性鉴定；结构抗震鉴定；抗震加固1引言我国高层建筑的发展始于上世纪初，在改革开放后，我国高层建筑更是随着经济的腾飞迈入了高速发展时期，在空前的建设规模下取得令世人瞩目的成绩。但近年来，由于受到建造所处时代技术水平与经济条件的制约，较早建成的一批高层建筑已逐步进入功能退化期，再加上我国城镇化步伐的日趋放缓和既有建筑改造要求的日渐提高，如何针对既有高层建筑结构的可靠性进行合理的检测与鉴定，就变得越来越不可或缺。本文从笔者主持的具体项目出发，分享既有高层建筑结构在进行检测鉴定时的一些工程经验。2工程概况广东省某政府机关办公楼建筑面积约3.2万平方米，房屋高度约98米，地上28层（1〜5层为裙楼），地下1层，上部承重结构形式采用框架-核心筒，基础形式采用灌注桩基础，于1996年主体封顶竣工，并于2004年完成首次改造加固。现因发展需要，政府对该办公楼的使用提出了新的改造要求。根据《既有建筑鉴定与加固通用规范》第2章的相关规定，须对该建筑现状进行了结构检测鉴定（含安全性鉴定和抗震鉴定）。考虑该建筑选取了框架-核心筒这种平面规则、抗侧刚度强、承载能力高的抗震有利结构体系，按照《既有建筑鉴定与加固通用规范》第5.1.3条规定及其相关条文说明的精神，其后续工作年限取40年，将其在抗震鉴定上划分为B类建筑。3现场结构检测该建筑大部分楼层均装修完好并处于正常使用状态，其作为当地政府机关多个职能部门的办公场所，不允许因检测鉴定事宜暂停使用。因此，如何将结构检测工作对现状的不良影响降至最低，就成为了本次检测方案制定的最大难题。在众多检测项目中，对现状破环最大的就是材料强度检测和结构构件钢筋配置检测，笔者主要从抽检数量、抽检位置、检测手段三方面介绍本次检测方案的制定思路。3.1抽检数量我国现行检测、鉴定规范均未对既有建筑的材料性能检测数量作十分明确的规定，一般情况下会参照《建筑结构检测技术标准》第3.3.10条中的B类检测数量确定初检基数。另外，根据《民用建筑可靠性鉴定标准》第4.3.4条和《既有建筑鉴定与加固通用规范》条文说明第3.1.2条规定，当既有建筑的工程图纸资料完整齐全，且不怀疑其真实性和有效性时，可对材料性能仅进行校核性检测。本工程在多方努力配合下，集齐了原设计和首次改造加固的所有设计资料。依照上述相关规范条文精神，为最大限度优化初检数量，本次初检基数将缩减至《建筑结构检测技术标准》第3.3.10条中的A类要求。当初检结果与原设计有明显差异时，才会根据差异程度，考虑扩大样本数量至B类，甚至C类，进行二次抽样检测。3.2抽检位置抽检位置的选择应遵循以下原则:1） 拟检测的楼层应满足《民用建筑可靠性鉴定标准》第7.3.3条的相关规定，即拟检测的代表层应包含底层、顶层和其余楼层中随机抽取••层（m为总层数）。值得注意的是，本条规定的正文内容和相应条文说明的表述并不一致，前者要求除底层、顶层外另增••层，后者要求••层中包括底层、顶层即可。本次检测优先遵循正文的要求，但两者表述异同的理解有待规范主编单位的进一步解释说明。2） 拟检测代表层中抽检的构件，应覆盖所有的结构构件类型，即包括该层楼板及其下的梁、柱、墙。综合考虑构件的代表性、现状恢复和保护的难度、施工工作面要求、施工用水用电条件、办公使用情况等多方面因素后，合理选定具体的检测位置。3.3检测手段对于回弹法，由于其对测区表面的加工要求，现场需要预先对结构构件饰面层进行切割、铲除和打磨，其过程将会产生大量粉尘，对现场相对封闭的办公环境有很大影响。另外鉴于该结构混凝土龄期已远超1000天，回弹检测结果同样需要钻芯法修正。故本工程将直接采用钻芯法检测混凝土强度，并为现场钻芯的污水收集和清洁提前制定专项计划。无论是钻芯取样抑或开凿验筋，均应采用钢筋探测仪提前探明钢筋、预埋件或其他埋置管线的位置和深度，提高工作效率的同时，还能减小对结构造成的损伤。为保证钢筋直径检测有足够的工作面，混凝土保护层的剔除应保证足够的深度和宽度，建议可沿垂直主筋的方向开凿成槽，方便钢筋的观察、对比和测量。开凿后的建筑垃圾应安排专人及时清理。检测工作完成后，所有混凝土的破损和孔洞应及时安排人员用高于原设计强度一个等级的细石砼进行妥善修补恢复。图一现场检测工作照3.4结构检测结论本工程墙柱混凝土的设计强度等级为C25~C40,梁板混凝土的设计强度等级为C25~C35。本次钻芯抽检共计40根框架柱、18面剪力墙、12根结构梁，实验所得的混凝土抗压强度范围为26.4~78.9MPa，均满足原设计要求。本次共抽检40根框架柱、15面剪力墙、39根结构梁、24块楼板的钢筋配置，其纵筋直径与数量、箍筋直径与间距基本符合原设计要求。4主体结构验算（含抗震验算）4.1主要计算参数的选取根据原设计日期，该建筑结构承受的水平荷载（风、地震）的取值依据主要为87版的《建筑结构荷载规范》（下文简称87规范）和89版的《建筑抗震设计规范》（下文简称89规范）。在经过多年规范版本的更新迭代，现行规范的荷载取值与当时相比已存在明显差异，根据《既有建筑鉴定与加固通用规范》中相关规定的要求，现对水平荷载中的部分参数取值作下述优化调整：1）根据现行广东省标准《建筑结构荷载规范》（DBJ15-101-2014）附录E的第E.5节，工程所在地的基本风压能根据地级市分布图进一步细化，故将本工程的基本风压由原设计的0.70kN/m2修改为0.65kN/m2。2）经过几十年的城市发展，工程所在地的相关区域内，平均建筑高度与建筑密度大大增加，根据现行广东省标准《建筑结构荷载规范》（DBJ15-101-2014）附录K，将本工程的地面粗糙度由原设计的B类修改为C类。3） 经验算，本结构以平动为主的第一、第二自振周期分别为二二3.0s、T2=2.5s。根据89规范反应谱，地震影响系数a=（丁甘/丁）。./^且不小于0.2amax，原设计按近震分组，特征周期孔取0.40s，故：4） 虹企竺孕四竺』^=（0.4/25）^=0.1920,^两者均小于0.2a，故取a1=a2=0.2a。又根据现行2016版《建筑抗震设计规范》（下文简称16规范），孔取0.45s，a=［0.20.9-0.02（T-5Tg）］amax，故:口1=［（K n.［）2（3.D-L =｛］.电=瓦事'“一。皿整兰通］%皿三呼3斗心根据《既有建筑鉴定与加固通用规范》第5.3.2条的规定并结合上文所述，B类建筑水平地震影响系数最大值amax的折减系数为：， 0.20.2I根据16规范，7度区（0.1g）多遇地震下的amax取0.08，故其折减后的amax=0.91X0.08=0.073。本工程上部主体结构的主要计算参数取值见表一，计算模型见图三。表一结构计算参数表结构类型框架-核心筒

建筑物安全等级二级建筑抗震设防类别丙类设计地震分组第一组场地土类别III类地震设防烈度7度0.1g水平地震影响系数最大值0.073结构抗震等级二级基本风压0.65kN/m2地面粗糙度C类荷载档案库楼面一般档案库5.5kN/m2；密集柜档案库（柜高2.4m）12.0kN/m2；密集柜档案库（柜高1.9m）10.0kN/m2其他楼面办公室2.5kN/m2；卫生间2.5kN/m2；门厅、前室、过道、走廊3.5kN/m2；大型会议厅3.5kN/m2；通风机房、电梯机房8.0kN/m2；配电间、茶水间等2.0kN/m2屋面上人屋面2.0kN/m2；不上人屋面0.5kN/m2其他楼梯3.5kN/m2；客车车道4.0kN/m2；消防车道35.0kN/m2凝土强度墙、柱-1~6层：C40；7~13层：C35；14~23层：C30；24层及以上：C25梁、板1层：C35；2~13层：C30；14层及以上：C25筋弓.dxl一W12mmI级钢，fy=210N/mm2苴dII级钢，fy=310N/mm2图三结构空间分析模型4.2结构验算结果1） 结构抗震变形验算结果表明，该建筑物在多遇地震作用下的最大弹性层间位移角满足规范要求。2） 框架柱和剪力墙承载力均能满足规范要求。但由于原设计框架柱的混凝土强度等级偏低，即使考虑已有加固措施的有利作用，仍存在部分框架柱轴压比明显超限。3） 考虑梁板已有的粘贴钢板对其承载力的贡献后，结构梁和楼板承载力基本满足规范要求。值得注意的是，在计算受拉钢板的承载力时，应考虑其在二次受力下变形滞后的影响，即根据现行相关加固规范，对其材料强度乘以相应的折减系数。5结构安全性鉴定评级依据现场调查检测和验算复核结果，按照《民用建筑可靠性鉴定标准》第六、七章的相关规定，该建筑物的安全性等级评定详见表二。

表二鉴定单元安全性等级评定结果表鉴定子单元及内容评定结果简述项评定等级单元评定等级-整体单元评M定等级定单元安全性地基基础建筑物层间位移测量值在规范允许范围内，现场检测未发现上部承重结构构件因地基基础不均匀沉降引起的裂缝或变形Bu整体结构安全性等级评定为Bsu部重结构构件安全性上部承重结构承载功能符合规范要求uBu结构整体性结构的整体牢固性基本符合规范要求u结构侧向位移结构侧向位移部分基本符合规范要求u

围护系统承重部分围护系统承重部分满足承载力要求，围护结构构造连接基本符合规范要求Bu鉴定单元安全性等级评定结果地基基础、上部承重结构和围护系统承重部分的子单元安全性等级评为Bu级，整体单元安全性等级评定为Bsu级，即结构安全性尚不显著影响整体承载，可能有极少数构件需采取措施。6结构抗震鉴定经验算复核，该建筑的主体结构抗震承载力尚能满足规范要求，但主体结构抗震措施鉴定结果表明（详见表三），部分框架柱轴压比明显超出抗震鉴定标准的限值要求，此外，其他抗震措施基本满足抗震鉴定标准的要求。因此评定该建筑物整体结构抗震性能不完全满足相关规范的抗震设防要求。表三主体结构抗震措施评定结果表《建筑抗震鉴定标准》中B类建筑的抗震措施要求检查情况定论房屋适用最大高度为120m房屋高度98.55米足框架柱、抗震墙均应双向布置，框架梁与墙、柱中线均宜重合。框架柱、抗震墙均双向布置，框架梁与墙、柱中线基本重合。足评结满满

抗震墙宜贯通房屋全高，且纵横向宜相连。抗震墙贯通房屋全高，且纵横向相连。梁、柱、墙实际达到的混凝土强度不应低于C20抽检的构件混凝土抗压强度最小值为26.4MPa足满梁宽不宜小于抽检的最小梁宽为200mm；截面高宽比不宜203mm；梁高宽比最大为满大于4；梁净跨与梁高之2.7；梁净跨与梁高之比足比不宜小于4最小为5.5梁端纵向受拉筋配梁端纵向受拉筋配筋率不大于2.5%，且混筋率最大为2.0%，且混满凝土受压区高度和有效凝土受压区高度和有效足高度之比不大于0.35高度之比最大为0.22梁端截面的底筋和面筋配筋量的比值不应小于0.3梁端截面的底筋和面筋配筋量的比值最小为0.6足满梁端箍筋加密区长梁端1.5hb范围本基度不小于1.5hb，加密区内，抽检的最大箍筋间最大间距取100mm，最小距为120mm，箍筋直径最满直径为8mm小值为8mm足沿梁全长顶面、底沿梁全长顶面、底满面的配筋不应少于2①12面的配筋最小为4①16足梁加密箍肢距不大梁加密箍肢距最大满于200mm为150mm足柱轴压比不大于0.90框架柱轴压比最大为1.07满足不柱宽不宜小于300mm；柱净高与截面高度之比不宜小于4最小柱宽为700mm；柱净高与截面高度之比最小为2.5分足框架中柱和边柱实际纵向钢筋的总配筋率不应小于0.7%，框架角柱不应小于0.9%框架中柱和边柱实际纵向钢筋的总配筋率最小为1.2%，框架角柱最小为1.2%足柱净高与截面高度之比小于4时，箍筋应全长加密，其直径不小于10mm时，最大间距可取150mm跨高比小于4的短柱，其箍筋直径均不小于10mm，其全高范围内箍筋间距平均值最大为141mm。另外，框架-核心筒结构的外围框架柱主要承担轴力作用，其承受的弯矩和剪力相对较小，构造配筋即可满足承载力要求。本满足节点核芯区箍筋体积配箍率不宜小于0.8%节点核芯区箍筋体积配箍率最小为1.1%足柱加密箍肢距不大于250mm柱加密箍肢距最大为242mm足柱非加密区的实际箍筋量不小于加密区的50%，且箍筋间距不大于15倍纵向钢筋直径柱非加密区的实际箍筋量为加密区的50%，其间距为200mm，大于15倍纵筋直径足墙厚不应小于250mm，周边应有梁（或筒体内主要抗震墙的墙厚最小为250mm，周本部满满基满满满基

暗梁）和端柱（或暗边均设有暗梁和暗柱。满柱）组成的边框。足抗震墙分布筋的最抗震墙分布筋配筋小配筋率为0.25%，间距率最小为0.39%，最大间满不应大于300mm，直径不距为200mm，最小直径为足应小于6mm12mm对于底部加强部对于底部加强部位：位：抗震墙边缘构件的抗震墙边缘构件的纵向钢筋配筋量不应小纵向钢筋最小配筋量为于0.008Ac且不低于0.009Ac且大于4①14，4①14，箍筋或拉筋间距箍筋或拉筋间距为不应大于150mm，直径不150mm，直径为8mm；应小于8mm；对于其他一般部基对于其他一般部位：位：抗震墙边缘构件的本满抗震墙边缘构件的纵向钢筋最小配筋量为足纵向钢筋配筋量不应小0.01Ac且大于4①12，于0.006Ac且不低于箍筋或拉筋间距为4①12，箍筋或拉筋间距150mm，直径为8mm；不应大于200mm，直径不应小于8mm；对于抗震墙的端柱，其箍筋配置为对于抗震墙的端①10@100/200(6)柱，其全高范围内的箍筋，间距不大于150mm，直径不小于8mm续表三《建筑抗震鉴定标准》中检查情况定评B类建筑的抗震措结施要求论抗震墙分布筋，底部加强部位应为双排布置，其他一般部位宜为双排布置。双排分布筋的拉筋，其间距不大于600mm，直径不小于6mm抗震墙的分布筋均为双排布置，其拉筋间距为600mm，直径为6mm足砌体填充墙在平面砌体填充墙在平面和竖向的布置宜均匀对称和竖向的布置基本均匀对称足填充墙应沿框架柱填充墙沿框架柱全全高每隔500mm设2①6高每隔500mm设2①6拉分拉筋，拉筋宜沿墙全长筋，拉筋伸入长度为满拉通700mm足满满部7加固处理意见及建议依据上