高層混凝土建筑質量問題的鑒定與加固處理探討

宿祥文

(中國有色金屬工業第六冶金建設公司,河南@鄭州@450000)

摘要:鄭州某高層混凝土結構位于鄭州東部,為地下2層、地上27層的框架-剪力墻結構。主樓建筑面積為 22 950 m²(不含地下室和裙房 )。1～5層為辦公、 商務、 會議和娛樂用房 , 6～24層為酒店客房 , 25層為茶座和觀景平臺 , 26層為機房。1～4層層高為412 m, 5～22層層高為 313 m, 23～27層層高為 412m,室內外高差為 0175 m,建筑高度為 97 195 m,局部高度為 110 125 m。

關鍵詞:高層;建筑質量;鑒定;加固處理

根據設計圖紙,本工程抗震設防烈度為7度(第一組),設計基本加速度值為0.15 g,框架抗震等級為 3級 ,剪力墻抗震等級為 2級;結構安全等級為 2級 ,基本風壓為 0.160 kN /m2,地面粗糙度按 A類取用;1～5層為底部加強區?；炷猎O計強度:7層以下 (含7層 )采用 C40混凝土,8～16層頂采用C35混凝土,17層以上均采用C30混凝土。設計使用年限為50年,室外地面以上構件所處的環境條件均為室內正常環境。本工程場地類別為 Ⅱ類 ,主樓采用樁筏基礎 ,采用 <800 mm的鉆孔灌注樁 ,以粉質粘土層作為樁端持力層 ,樁進入持力層不小于116 m,單樁承載力設計值不小于 3000 kN,有效樁長不小于 22 m。2005年初 ,建至地上4層時發現 ,主樓 1～4層的混凝土強度遠低于設計強度,經有關單位進行多次檢測,證明主樓 1～4層的混凝土強度確實不滿足設計要求,檢測結果見表1。

上述樓板和墻體的混凝土實測強度均明顯低于設計強度C40,而且混凝土不均勻,離散性較大。該建筑已建部分能否通過加固補強后繼續建造,還是需要拆除后重建,業主一時無法決斷。為了幫助業主決策,對該建筑進行了整體鑒定分析,通過鑒定發現,不僅施工質量不滿足要求,原設計也存在一些問題。

1構造措施鑒定

1.1側向剛度規則性

通過計算可知,本工程1～25層側向剛度規則性基本滿足要求,但26～27層墻肢長度急劇減少,部分退化成異形柱,存在剛度突變,不利于抗震,地震作用下樓層最大反應力曲線如圖1所示。

1.2樓層承載力均勻性

假設本工程4層以上的混凝土強度滿足設計要求,由于原設計1～5層為底部加強區,其豎向構件配筋相同,因為施工質量問題造成1～4層的混凝土強度明顯偏低,直接導致4、5層的受剪承載力存在突變,不利于抗震。

1.3地下室嵌固

本工程地下室頂板設計厚度除局部為220 mm外 ,其余均為160 mm,小于規范要求的180 mm;由于施工質量問題,樓板混凝土強度也低于C30,部分樓板未采用雙層雙向配筋,與規范要求存在差距。

1.4框架和剪力墻的布置

本工程設計1軸墻體(從 1層至頂層 )為一字墻, 25, 26層也有部分橫墻為一字墻,抗震墻平面外剛度較弱。部分橫墻長度為 10 m,未開設結構洞口 ,墻段的高寬比小于 2,洞口連梁的跨高比小于 6,使得剪力墻延性較差 ,不滿足要求。另外 , G軸和 K軸的豎向構件截面尺寸為 1000mm ×500 mm。通過查詢設計單位提供 PKPM 睸AT WE計算模型發現 ,設計單位將這些構件按照短肢墻進行建模計算 ,其理由為:按照框架柱建模,則框架柱的承載力不能滿足要求,而按照短肢墻輸入,則計算能順利通過。根據規范規定,截面高寬比小于3的構件按照柱進行設計,且箍筋應沿全高加密。這兩種模型計算結果的差異,主要有兩點原因:其一是剪力墻僅考慮平面內的受力,平面外的剛度較弱,一般不予考慮,而框架柱需要考慮縱橫兩個方向的作用。本工程G軸和K軸上與2,3,4,5軸相交部位的構件縱橫兩個方向均有連接,而G軸和K軸上其余的豎向構件僅與縱向梁連接,橫向約束較差;其二,規范規定,任一樓層框架部分承受的地震剪力不應小于結構底部總地震剪力的20%和按框架——抗震墻結構分析的框架部分各樓層地震剪力中最大值115倍兩者的較小值。

1.5底部加強部位

由于施工質量的原因 ,底部加強部位在重力荷載代表值作用下部分墻肢的軸壓比大于 016,不滿足要求。部分約束邊緣構件沿墻肢的最小長度為0155 m,而該墻肢長度為 715 m (墻肢的最小長度應為 11125 m) ,不滿足要求。

1.6框架柱軸壓比

由于施工質量的原因 ,本工程部分柱的軸壓比大于 0185,不滿足要求。

1.7連梁

(1)承載力驗算。

根據主樓已建成部分的混凝土實測強度和設計圖紙 ,利用中國建筑科學研究院編制的結構計算軟件 PKPMSAT WE對主樓進行了承載力驗算 ,結果表明 ,部分梁、板、柱和墻體的承載力不滿足要求。

(2)結構鑒定結論。

(1)由于施工質量問題 ,墻體和樓板、 梁的混凝土強度偏低 ,直接導致了底部加強區部分墻肢的軸壓比大于 016,部分柱的軸壓比大于 0185, 1～4層部分墻、 柱、 梁和樓板的承載力不滿足規范要求。(2)由于設計圖紙問題 ,結構墻肢長度在 26層有突變 ,使得結構側向剛度突變 ,不利于抗震。1軸墻體為一字墻 , 26, 27層橫墻為一字墻 ,平面外聯系較弱;少部分橫墻長度為 10 m,墻段的高寬比小于2,洞口連梁的跨高比小于 6,內墻連梁未另設斜向交叉構造鋼筋 ,頂層連梁的縱向鋼筋錨固長度范圍內未設置箍筋 ,結構延性較差 ,不滿足連梁的構造要求。(3)由于設計建模的偏差 ,將框架柱按照短肢墻輸入 ,使得框架柱的承載力不能滿足要求。

(3)對主樓的加固方案。

(1)對地下室 ～4層的墻體采用鋼筋網噴射混凝土進行加固 ,對柱、 梁、 板采用高強不銹鋼絞線網 — 滲透性聚合砂漿的方法進行加固 ,確保結構的承載力和樓層受剪承載力的均勻性 ,豎向構件的加固應延伸至地下室;(2)將單向布置的剪力墻改為雙向布置或在端部增加端柱或加強暗柱 ,以利于結構抗震;(3)對部分較長的墻肢 ,應設置或預留結構洞口 ,避免剛度過于集中 ,將墻肢設計成延性構件;(4)在主樓頂部適當增加墻體數量 ,避免樓層剛度突變;(5)頂層連梁的縱向鋼筋錨固長度范圍內設置箍筋 ,確保連梁作為第一道抗震防線和耗能構件的構造要求;(6)建議設計單位對 5～7層墻體混凝土采用C35進行復核 ,避免 4, 5層之間的強度突變。該方案經業主組織的專家委員會審定 ,一致認為 ,在采取上述加固處理措施后 ,主樓的承載能力基本是可以滿足結構安全和 7度抗震設防目標的。

參考文獻

[1]@彭亞萍,劉增夕,徐新生,初鳳榮. GFRP在土木工程結構中的應用形式 [J].高科技纖維與應用,2002,(5).