宿祥文

(中國有色金屬工業(yè)第六冶金建設(shè)公司,河南@鄭州@450000)

摘要:鄭州某高層混凝土結(jié)構(gòu)位于鄭州東部,為地下2層、地上27層的框架-剪力墻結(jié)構(gòu)。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(wù)、 會(huì)議和娛樂用房 , 6～24層為酒店客房 , 25層為茶座和觀景平臺(tái) , 26層為機(jī)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(nèi)外高差為 0175 m,建筑高度為 97 195 m,局部高度為 110 125 m。

關(guān)鍵詞:高層;建筑質(zhì)量;鑒定;加固處理

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙,本工程抗震設(shè)防烈度為7度(第一組),設(shè)計(jì)基本加速度值為0.15 g,框架抗震等級(jí)為 3級(jí) ,剪力墻抗震等級(jí)為 2級(jí);結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為 2級(jí) ,基本風(fēng)壓為 0.160 kN /m2,地面粗糙度按 A類取用;1～5層為底部加強(qiáng)區(qū)?；炷猎O(shè)計(jì)強(qiáng)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(shè)計(jì)使用年限為50年,室外地面以上構(gòu)件所處的環(huán)境條件均為室內(nèi)正常環(huán)境。本工程場地類別為 Ⅱ類 ,主樓采用樁筏基礎(chǔ) ,采用 <800 mm的鉆孔灌注樁 ,以粉質(zhì)粘土層作為樁端持力層 ,樁進(jìn)入持力層不小于116 m,單樁承載力設(shè)計(jì)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(shí)發(fā)現(xiàn) ,主樓 1～4層的混凝土強(qiáng)度遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)強(qiáng)度,經(jīng)有關(guān)單位進(jìn)行多次檢測(cè),證明主樓 1～4層的混凝土強(qiáng)度確實(shí)不滿足設(shè)計(jì)要求,檢測(cè)結(jié)果見表1。

上述樓板和墻體的混凝土實(shí)測(cè)強(qiáng)度均明顯低于設(shè)計(jì)強(qiáng)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(bǔ)強(qiáng)后繼續(xù)建造,還是需要拆除后重建,業(yè)主一時(shí)無法決斷。為了幫助業(yè)主決策,對(duì)該建筑進(jìn)行了整體鑒定分析,通過鑒定發(fā)現(xiàn),不僅施工質(zhì)量不滿足要求,原設(shè)計(jì)也存在一些問題。

1構(gòu)造措施鑒定

1.1側(cè)向剛度規(guī)則性

通過計(jì)算可知,本工程1～25層側(cè)向剛度規(guī)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(yīng)力曲線如圖1所示。

1.2樓層承載力均勻性

假設(shè)本工程4層以上的混凝土強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求,由于原設(shè)計(jì)1～5層為底部加強(qiáng)區(qū),其豎向構(gòu)件配筋相同,因?yàn)槭┕べ|(zhì)量問題造成1～4層的混凝土強(qiáng)度明顯偏低,直接導(dǎo)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(shè)計(jì)厚度除局部為220 mm外 ,其余均為160 mm,小于規(guī)范要求的180 mm;由于施工質(zhì)量問題,樓板混凝土強(qiáng)度也低于C30,部分樓板未采用雙層雙向配筋,與規(guī)范要求存在差距。

1.4框架和剪力墻的布置

本工程設(shè)計(jì)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(shè)結(jié)構(gòu)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(gòu)件截面尺寸為 1000mm ×500 mm。通過查詢?cè)O(shè)計(jì)單位提供 PKPM 睸AT WE計(jì)算模型發(fā)現(xiàn) ,設(shè)計(jì)單位將這些構(gòu)件按照短肢墻進(jìn)行建模計(jì)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(jì)算能順利通過。根據(jù)規(guī)范規(guī)定,截面高寬比小于3的構(gòu)件按照柱進(jìn)行設(shè)計(jì),且箍筋應(yīng)沿全高加密。這兩種模型計(jì)算結(jié)果的差異,主要有兩點(diǎn)原因:其一是剪力墻僅考慮平面內(nèi)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(gè)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(gòu)件縱橫兩個(gè)方向均有連接,而G軸和K軸上其余的豎向構(gòu)件僅與縱向梁連接,橫向約束較差;其二,規(guī)范規(guī)定,任一樓層框架部分承受的地震剪力不應(yīng)小于結(jié)構(gòu)底部總地震剪力的20%和按框架——抗震墻結(jié)構(gòu)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(qiáng)部位

由于施工質(zhì)量的原因 ,底部加強(qiáng)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(gòu)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(yīng)為 11125 m) ,不滿足要求。

1.6框架柱軸壓比

由于施工質(zhì)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(yàn)算。

根據(jù)主樓已建成部分的混凝土實(shí)測(cè)強(qiáng)度和設(shè)計(jì)圖紙 ,利用中國建筑科學(xué)研究院編制的結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件 PKPMSAT WE對(duì)主樓進(jìn)行了承載力驗(yàn)算 ,結(jié)果表明 ,部分梁、板、柱和墻體的承載力不滿足要求。

(2)結(jié)構(gòu)鑒定結(jié)論。

(1)由于施工質(zhì)量問題 ,墻體和樓板、 梁的混凝土強(qiáng)度偏低 ,直接導(dǎo)致了底部加強(qiáng)區(qū)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(guī)范要求。(2)由于設(shè)計(jì)圖紙問題 ,結(jié)構(gòu)墻肢長度在 26層有突變 ,使得結(jié)構(gòu)側(cè)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(lián)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(nèi)墻連梁未另設(shè)斜向交叉構(gòu)造鋼筋 ,頂層連梁的縱向鋼筋錨固長度范圍內(nèi)未設(shè)置箍筋 ,結(jié)構(gòu)延性較差 ,不滿足連梁的構(gòu)造要求。(3)由于設(shè)計(jì)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(duì)主樓的加固方案。

(1)對(duì)地下室 ～4層的墻體采用鋼筋網(wǎng)噴射混凝土進(jìn)行加固 ,對(duì)柱、 梁、 板采用高強(qiáng)不銹鋼絞線網(wǎng) — 滲透性聚合砂漿的方法進(jìn)行加固 ,確保結(jié)構(gòu)的承載力和樓層受剪承載力的均勻性 ,豎向構(gòu)件的加固應(yīng)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(qiáng)暗柱 ,以利于結(jié)構(gòu)抗震;(3)對(duì)部分較長的墻肢 ,應(yīng)設(shè)置或預(yù)留結(jié)構(gòu)洞口 ,避免剛度過于集中 ,將墻肢設(shè)計(jì)成延性構(gòu)件;(4)在主樓頂部適當(dāng)增加墻體數(shù)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(nèi)設(shè)置箍筋 ,確保連梁作為第一道抗震防線和耗能構(gòu)件的構(gòu)造要求;(6)建議設(shè)計(jì)單位對(duì) 5～7層墻體混凝土采用C35進(jìn)行復(fù)核 ,避免 4, 5層之間的強(qiáng)度突變。該方案經(jīng)業(yè)主組織的專家委員會(huì)審定 ,一致認(rèn)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(jié)構(gòu)安全和 7度抗震設(shè)防目標(biāo)的。

參考文獻(xiàn)

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