既有旧楼改造承载力检测及加固评定技术研究.pdf

科学技术创新 2023.21既有旧楼改造承载力检测及加固评定技术研究程沙沙（广西建设职业技术学院，广西 南宁）引言城市的建设日新月异，带来建基项目不断发展，目前国内许多城市存在资金不足等问题，需对资金进行合理的优化使用，同时为减少既有旧楼废弃对环境的不利影响，基于旧楼改扩建技术成为目前关注的方向。旧楼改扩建技术需先对旧楼的情况进行摸查1，并根据摸查结果对旧楼进行安全性鉴定2，再进行加固保护措施，最后采取针对性的措施进行改扩建施工。国内外大量的学者从事该项研究，如：Martinaomodkov 等3研究世界各地老桥，根据年代和退化程度，进行承载能力分析及研究，及后期的承载能力降低趋势预估详细可靠性和寿命，并提出加固需求；陈章4就抗震加固施工中化学植筋技术，混凝土湿喷法对砖墙加固施工技术，混凝土柱构件粘钢加固技术在该工程中的应用作了分析与研究；魏嬿5考虑荷载和抗力的时变性及基本变量的随机性，建立结构可靠度分析的荷载效应模型和抗力效应模型，包括考虑评估基准期和活载影响修正系数建立车辆荷载效应模型；姚瑞6针对既有房屋勘探不准确，地基承载力及结构构件设计估计不足，施工中质量不过关，地下水使用过度，自然灾害等,导致建筑物整体沉降或沉降不均或产生结构构件破损问题提出了加固及保护措施。1工程概况南方某市针对医院旧楼进行改扩建，该房屋主楼为三层、副楼为二层砖混结构建筑，建筑高度为 10.6摘要：既有旧楼改扩建时需对其承载力进行有效校核，因许构件年代较为久远，构件强度检测存在一定的局限性，故很难通过有效的方式确定既有旧楼构件的承载能力计算。为解决该类问题，首先需通过现有的检测手段对既有旧楼的地基承载力、结构强度及裂缝、结构尺寸以及建筑物的垂直度进行多个样本检测，并通过样本点的正态分布，确定满足 95%概率情况下的承载力临界值作为其承载力标准值，再将承载力标准值与结构荷载永久效应值进行比较以确定其结构的可靠度，最后将二者进行比较以评定其安全等级，同时根据不同的安全等级选取不同的加固方式。研究表明，通过对既有旧楼的各构件进行多样本检测，并通过正态分布概率函数确定的标准值可有效的代表既有旧楼的各构件承载力。基于该承载力的评定加固方式有效的保证了既有旧楼改扩建所需的安全措施，该方法可行，实现了旧楼改造经济效应。关键词：既有旧楼；改扩建；检测；正态分布；承载力中图分类号院TU746.3文献标识码院A文章编号院2096-4390渊2023冤21-0132-05基金项目：2023 年度广西高校中青年教师科研基础能力提升项目：“既有砌体结构房屋抗震鉴定与加固方法研究”（项目编号：2023KY1200）。作者简介：程沙沙（1986-），女，硕士研究生，讲师，研究方向：建筑工程检测与加固。图 1旧楼现状132-2023.21 科学技术创新RRKRm，建筑总面积为 2 359.4 m2，约建上世纪 80 年代，无设计图纸。旧楼采用预制板楼屋面，且无圈梁及构造柱，有地梁，片石条形基础，现场图可详见图 1。旧楼改扩建是一种基于原有既有建筑物基础之上，进行既有建筑物的加固，同时在原有的建筑物周边进行改扩建，扩建过程会破坏原有结构，故需进行原有建筑物加固，加固前需对原有建筑物进行强度检测。既有建筑物的强度检测主要包含对地基基础检查及承载力检测、结构构件鉴定检查、结构顶点侧向位移（垂直度）测量、主体结构承载力验算结果。2既有建筑物强度检测2.1地基基础检查及承载力检测地基基础的检测主要针对地面开裂、倾斜和变形进行检测，并根据检测数据分析其构件的承载能力。检测方法常采用“轻型圆锥动力触探法”对该基础底面标高进行地基承载力检测，轻型圆锥动力触探是利用一定的锤击能量(锤重 10 kg)，将一定规格的圆锥探头打入土中，根据贯入锤击数推定地基土的承载力。针对该楼梯承载力检测，该工程对基础开挖 3 处进行检测，基础主要为片石基础，埋深为 900 mm，主要是开挖出可检测的基础部位，开挖现状见图 2。2.2结构及构件裂缝和质量缺陷检测结构构件质量检测主要针对砌体结构和混凝土构件的质量缺陷检查。该检测需根据楼梯的结构形式，对楼面，板，墙等结构进行检测，并根据变形等情况进行裂缝开展情况的楼梯的整体情况检测。根据现场巡查及整体检测可知，各层预制板间开裂比较普通，存在一定的整体风险，但对该房屋砌体结构检查时，未发现墙体存在明显的开裂变形现象。综合所知，各构造间存在一定的变形位移，但其变形可控，无不可修复加固的变形事故。2.3结构构件鉴定检测结构构件主要为砌体砌筑砂浆、烧结砖、混凝土及其构件截面、混凝土结构实际构件配筋情况检测，针对不同的构件所采取的方法不尽相同，具体如下：（1）砌体砌筑砂浆抗压强度检测砌体砌筑砂浆检测采用“贯入法”对该工程砌筑砂浆进行抗压强度检测，抽取 6 个构件，根据 贯入法检测砌筑砂浆抗压强度技术规程（JGJ/T 136-2017）的相关规定进行砌筑砂浆强度检测。（2）混凝土抗压强度检测混凝土抗压强度检测采用“回弹法”对该工程混凝土构件抗压强度进行检测，抽取 5 个构件，根据 回弹法检测混凝土抗压强度技术规程（JGJ/T 23-2011）进行混回抗压强度检测。（3）混凝土结构构件配筋情况检查混凝土结构构件配筋检测采用一体式钢筋扫描仪对该工程可检测区域的梁构件各随机抽取 5 个构件进行了主要受力钢筋数量及箍筋间距检测。2.4结构顶点侧向位移（垂直度）检测垂直度检测采用经纬仪结合钢卷尺对该工程可测的 3 个大角共 6 个方向侧向位移（垂直度偏差）进行测量，主楼测量高度为 10.2 m，实测偏差值为 14mm、18 mm、22 mm、16 mm、12 mm、16 mm。3检测强度及可靠度分析3.1结构可靠度设计与评定方法各构件承载力一般可表达为：(1)式中的构造均值系数根据各构件安全性系数确定，构件承载力 Rk是根据计算模式不定性系数 浊R、材料强度 fi、几何参数 ai三者的标准值 浊Rk、fik、aik按规范规定的承载力计算公式确定，如式（2）所示：(2)式中，具体参数详见式（4）-式（5）所示：(3)图 2楼梯裂缝现状RkRRk1122,kRkkkkRfafaR133-科学技术创新 2023.21(4)(5)取值按式（6）-式（8）所示：(6)(7)(8)即承载力的标准值按 95%的保证率确定，具体为式（9）：(9)3.2安全结构鉴定标准及处理要求结构构件安全结构鉴定分为单构件、子单元和单元进行鉴定，单元由子单元组成，同时子单元由各构件组成，当构件满足总体结构承载能力时安全等级为，为最佳状态，根据承载能力的衰弱，等级不段降低，具体见表 1。3.3各构件安全检测评定构件检测结果选用多样本，并通过多样本获取的承载力值进行均值与方差计算，通过正态函数的分布，求取满足 95%的概率的事件下，其承载力临界值可定义为承载力标准值，并与改扩建强度所需荷载永久值进行比较，具体见表 2。根据表 2 的结果可知，不同的部位其安全性鉴定不一样，具体如下：（1）地基基础安全性鉴定评级：现场检查未发现房屋存在因基础不均匀沉降引起的开裂变形现象，房屋整体无倾斜。参照表 1 地基基础安全性鉴定评级的相关规定，该房屋地基基础安全性鉴定评级为 bu级。（2）上部承重结构安全性鉴定评级：根据结构现有外观质量，经检测该房屋主体结构无明显变形、倾斜现象，但该房屋多处砌体抗力与荷载效应之比小于 0.90。根据表 1 该建筑上部承重结构安全性鉴定评级为 du级。（3）鉴定单元安全性鉴定评级：综合现场检测结果并参照表 1 对鉴定单元安全性鉴定评级的相关规定，该建筑安全性等级评为 du级。4加固方法既有建筑物检测主要是针对建筑物的各构件进行承载力强度及可靠度进行检测，并根据各构件的监测结果，对结构的主体进行设计。根据检测结果确定施工方法，并采取相应的措施对既有构件进行加固。4.1植筋工程植筋即以专用的结构胶粘剂将带肋钢筋或全螺纹螺杆锚固于基材混凝土中。在混凝土上钻一定直径和深度的孔，采用胶粘剂使新增的拟用钢筋或螺杆与混凝土粘结牢固，并使新增钢筋或螺杆能发挥设计所期望的性能。作用在植筋上的拉力通过胶粘剂向混凝土中传递。植筋工艺简单，锚固快捷，安全可靠，因而广泛应用于结构加固、补强、新老结构连接、补埋钢筋、后埋钢构件的方面。4.2钢筋网砂浆面层（混凝土面层）加固墙体工程4.2.1基层处理保证加固层与原墙面可靠粘结，对原墙有损坏或酥碱较严重的部位，应先进行局部拆砌，修补。对墙面原有强度较低、粘结不牢的粉饰层、光滑的面砖或石料饰面层等必须铲除，并用钢丝刷和压力水刷洗干净，对粘结良好无空膨的原有水泥砂浆粉饰层可不铲除，但应凿毛，并将表面油污等用高压水刷洗干净。以(1,2,)fiikfiufiKiiaikaa1R1ia iff11-1.645i121212,RRffaaffRK等级 分级标准 处理要求 au 安全性符合本标准对 au级的要求，具有足够的承载能力 不必采取措施 bu 安全性略低于本标准对 au级的要求，尚不显著影响承载能力 可不采取措施 cu 安全性不符合本标准对 au级的要求，显著影响承载能力 应采取措施 du 安全性极不符合本标准对 au级的要求，已严重影响承载能力 必须及时或立即采取措施 表 1安全性鉴定分级标准及处理要求134-2023.21 科学技术创新表 2各构件承载力的标准值按 95%的保证率确保面层与基层可靠粘结。4.2.2钢筋网铺设铺设钢筋网时，竖向钢筋应靠近原墙面，钢筋网片与墙面空隙不小于 5 mm，采用短钢筋或砼垫块架起钢筋网片保证距离。钢筋网与周边构件墙体的连接，如短钢筋、胀管螺栓与钢筋网的焊接应检查核实。钢筋网与墙体的固定，双面加固时采用 S 形 6 钢筋以钻孔穿墙对拉，间距为 900 mm，呈梅花状布置;单面加固时采用 L 形 6 构造，锚固钢筋以凿洞填 M10 水泥砂浆锚固，孔洞尺寸为 60 mm60 mm，深 150 mm，间距为 600 mm，成梅花状交错排列。4.2.3水泥砂浆面层采用水泥砂浆强度等级为 M10 进行压抹，应先沿墙面往返浇水湿润，并待墙面稍干后再进行抹灰。水泥砂浆必须分层抹至设计厚度，砂浆面层般分三层抹，第一层要求将钢筋网与砌体间的间隔空隙拣实，初凝后抹第二层，要求砂浆将钢筋网全部罩住，初凝后再抹第三层至设计厚度。各层砂浆的接茬部位必须错开，要求压平粘牢，最后一层砂浆初凝时，再压光二三遍，以增强密实度。5结论旧楼改扩建工程实施前，需对原有的旧楼进行承载力强度检测，但因样本点的随机性，其强度检测结果不能直接进行应用，需通过随机概率对样本点进行正态函数分布，获取可利用的 95%概率标准值，并评定结构安全等级，并选取加固方式，具体如下：（1）地基基础承载力强度略低于标准 80 kPa，安全等级为 bu；旧楼东墙的强度低于标准值的 90%，安全等级为 du；旧楼西墙的强度略低于标准 9.2 MPa，安全等级为 bu；梁的强度略低于标准 23.5 MPa，安全等级为 bu。（2）根据旧楼的安全等级评定结果，对旧楼东墙进行钢筋网补充加固，并对梁结构进行植筋加固已满足改扩建工程的承载能力要求。参考文献1赵冬雪,甄侦,张传义.砖混结构旧楼改造及问题处理序号 部位 承载力类型 样本数 平均值 标准值(按 95%)安全分级 处理措施 1 地基 1 18 99 78 2 地基 2 20 115 97 3 地基 3 实测锤击数（击/30 cm）推定 基本承载力(kPa)18 99 75 bu(略低于标准 80 kPa)可不采取措施 4 东一层墙 QS10 10 0.8 0.6 5 东二层墙 QS17 10 3.1 2.6 6 东三层墙 QS17 砂浆抗压强度 换算值 fc2,j(MPa)10 0.8 0.6 du(低于标准值的 90%)应采用钢筋网砂浆 面层（混凝土面层）加固 7 西一层墙 QS10 10 11.8 9.7 8 西二层墙 QS17 10 10.8 8.7 9 西三层墙 QS17 测区抗压强度值 f1i (MPa)10 8.4 7.9 bu(略低于标准 9.2 MPa)可不采取措施 10 屋面梁 T7 15 24.0 22.7 11 三层梁 ST9 15 24.6 23.0 12 二层梁 ST10 测区混凝土抗压 强度换算值(MPa)15 25.1 23.9 du(略低于标准 23.5 MPa)应采用胶粘剂 将带肋钢筋锚 固于混凝土 135-科学技术创新 2023.21J.低温建筑技术,2012(8):2.2Khani,HamedFazli,Back,etal.Theinfluenceofpre-existingstructureonthegrowthofsyn-sedimentary normal faults in a deltaic setting,NigerDeltaJ.Journal of structural geology,2015.3Martinaomod侏kov佗,LehkD,Ji侏Doleel,etal.Modelingofdegradationprocessesinconcrete:Probabilisticlifetimeandload-bearingcapacityassessment of existing reinforced concrete bridges-ScienceDirectJ.Engineering Structures,2016,119:49-60.4陈章.抗震加固改造施工技术在建设部大院旧楼改造工程中的应用与研究J.建筑结构,2007(S1):7.5魏嬿.基于可靠度理论的既有桥梁承载力评估D.成都：西南交通大学,2012.6姚瑞.既有房屋安全管理研究D.沈阳：沈阳建筑大学,2017.Research on Bearing Capacity Testing andReinforcement Evaluation Technology ofExisting old BuildingsCheng Shasha（Guangxi Construction Vocational and Technical College,Nanning,China）Abstract:The bearing capacity of existing buildings should be checked effectively when they arerenovated and expanded.It is difficult to calculate the load-carrying capacity of existing components in aneffective way because of the long age of the permitted components and the limitations of component strengthdetection.In order to solve this kind of problem,it is necessary to first test multiple samples of the foundationbearing capacity,structural strength and cracks,structural size and building perpendicularity of the existing oldbuildings through the existing detection means.Through the normal distribution of sample points,the criticalbearing capacity value of 95%probability is determined as the standard bearing capacity value.Then,thestandard value of bearing capacity is compared with the permanent effect value of structural load to determinethe reliability of the structure.Finally,they are compared to evaluate their security levels,and differentreinforcement methods are selected according to different security levels.The research shows that the bearingcapacity of each component of the existing old building can be effectively represented by the standard valuedetermined by the normal distribution probability function.The evaluation and reinforcement method based onthe bearing capacity can effectively guarantee the safety measures needed for the reconstruction and expansionof the existing old building.The method is feasible and the economic effect of the reconstruction of the oldbuilding is realized.Key words:existing old building;reconstruction and expansion;detection;normal distribution;BearingCapacity136-