某钢筋混凝土框架结构教学楼的抗震性能鉴定分析.pdf

SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯建 筑 与 土 木 2023 NO.16 SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯某钢筋混凝土框架结构教学楼的抗震性能鉴定分析杨玲 1 周明 2 贺海斌 3(1.湖南湘建智科工程技术有限公司 湖南长沙 410000;2.邵阳市交通枢纽建设有限责任公司 湖南邵阳 422000;3.邵阳学院土木与建筑工程学院土木工程教研室 湖南邵阳 422000)摘要：针对建于20世纪70年代的某教学楼，根据现行 建筑抗震设防分类标准（GB 50223-2008）和 既有建筑鉴定与加固通用规范（GB 55021-2021）属于A类建筑，进行建筑外观、地基基础现状、结构平面布置、材料性能指标、结构构造连接情况等方面进行综合抗震能力的评定，建立了抗震鉴定的流程图，经两级鉴定对该教学楼进行了评价，得出其鉴定结果，并指出部分构件需要进行加固。关键词：框架结构 教学楼 A类建筑 抗震性能鉴定中图分类号：TU352.11;TU746.3文献标识码：A 文章编号：1672-3791(2023)16-0166-05Analysis of the Evaluation of Earthquake Resistant Capability of a Teaching Building with Reinforced Concrete Frame StructureYANG Ling1 ZHOU Ming2 HE Haibin3(1.Hunan Xiangjian Zhike Engineering Technology Co.,Ltd.,Changsha,Hunan Province,410000 China;2.Shaoyang Transportation Hub Construction Co.,L td.,Shaoyang,Hunan Province,422000 China;3.Department of Civil Engineering,School of Civil Architectural Engineering,Shaoyang University,Shaoyang,Hunan Province,422000 China)Abstract:For a teaching building built in the 1970s,according to the current Building Seismic Fortification Classification Standard(GB 50223-2008)and General Code for Identification and reinforcement of Existing Buildings(GB 55021-2021),it belongs to the Class A building.The comprehensive anti-seismic capacity of the building appearance,foundation status,structure layout,material performance index,structure connection and other aspects is evaluated,the flow chart of seismic appraisal is established,the teaching building is evaluated after two-level appraisal,appraisal results are obtained,and it is indicated that some components need to be reinforced.Key Words:Frame structure;Teaching building;Class A building;Evaluation of earthquake resistant capability我国位于太平洋地震带和欧亚地震带两大活跃地震带之间，受到太平洋和印度洋两大板块的挤压作用，地震断裂带丰富，地震活动具有频度高、强度大、分布广的特点1。在2008年汶川地震发生后，可发现中小学校建筑被地震破坏得很明显，而校舍建筑的结构抗震设计较DOI：10.16661/ki.1672-3791.2305-5042-3592作者简介：杨玲（1985），女，本科，工程师，研究方向为工程结构设计和抗震鉴定。周明（1986），男，本科，工程师，一级建造师，研究方向为工程结构施工管理。贺海斌（1978），男，在职硕士，副教授，研究方向为结构设计优化。162SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯 2023 NO.16 建 筑 与 土 木科技资讯SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION一般建筑物高，却是破坏最严重的一种；校舍建筑发生倒塌，对上课的师生造成难以想象的伤害，且校舍属于避难场所，因此学校建筑的安全显得更加重要。由于既有老旧建筑的结构系统、构件细节在现今的地震工程知识检视下，可能缺乏足够的韧性，再加上材料的老化，可能导致其抗震能力不符合当今的抗震设计规范的要求，因此需要以抗震能力的详细评估程序重新检视其抗震能力，以确认是否需要拆除或补强。兴建于早期的中小学学校建筑，普遍缺乏抗震能力，通过评估得到校舍建筑的抗震能力极为重要。在通过初步评估与详细评估校舍建筑的抗震能力后，可以得知该建筑是否需要加固。目前，业界常用的加固方法分别有增大截面加固法、置换混凝土加固法、外粘型钢加固法、粘贴钢板加固法、粘贴纤维复合材加固法、绕丝加固法、结构体系加固法等2-3，以上由国家建筑标准图集 混凝土结构加固构造（13G311-1）中建议的加固方法。1 结构抗震性能鉴定流程我国建筑结构设计所采用的规范条文为国家住建局所颁布的设计和鉴定方面的规范4-5。然而，中小学校舍建筑于20世纪70年代至90年代建造的约占70%80%，于20世纪70年代以前建造的约占15%，其余少数为1990年以后兴建。因此，早期修建的中小学校舍建筑的抗震能力普遍缺乏，校舍建筑的抗震能力进行检测和鉴定极为重要，检测和鉴定的结果为不满足要求的建筑物的加固提供科学合理的依据。通过初步评估与详细评估校舍建筑的抗震能力后，可以得知是否需要补强，而目前业界常用的加固方法分别有扩柱加固、翼墙加固、剪力墙加固、复合柱加固和基础加固。根据 建筑工程抗震设防分类标准(GB 50223-2008）4的规定，教学类建筑属于重点设防，需要按照比本地区设防烈度提高一度的要求核查其抗震措施，又根据 既有建筑鉴定与加固通用规范(GB 55021-2021)5（以下称 鉴定与加固规范）分为两级进行鉴定图1 钢筋混凝土A类房屋抗震鉴定流程图2-3163SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯建 筑 与 土 木 2023 NO.16 SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯和评价。鉴定流程图具体见图1。2 教学楼抗震鉴定案例2.1 工程概况该教学楼为湖南常德市安乡县一初级中学的老旧教学楼，四层现浇钢筋混凝土框架结构。建于1979年，根据现行抗震规范，为7度设防，地震分组第一组，加速度为0.1 g。结构中各隔墙采用黏土砖填充墙。原施工图部分已丢失，经现场测量和构件检测，一层(基础顶至二层楼面)层高为4.5 m，23层层高为3.6 m，平面布置如图2所示。梁截面为350 mm550 mm、250 mm400 mm两种；柱截面尺寸为400 mm500 mm（底层）和400 mm400 mm（上部各层），柱内纵向钢筋为816、配有箍筋6200，梁端箍筋配置为6150。经核实，其场地类别为II类，地基承载力约为23 t/m2，基础为柱下独立基础，尺寸为1 250 mm1 250 mm，基础混凝土等级约为C23（经查表，fck=15.4 N/mm2，fcmk=17 N/mm2，ftk=15.4 N/mm2）。该建筑建于20世纪70年代，位于7度抗震区，按A类建筑进行抗震鉴定，因设防类别为乙类，故按8度相关要求确定抗震等级。图2 结构平面布置图(按现场实测数据)图3 结构计算三维模型164SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯 2023 NO.16 建 筑 与 土 木科技资讯SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION2.2 结构分析根据以上资料和现场实测数据，抗震鉴定分析采用常用的结构分析软件YJK对教学楼进行了建模分析，具体见图3。2.3 第一级鉴定现场调查发现，该建筑外观质量良好，由于建筑上部结构基础沉降不均匀，荷重构件无变形、开裂。去除混凝土构件表面的抹灰层后，梁、柱构件的混凝土浇筑质量无明显的弯曲和歪斜现象。根据 抗震评价标准，需要从结构体系、材料强度、构件加固结构、接头连接、填充墙、主体结构与非主体结构构造措施施工的可靠性进行一级评价6。2.3.1 结构体系该教学楼为双向框架结构，且横向为三跨，满足鉴定与加固规范 双向、非单跨框架的要求。结构布置规则对称、立面无变化，满足 鉴定与加固规范 关于框架结构的有关规则性的要求。2.3.2 材料强度经现场实测，梁、柱混凝土的强度等级评定为C15，不能达到 鉴定与加固规范 规定的C18的最低要求。2.3.3 构件配筋与构造鉴定与加固规范 规定，I级钢的锚固长度不宜小于25 d（d为钢筋直径），混凝土强度等级为C15(fck=10 N/mm2，fcmk=11 N/mm2，ftk=1.2 N/mm2），还需增加5 d。经核查图纸资料，梁纵筋锚固长度为30 d，满足要求。鉴定与加固规范 规定，在框架柱的上、下端，柱净高各1/6范围内应设置箍筋加密区，加密区柱箍筋的最大间距为100 mm，箍筋直径不小于8 mm。经过图纸核查与现场检测，实际柱箍筋间距为200 mm、直径为6 mm，不满足要求。2.3.4 填充墙与主体结构的拉结该教学楼采用轻质隔墙，拉结措施得当，满足鉴定相关要求。经过第一级鉴定可知：该建筑的长宽比、梁柱混凝土强度等级、柱端箍筋不满足要求。需要采用综合抗震能力指数进行第二级鉴定。在既有建筑的抗震鉴定计算的量化指标中，结构阻尼值对加速度和反应谱结果的影响很大，这是在抗震性能鉴定时应考虑的重要因素7。在抗震性能鉴定的指标中，不同类别建筑的地震影响系数、特征周期折减值对于结果的影响差异较大，同时也是达到设防目标的重要考核依据8。地震作用在荷载分类中一般视为偶然作用，由于其作用效应的特殊性，地震作用对结构整体性影响很大，如周期、周期比、结构地震反应中的楼层侧向位移和位移比。建筑物的造型、平面形状、楼梯设置、楼板刚度等都会对抗震性能参数产生不可忽视的影响9。在抗震措施的鉴定中，房屋总高度、抗震等级、构件截面尺寸、轴压比、抗震构造配筋等要点10-11已在前文中予以对比，对于抗震能力计算的指标，该项目根据对既有建筑抗震分级鉴定，对不同类型结构构件分类加固的思路11，并采用北京盈建科团队开发的建筑抗图4 结构抗震计算侧移值和楼层剪力比值（下转第225页）165SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯 2023 NO.16 科 学 研 究科技资讯SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION6 BENKOVI D.Biderivations of Triangular AlgebrasJ.Linear Algebra and Its Applications,2009,431(9):1587-1602.7 谢乐平.形式三角矩阵环的广义导子J.西南大学学报(自然科学版),2011,33(2):101-104.8 王修建,岳芹,李露.关于形式三角矩阵环的一点注记J.皖西学院学报,2022,38(5):69-71.9 陈艳平,庄金洪,谭宜家.形式三角矩阵半环上的双导子J.福州大学学报(自然科学版),2021,49(4):435-440.10 VLADEVA D.Derivations of Polynomial SemiringsJ.International Journal of Algebra and Computation,2020,30(1):1-12.11 信徵笙.形式三角矩阵环上的纯性与虚幻映射D.长春:东北师范大学,2022.12 张源野,谭宜家.形式三角矩阵半环的导子与高阶导子J.曲阜师范大学学报(自然科学版),2021,47(2):7-12.震鉴定和加固设计软件YJK-JDJG计算，结果具体参见图4和表1。2.4 第二级鉴定采用楼层综合抗震能力指数的评价指标进行第二级鉴定1-3,5。其中指标计算公式为=12Vy/Ve（1）式（1）中：为平面结构楼层抗震能力指数3；12为体系影响系数与局部影响系数3；VyVe为楼层现有受剪承载力与弹性地震剪力3。3 结语根据现行 建筑抗震设防分类标准 和 既有建筑鉴定与加固通用规范（GB 55021-2021），对该框架结构教学楼进行了两级鉴定。在第一级鉴定中，从结构总层数、跨数、构件截面尺寸、材料强度、构件配筋构造等方面进行了鉴定，发现混凝土强度、箍筋配置构造不能满足要求；在第二级鉴定中，通过建模对楼层综合抗震能力指数进行分析，得出一、二、三层均有抗震能力指数小于1.0的指标结果。综合两级鉴定结果，该教学楼不满足鉴定与加固规范的要求，需要进行加固。对于类似工程，鉴定思路可以参照以上进行。参考文献1 程绍革.建筑抗震鉴定与加固规范 GB50023修订介绍J.工程抗震与加固改造,2010,32(1):117-121.2 田宝林.某中学教学楼抗震性能鉴定及处理建议J.山西建筑,2021,47(8):61-62,65.3 康凌.钢筋混凝土结构抗震加固浅析J.科技创新导报,2014,11(4):131-132.4 中华人民共和国住房和城乡建设部.建筑工程抗震设防分类标准:GB 50223-2008S.北京:中国建筑工业出版社,2008.5 中华人民共和国住房和城乡建设部.既有建筑鉴定与加固通用规范:GB 55021-2021S.北京:中国建筑工业出版社,2021.6 陈绍革,史铁花.全国中小学校舍抗震鉴定与加固示例M.北京:中国建筑工业出版社,2010:46-60.7 齐阳,赵于博.既有建筑结构抗震鉴定与加固设计分析J.建设科技,2023(2):27-30.8 陈锦.既有建筑抗震鉴定地震影响系数的取值探究J.福建建筑,2023(1):43-46,81.9 程扬.建筑结构工程在抗震设计中的实践探究J.科技创新导报,2020,17(2):142,144.10 姜丽.合肥六中某框架结构抗震鉴定及加固改造研究D.合肥:合肥工业大学,2018.11 刘越.既有钢筋混凝土结构的抗震鉴定与加固性能分析D.兰州:兰州交通大学,2018.表1 教学楼楼层综合抗震能力指数楼层4321横向212轴1.591.211.010.891、13轴1.370.890.740.62纵向A、D轴1.721.151.051.05B、C轴1.561.040.930.67（上接第165页）225