某框架结构抗震鉴定范本.doc

某框架结构检测与抗震鉴定

闫　锋
(同济大学　上海200092)
(Tongji University ,Shanghai 200092)
姜　欣
(上海岩土工程勘察设计研究院　200002)
(Shanghai Rock and Ground Prospecting Design and Research Institute ,200002)
　　摘要　某框架结构综合楼由于新增设备,需要进行强度校核与抗震安全性鉴定。本文叙述了查勘房屋现状、检测主要构件的材料强度、调查构件配筋的过程。在此基础上对结构进行了强度校核与抗震安全性评定,并提出加固建议,可供类似工程参考。
关键词　框架　检测　强度校核　抗震鉴定
ABSTRACT 　Due to adding some equipments , intensity checking and seismic security appraisal need to be carried out for one f rame. The process of examining the status of structure , detecting the material in-
tensity of major members , investigating the reinforcement in components are presented in this paper. Basing on the results of inspecting , intensity checking and seismic security appraisal are executed , strengthing mea-
sures are put out . This project can give reference to similar engineering.
KEYWORDS 　Frame 　Detect 　Intensity checking 　Seismic appraisal

　 一、建筑物概况
该建筑物是基本层为6 层的框架结构,总高2315m ,用作设备机房和办公楼。该房屋平面不规则,主要是因为设计时的规划用地比较紧张,图1 是结构第1 层柱网平面布置示意图。按国家标准《建筑抗震设防分类标准( GB50223295) 》规定,该建筑的抗震设防类别应该为丙类。当初设计时按设防烈度6 度进行了一些柱端、梁端的箍筋加密抗震构造处理,故现在该建筑不满足所在地区7 度丙类建筑的抗震设防要求。
由于业务拓展,房屋内需要增加许多设备,为此需要对该房屋进行强度校核和加固设计。按有关文件规定,该建筑在进行正常使用荷载作用下的加固时,应同时按新建建筑的7 度设防标准进行抗震鉴定,当不满足要求时,应进行抗震加固使其满足要求。为此对该建筑在增加荷载情况下的抗震性能进行了评估,并提出加固措施。抗震鉴定的主要项目有对房屋现状进行查勘(主要是房屋的倾斜、损坏、裂缝等情况) ,对房屋主要构件的材料强度进行检测(主要是梁、柱的混凝土强度) ,在以上工作的基础上对房屋进行增加荷载后正常使用的安全性验算和抗震性能评定,并提出加固措施。
鉴于该建筑应按照7 度丙类抗震设防类别进行设计。为了达到这种抗震设防的要求,相关的设计单位曾提出了两个加固方案:一为增大部分柱子截面面积;二为增设部分剪力墙。委托单位提出这两个方案的实施存在很大的困难,原因是加固施工将中断业务的正常运行。为此有必要提出一个概不中断业务的正常运行,又能够提高该建筑抗震能力的加固方案。《建筑抗震设计规范(GB5001122001) 》中已经列入了消能减震的设计条款,在此我们建议使用粘滞阻尼器进行抗震加固,这样可以最大限度地减小施工对房屋正常使用的影响。
图1 　结构柱网布置示意
　　 二、结构检测
1、地基基础与结构情况
房屋基础采用直径900mm 的钢管混凝土灌注桩,入土深度为15m。要求钢管桩打到含水砂层,混凝土设计强度C25。基础底板厚度为1000mm,设计强度C25 ,基础板内均设有基础暗梁。经查图纸,未见建筑场地地震液化情况的说明;考虑到基础使用的钢管混凝土桩抗震性能好,故根据现行的鉴定标准规定,基础不必进行抗震鉴定。
房屋上部结构为现浇钢筋混凝土框架结构,混凝土设计强度C25。主要框架柱的截面尺寸为400～700mm不等的矩形截面;框架梁宽度尺寸为250～400mm不等,高度为300～1200mm 不等,采用现浇结构。房屋的外填充砌体和地下室采用240mm厚的多孔砖,砂浆设计强度为M510 的混合砂浆, ±0.000以上内墙除个别外均为轻质隔墙。
2、现状勘查和测量
现场实地勘查,房屋基本完好,在外墙和梁柱表面未见裂缝等结构缺陷。但在室内可见部分的轻质隔墙面上出现斜裂缝。
在房屋外侧未能找到原始的沉降观察点,同时房屋四周均紧贴其他的建筑,无法使用经纬仪和水准仪测量房屋的倾斜和沉降,故在房顶采用吊垂线的办法测量了房屋的倾斜情况。从测量的相对倾斜值中可以看出房屋整体向东北方向倾斜,但倾斜量很小,其中电梯旁边的倾斜率最大为0114 % ,这些倾斜测量结果中均包含有一定的施工误差在内。
3、材料强度检测
该建筑为框架结构,主要针对梁、柱的混凝土进行材料检测,根据《钻芯法检测强度技术规程》(CECS 03∶88) ,采用取芯和回弹法进行强度检测,为避免对结构的影响,主要钻取直径75mm 的芯样,同时钻取少量的大芯样(直径100mm) 。现场检测获得,混凝土表面质量很好,芯样外观较好,碳化深度在0～10mm 不等,无外粉刷的梁的表面混凝土碳化深度相对较大,有外粉刷的柱混凝土表面碳化要浅些甚至没有。现场见到芯样质量较好,故仅做了少量回弹作为对比。
混凝土强度的检测结果汇总于表1 ,其中直径75mm芯样的换算强度已经考虑了高径比的修正系数0194。从检测结果,可推定该建筑的混凝土强度达到C25 ,即混凝土强度达到原来的设计强度。
4、构件配筋情况
本建筑框架结构按三级抗震等级进行鉴定。建筑框架结构全部为现浇混凝土,按照《建筑抗震鉴定标准》(GB 50023295) ,鉴定如下:
(1) 该建筑的2/ 3 部分基本为单向框架构造,1/ 3 为双向框架构造。
(2)柱截面边长均大于300mm;柱端头均设了箍筋加密区,加密区高度为600mm～800mm,主要箍筋直径为Φ8 ,间隔100mm～125mm,满足规范要求。
(3) 框架梁箍筋直径均≥Φ8 ,间隔均不大于200mm ,梁端加密为间隔100mm、120mm ,且梁的纵向钢筋锚固长度基本满足规范要求。但单向框架的连梁端部箍筋未加密,设计图上梁的下部钢筋在柱中的锚固长度未作抗震构造要求,但经与施工单位联系,其一般做法是梁中纵向钢筋是焊接的,故只有与边柱连接的梁下部钢筋在柱中有可能锚固长度不满足30d 的要求。
表1 　钻芯法检测混凝土强度( N/ mm2)
序
号
取芯位置编号
芯样直径
高径比
混凝土强度换算值
碳化深度
1
1/B-C轴线梁（1层）
75mm
1.5
29.7
8mm
2
E/8轴柱（1层）
75mm
1.5
27.4
0
3
C/2轴柱（1层）
75mm
1.5
26.8
3mm
4
C-D/2楼梯间梁（2层）
75mm
1.5
29.8
3mm
5
C/2轴线柱（3层）
75mm
1.5
27.2
0
6
E-F/7轴线梁（4层）
100mm
1.0
31.6
0
7
H/6轴线柱（4层）
75mm
1.5
26.3
3mm
8
J/3轴线柱（5层）
75mm
1.5
28.8
3mm
9
D6-7轴线梁（5层）
100mm
1.0
27.9
10mm

　　 三、房屋强度校核与抗震安全性评定
1、楼面设备活荷载增加后的楼板强度校核
由于2、3 和4 层部分房间增加设备,活荷载由4kN/ m2 增加为8kN/ m2 或10kN/ m2 ,而原设计板是按单向板配筋的,沿板的长边方向的板底配筋和梁支座处板面负筋均配置为一级钢Φ6 @200 ,这些配筋量均为板的构造配筋量。经按弹性板配筋验算,上述梁支座处板面负筋配筋量少于计算量。板的短边受力方向配筋量满足增荷后的计算配筋量。由于这几层楼面上均架设了地板,板上堆满了设备,在不中断业务运营的前提下在楼板面上进行加固几乎是非常困难的。为此采用塑性计算法,即允许楼板在与梁相交的支座上开裂,结果表明适当增加板底的配筋量完全能满足板的承载力要求,为此建议在增加荷载的楼面下粘贴碳纤维,增强楼板抵抗正弯矩的能力。
2、抗震安全性评定
由于房屋进行增加楼面设备改造,依据《建筑抗震设计规范》( GB5001122001) ,并参考《建筑抗震鉴定标准》( GB 50023295) ,直接按照抗震设计的要求进行复核。
根据将要使用的楼面荷载情况,由程序计算得到结构的动力特性和小震7 度地震作用下的层间位移角如表2、表3。
表2 　建筑物自振频率值
振动方向
X向（房屋长向）
Y向（房屋短向）
振动频率（周期）
0.84（1.19s）
0.91（1.10s）

从表2、3 中可见1 —4 层的层间弹性位移角不满足现行规范1/ 550 的限值要求,故该建筑应该进行抗震加固。
由于加固工作不能影响日常的业务运行,故通常的增设剪力墙、增大柱截面等加固方法均不宜采用,在此建议采用消能减震方法增强结构的抗震能力,使得该建筑满足7 度抗震设防要求。阻尼器类型选用非线性粘滞流体阻尼器。我国规范规定:计算消能减振结构的反应时,根据消能减振结构的总阻尼比对地震影响系数进行调整。消能减振结构总阻尼比的计算方法在现行规范中已有说明,需要注意的是规范当中消能部件附加有效阻尼比的计算是针对每一振型的。具体计算按如下步骤进行: ①计算原结构的自振周期、振型和地震反应; ②确定附加阻尼比; ③选择阻尼器的参数和布置; ④计算附加阻尼器后结构的总阻尼比,如阻尼比不满足要求,返回第2 步; ⑤对附加阻尼器后的结构进行计算; ⑥判断计算结果是否达到抗震设计要求,如不满足,返回到第2 步。经过迭代计算,得到阻尼器的设置状况以及设置阻尼器后结构在7 度小震下的地震反应。拟使用阻尼器的最大阻尼力为400kN ,每层布置阻尼器6 个,布置的位置见图2。表4 列出了结构层间位移角,可以看出,设置阻尼器以后,层间弹性位移角满足规范1/ 550 的限值要求。
图2 　阻尼器布置位置示意
从计算结果,还得出如下结论: ①柱的轴压比全部小于0180 ,满足三级框架抗震要求; ②框架梁抗弯抗剪基本满足三级抗震设计要求;单向框架连梁的抗弯抗剪强度满足三级框架抗震强度要求,但梁箍筋在梁端未加密,间距为200mm ,不满足抗震构造要求;同时与边柱相连的连梁的下部钢筋锚固长度有可能不完全满足抗震构造要求;③柱纵向钢筋配置满足三级抗震强度要求,箍筋配置满足抗震抗剪强度要求,也满足三级抗震的最小配箍率构造要求。

表3 　建筑物在7 度地震作用下层间位移角
楼层号
X向（房屋长向）
Y向（房屋短向）
1
1/444
1/425
2
1/399
1/408
3
1/434
1/455
4
1/508
1/538
5
1/552
1/671
6
1/742
1/862

表4加固后建筑物在7 度地震作用下层间位移角
楼层号
X向（房屋长向）
Y向（房屋短向）
1
1/713
1/703
2
1/611
1/603
3
1/676
1/645
4
1/798
1/759
5
1/922
1/1005
6
1/1495
1/1771

3、阻尼器性能
考虑到结构的动力特性,以及可能做到的支撑刚度,采用如下阻尼器设计参数:
F = CÛXα
其中: C 为根据需要设计的阻尼常数。在本工程中,单个阻尼器最大阻尼力400kN , C = 150kN·s/mm;α为根据需要设计的常数,变化范围可为011～210。在本工程中,建议取013 ;ÛX 为阻尼器推力杆端活塞相对于油缸外壳的相对运动速度。
同时,阻尼器的行程要求不小于±70mm。
　　 四、结论
根据上面的工作,可以得出如下的主要结论:
1、增加设备活荷载后的局部楼板不能满足强度要求,考虑到房屋目前的使用情况,可在板底粘贴碳纤维材料加固。
2、该建筑不能满足7 度地震作用下的抗震要求,主要是层间弹性位移角大于规范要求,同时部分框架为单向框架,应该进行抗震加固。
3、在结构中增加了消能减震支撑后,现有建筑物的抗震能力评价如下:建筑物的层间弹性位移角可以满足现行设计规范7 度抗震设防的要求;框架梁基本满足三级抗震等级要求;框架在非框架方向的连梁箍筋在梁端未加密,不满足框架三级抗震等级构造要求,但满足三级抗震抗剪强度要求;柱纵向钢筋配置满足三级抗震强度要求,箍筋配置满足抗震抗剪强度要求,也满足三级抗震的最小配箍率构造要求。
4、考虑到主要受力构件柱的抗弯和梁的抗弯抗剪强度还有一定的富余,柱的轴压比也比较小,如采用以上的消能减震加固方案能使得该建筑基本满足7 度抗震设防要求。
参考文献
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[2 ] 建筑抗震鉴定标准(GB50023295[ S]) 1 北京:中国建筑工业出版社,1995
[3 ] 建筑抗震设计规范( GB5001122001[ S]) 1 北京:中国建筑工业出版社,2001
[4 ] 王亚勇等1 北京饭店等重要建筑的消能减振抗震加固设计方法[J ]1 建筑结构学报,2001 (2)
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