浅谈既有建筑改造加固如何进行设计?

2022年7月7日结构工程2阅读模式

浅谈既有建筑改造加固如何进行设计?

一、A类砖混结构抗震鉴定是抗震综合能力鉴定,不是计算模型构件承载力详细分析,分两级。第一主要是宏观检查和少量简化计算,符合要求的即为抗震鉴定通过,不符合要求者根据情况按第二级规定方法进行综合抗震能力指数的计算进一步判定。(鉴标5.1.5,鉴标为《建筑抗震鉴定标准GB50023-2009》简称,下同)。

第一级鉴定从宏观到微观分为四个内容:

1)房屋的高度和层数要符合要求(鉴标5.2.1条表5.2.1),比如7度区房屋高度不大于22米,层数不高于7层。

2)房屋的结构体系应符合什么什么要求(鉴标5.2.2),比如其中的抗震横墙间距的如下表:

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这里先澄清一个概念。我们一般说砖混结构的刚性体系,应该是指砖混结构静力计算时的三个计算方案,刚性体系方案、刚弹性体系方案、弹性体系方案。这个刚性体系方案是说当结构横墙间距小于等于多少时,可以按楼层没有水平位移的受压构件简图计算,刚弹性方案是考虑空间作用的简化计算,而弹性方案是按平面单榀框架或排架计算(只考虑水平风荷载)。比如现浇屋盖横墙间距不大于32米时,即为刚性方案。

而该表的横墙间距其实是抗震横墙间距的要求,已经远远小于上述的刚性方案体系了。我觉得鉴定标准横墙间距也说刚性方案容易与上述的静力刚性计算方案搞混,不妥,我们可理解成A类砖房抗震横墙间距要求即可。

3)承重砌体砖、砂浆的强度要求(鉴标5.2.3)。

4)房屋的整体连接构造(鉴标5.2.4、5.2.5),这两条内容比较琐碎,有砖混结构设计经验的工程师也比较熟悉,比如纵横墙连接、构造柱设置、不同楼屋盖的圈梁设置、砌体咬槎、预制板支撑长度、老屋架的形式等,要逐条检查。

5)房屋易引起局部倒塌的部件及其连接判别(鉴标5.2.6、5.2.7、5.2.8),比如女儿墙、出屋面小烟囱、入口处悬挑构件、悬挑阳台、大梁支撑条件、非承重墙洞口设置,非结构构件的连接等。

当主体结构符合抗震鉴定要求仅局部构件不符合要求时(鉴标5.2.6、5.2.7、5.2.8),可以判定为局部不符合抗震鉴定要求(鉴标5.1.4),抗震加固可仅对局部构件进行处理。

上述的鉴定的内容必须逐项写入鉴定报告,以便结构师有针对性的进行抗震加固,不可只给出鉴定结论,缺少单项鉴定的具体内容。

实际上,鉴定师应该和抗震加固设计师为同一团队,最好一个人,这样在鉴定过程种就可以根据检查鉴定问题谋划相应的抗震加固方案,而不是对建筑了解甚少,只是依据鉴定报告进行加固设计。

6)抗震横墙不仅仅只是间距的复核,还要对横墙的抗震能力进行计算,这个计算为简化的,只考虑横墙间距和横墙宽度指标(可查表鉴标5.2.9)。比如:一栋7度区3层粘土砖混办公楼(装配式楼屋盖、24墙横墙、两道内纵墙、砂浆强度M5),查表5.2.9-1、5.2.9-2其横墙间距和宽度限值为:1~2层9.2、18.2米,3层15、21米。超过其一即为不符合第一级的要求。对抗震墙宽度不能大于多少的限制,我猜是因为某种条件下的抗震墙太宽会因为刚度太大,吸引过多的地震力导致抗震墙破坏。这个5.2.9-1的表修正条件较多,应用时要加注意,容易犯错。具体详见史铁花《建筑抗震鉴定标准》(GB 50023 - 2009)及《建筑抗震结构加固技术规程》JGJ116-2009疑问解答一书。

注意,这个表是对符合5.2.2抗震横墙间距条件下而言的,不符合时,不能用这种简化方法进行判别。

当符合上述1)~5)所列的检查项目(鉴规5.2.1~5.2.8)和6)条(鉴规5.2.9)的简化方法的判定时,即可以认为符合抗震标准的要求,也就是说无需进行抗震加固。

如果不符合上述要求,不一定不符合抗震鉴定要求,需要进行第二级鉴定进行更深入的分析才能判定。但是以下几种情况,就可以不进行二级鉴定而判定为不符合抗震鉴定要求。

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二、A类砖混房屋的二级鉴定应根据其不符合第一级鉴定的情况分别采用楼层平均抗震能力指数法(又称二(甲))、楼层综合抗震能力指数法(二(乙))、墙段综合抗震能力指数法(二(丙))进行鉴定。

1)当结构体系、整体性连接和易引起倒塌部位符合第一级鉴定(即鉴标5.2.1~5.2.8条的规定),但不符合上述横墙间距和宽度的要求(鉴标5.2.9限制)时,可采用楼层平均抗震能力指数法,又称二(甲)。

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这一条是将房屋的面积率和基准的面积率做对比,大于基准时,即为符合要求。基准面积率是规范编制者通过大量试算得出的一个估算指标(鉴标附录B)。这个表里面有大量的调整修正系数,实际应用中并不一定简单,Pkpm软件有该鉴定方法。

2)现有结构体系、楼屋盖整体连接、圈梁布置和构造等易引起倒塌的结构构件不符合第一级鉴定要求的房屋,可采用楼层综合抗震能力指数法,又叫二(乙)法。

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公式中的浅谈既有建筑改造加固如何进行设计?为第i楼层横向或纵向楼层综合抗震能力指数(房屋的墙率与基准墙率的比值)。

这个鉴定公式的意义为:当结构的抗震墙的墙率大于基准墙率(即墙体较密),但其结构体系(体系影响系数)、连接等构造(局部影响系数)等不符合鉴定要求,可以结合其不符合要求的情况再做一次复核。即大于1.0的墙率,乘以两个小于1.0的系数后仍然大于1.0时,即为符合二级鉴定的要求。

这两个影响系数浅谈既有建筑改造加固如何进行设计?的确定按鉴标标5.2.14-1和5.2.14-2确定。但合理的确定并不容易,是个很综合的数值,不同的人得出的数未必相同,规范也强调应该加权确定,需要丰富的经验。

3)当横墙间距超过抗震横墙间距最大值,有明显的扭转效应和易引起局部倒塌的结构构件不符合第一级鉴定要求的房屋,当最弱的楼层综合抗震能力指数小于1.0,可采用墙段综合抗震能力指数法((二(丙)法)进行第二季鉴定。

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应该说,三个方法逐渐放松鉴定标准,我们用语言描述一下,更形象更容易理解了。

当宏观结构体系(横墙间距、高度等)、构造等符合要求,但横墙间距和宽度不符合具体要求(表5.2.9-1)时,可以放松一点,按每层是否达到基准墙的面积率来复核即楼层平均抗震能力指数法。

如果是宏观结构体系和构造措施不符合要求时,但建筑每层的墙率与基准墙率比值较富裕时,可以放松进行综合抗震性能的评定,乘以结构体系系数和局部构造影响系数两个均小于1.0的系数,如果结果仍大于1.0,即用墙量弥补整体体系和构造的不足。

如果墙体横墙较大,有大开间,存在扭转等效应而不符合第一级的鉴定,可以放松按墙段综合抗震能力指数二(丙)法进行鉴定,即具体鉴定个别墙段的抗震能力。我个人认为当存在大开间可能存在扭转的情况是,应该直接判定为不符合抗震要求进行加固。这种情况也属于应该用考虑整体分析方法(即B类建筑的承载力计算分析法)。

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这个方法是B类建筑的鉴定方法,下面再说。

三、B类建筑的鉴定也分两个层次,分别是(Ⅰ)抗震措施鉴定和(Ⅱ)抗震承载能力验算。和A类建筑不同的是,B类建筑均需要进行两个阶段的鉴定,只是第(Ⅱ)鉴定可以采用不同的方法。我们先说(Ⅰ)抗震措施鉴定。

(Ⅰ)抗震措施鉴定和A类建筑的第一级鉴定思路基本一致,都是从宏观整体和构造措施方面进行检查。但具体更细致要求更严格,其判定标准和《89抗规》相当,主要有以下几个方面。 (1)房屋的高度限值、高宽比限值。包括墙体厚度和层高的关系;

(2)抗震横墙的最大间距。

(3)横墙水平均匀、连续,竖向布置连续等。

(4)立面高差层数限制,错层限制,对结构差别显著时是否设置抗震缝等。

(5)房屋尽端不宜设楼梯间;6米大梁的支撑情况。

(6)基础是否在同一标高,是否一种基础形式,是否设置了基础圈梁等。

(7)砌体结构的砖砌体和砌筑砂浆的强度是否复核要求。

再就是连接和构造的检查。

(8)是否咬槎砌筑、竖向孔道是否消弱了砌体结构,是否对消弱部位进行了加强。

(9)非常重要的是构造柱(芯柱)、构造柱与墙体的连接、圈梁的设置及配筋等。这个有特别详细的规定。有砖混设计经验的人很熟悉,具体内容看规范即可。

(10)房屋楼屋盖、屋架等与墙体的连接。

(11)房屋易倒塌部位的部件情况和其连接。比如后砌墙与主体的连接、预制阳台与构造柱圈梁的连接、预制挑檐的连接、出屋面的女儿墙、烟囱与主体的连接;女儿墙是否设置了构造柱和压顶等。过梁不能采用无筋砖过梁;墙体的局部尺寸比如窗间墙、窗端墙等不能太小等。

(12)最后非常重要的一项就是楼梯间得设置是否符合要求。比如楼梯间构造柱、圈梁及与墙体得拉结筋;装配式楼梯间的连接;突出屋面的要求等,这些都来源于《98抗规》。

四、B类建筑除了宏观结构和构造方面的(Ⅰ)抗震措施鉴定还必须进行(Ⅱ)抗震承载能力验算,可按《建筑抗震设计规范》中规定的方法进行墙体抗震承载力验算。

(1)可按地震作用可采用振型分解反应谱法,也可采用底部剪力法计算。这个验算和我们新设计得地震墙体承载力分析相同。即:

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这里的R其参与组合地震作用的地震影响系数可按现行规范的0.9倍(新通规5.3.2)。《鉴标2009》B类建筑的鉴定计算方法基本是按照《98抗规》的地震分析计算方法转化而来(鉴标5.3.13~5.3.17)。

规范规定可选取负担荷载最大的最不列墙段计算,实际上现在的计算软件可以分析出每个墙段的抗震承载力。

(2)当上述(Ⅰ)抗震措施鉴定的抗震措施不满足要求时,可按A类房屋第二级鉴定的综合抗震能力指数的方法综合考虑构造的整体

影响和局部影响:

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也就是考虑两个系数的影响,放松了鉴定要求。值得注意的是,这两个系数合理得取值并不容易,如史铁花论述:

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(3)对各层层高相当且较规则均匀的B类多层砌体房屋,还可按A类砌体结构的规定采用综合抗震能力指数的方法进行综合抗震能力验算。

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这条规定的意思是,如果房屋非常规矩比较均匀,比如像那种四道纵墙、横墙按开间设置的学生宿舍等建筑,复核第一项的抗震措施后,无需用通常的模型分析方法,用A类建筑的考察墙率是否符合要求的简化抗震综合能力的方法即可。

(4)当B类建筑符合上述的规则性要求时,《鉴规》的条文说明还给了一种正文中没有的更简便的方法,即可直接查表复核法。

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五、C类建筑鉴定就是按现行标准去衡量既有建筑。

抗震鉴定和抗震加固是紧密连在一起的,也就是说按照不同级别的建筑鉴定出来问题后,采用相同级别的抗震加固。这里再说一遍(应该是第三遍了),这里的抗震鉴定和加固是因为建筑的工作年限到期或设防类别、地震设防类别提高,拟或是建筑进行较大的装修(不改变建筑功能和结构,不是较大幅度的改扩建)希望延长结构后期服务年限的纯粹的抗震鉴定和加固,而其实实际工作中除了上述情况外,大部分是大幅度改扩建的项目,这样的项目是不能按照《鉴加规》的方法进行的,规范也不可能对千变万化的既有建筑的改扩建的抗震鉴定和加固进行规定。只能要求工程师能首先熟悉《鉴加规》的本质,再去面对复杂多变的既有建筑的改扩建的工作。

本文也只能按照《鉴加规》的逻辑脉络讲述,有可能引用一些现实中不能套用《鉴加规》需要灵活考虑的实际工程案例,以希望抛砖引玉。

本文讲述的是一般砖混结构的鉴定,实际上80年代以前有很多砖混结构的空旷房屋比如食堂、报告厅、影剧院等,还有一些纯粹砖柱的单层工业厂房和仓库建筑,90年代以后这种结构的砖混建筑逐渐被钢筋混凝土结构取代了。《鉴加规》对此类结构专门列有一章进行规定,但我有和规范不同的看法,下期再说。

砖混结构还有一类特殊的结构,也是80年代以前短缺经济时代的产物(90年代这种建筑在三线城市还有建造),即内框架房屋和底层框架房屋,也有很多空旷的房屋时砖混与钢筋混凝土混合结构的房屋,这块我们讲完钢筋混凝土房屋的鉴定以后再说。

2022年7月4日

参考文献:

1、《建筑抗震鉴定标准》(GB 50023 - 2009)及《建筑抗震结构加固技术规程》JGJ116-2009疑问解答,史铁花

2、《建筑抗震鉴定标准》GB50023-2009

3、《既有建筑鉴定与加固通用规范》GB55011-2021

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