1.工程概況
某工程(中學(xué)教學(xué)樓)始建于1989年，本為主體4層(兩側(cè)為3層)磚混結(jié)構(gòu)，如圖1所示，1軸～5軸原為3層，與主體結(jié)構(gòu)之間設(shè)置60mm寬的伸縮縫。在1998年校方將原兩側(cè)3層直接加層為4層，所有房間全部作為教室使用。該教學(xué)樓東西長(zhǎng)74m，寬為11．3m，總建筑面積約3345m2；采用水泥砂漿砌筑毛石基礎(chǔ)，樓屋面板為混凝土預(yù)制空心板(兩側(cè)后加4層為現(xiàn)澆屋面)、不上人屋面。原設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、梁、板、柱的混凝土強(qiáng)度均為C20；基礎(chǔ)墻身采用機(jī)制紅磚，用M7.5水泥砂漿砌筑；上部磚墻用M7.5混合砂漿砌筑。由于學(xué)校辦學(xué)規(guī)模的擴(kuò)大，校方準(zhǔn)備將原(兩側(cè)加層后)結(jié)構(gòu)加至5層，仍作為教學(xué)使用。為確定該建筑物加層后的安全性狀態(tài)，對(duì)該建筑主控受力構(gòu)件的承載能力進(jìn)行檢測(cè)，并根據(jù)相關(guān)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的檢測(cè)結(jié)果，對(duì)其加層后的結(jié)構(gòu)整體進(jìn)行設(shè)計(jì)驗(yàn)算，提出加層后需對(duì)原結(jié)構(gòu)加固處理的相關(guān)方案。


圖1教學(xué)樓建筑平面布置圖
2安全性檢測(cè)結(jié)果及分析
2．1基礎(chǔ)檢測(cè)
選取1-D、6-E兩拐角處的基礎(chǔ)，將其上部回填土開挖至基礎(chǔ)底面，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)，結(jié)合原基礎(chǔ)施工圖及地質(zhì)勘查報(bào)告，檢測(cè)結(jié)果表明：該教學(xué)樓基礎(chǔ)為墻下條形毛石基礎(chǔ)，基礎(chǔ)寬度1．6m～1．9m，基礎(chǔ)埋深在1．5m左右，表層為30cm混凝土磚石墊層，其下為粉質(zhì)黏土，平均厚度1．69m，由此可見該教學(xué)樓基礎(chǔ)坐落在1層粉質(zhì)黏土上，該土層的層底坡度小于1．2％，滿足規(guī)范要求，為均勻地基。
2．2墻體的檢測(cè)
2．2．1外觀檢測(cè)
從外觀觀察，原4層中部房間的圈梁與墻體間存在較為明顯的裂縫，并有滲水現(xiàn)象。通過(guò)裂縫顯微鏡觀測(cè)，其最大裂縫寬度為0．18mm。經(jīng)分析該裂縫主要是由于溫度變化導(dǎo)致材料之間的不均勻收縮引起的。
2．2．2水泥砂漿強(qiáng)度檢測(cè)
采用筒壓法對(duì)墻體水泥砂漿的強(qiáng)度進(jìn)行了檢測(cè)，每層隨機(jī)抽取2個(gè)測(cè)區(qū)，每個(gè)測(cè)區(qū)取三組試樣。檢測(cè)結(jié)果表明：本教學(xué)樓墻體砌筑砂漿的強(qiáng)度等級(jí)總體可推定為M1O；而在原設(shè)計(jì)中該教學(xué)樓的上部墻體砌筑砂漿強(qiáng)度等級(jí)為M5，說(shuō)明該教學(xué)樓的實(shí)際砌筑砂漿強(qiáng)度較好，能較好地滿足原設(shè)計(jì)要求，最終按照原設(shè)計(jì)強(qiáng)度將該教學(xué)樓墻體砌筑砂漿強(qiáng)度等級(jí)評(píng)定為M5。
2．2．3砌體(燒結(jié)磚)抗壓強(qiáng)度檢測(cè)
采用磚強(qiáng)度直接取樣法對(duì)此教學(xué)樓的磚砌體的抗壓強(qiáng)度進(jìn)行了檢測(cè)。所取磚樣抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果表明，本教學(xué)樓承重墻燒結(jié)磚的抗壓強(qiáng)度平均值為13.8MPa，抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為6.8MPa，根據(jù)《燒結(jié)普通磚強(qiáng)度等級(jí)劃分規(guī)定》，可得出此建筑的砌塊(燒結(jié)磚)抗壓強(qiáng)度等級(jí)總體推定為MU1O。與原設(shè)計(jì)該教學(xué)樓的磚砌塊強(qiáng)度等級(jí)相同，因此該教學(xué)樓的磚砌體強(qiáng)度等級(jí)綜合評(píng)定為MU1O。
2.3鋼筋混凝土粱的檢測(cè)
2.3.1外觀檢測(cè)
從外觀觀測(cè)，3層兩側(cè)所有承重大梁均存在較為明顯的裂縫，裂縫出現(xiàn)的位置大都集中在梁的跨中部位，部分梁在跨中存在上下貫通裂縫，從梁截面底端一直延伸至頂端；通過(guò)裂縫顯微鏡觀測(cè)，其最大裂縫寬度為0.3mm。3層兩側(cè)承重大梁中部裂縫主要是由于兩側(cè)加層后荷載變化導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的裂縫寬度增加。
2．3．2碳化深度檢測(cè)
在混凝土表面鑿孔、向孔內(nèi)噴灑1％的酚酞溶液，已碳化的混凝土不變色，未碳化的混凝土變?yōu)榧t色，用游標(biāo)卡尺測(cè)量已碳化與未碳化混凝土交界面到混凝土表面的垂直距離，即為混凝土的碳化深度值；根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，隨機(jī)抽取測(cè)點(diǎn)對(duì)每層的混凝土構(gòu)件碳化深度進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)該樓的混凝土碳化較為嚴(yán)重，每層抽取的3個(gè)～5個(gè)點(diǎn)(兩側(cè)后加層部分除外)其碳化深度均大于45mm，屬于中重度碳化。
2．3．3混凝土抗壓強(qiáng)度檢測(cè)
對(duì)于構(gòu)件混凝土抗壓強(qiáng)度的測(cè)試，根據(jù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的重要性及現(xiàn)場(chǎng)操作的可能性，對(duì)屋面混凝土主控構(gòu)件主要采用回彈法，用鉆芯法(修正量法)進(jìn)行修正，并用超聲一回彈綜合法進(jìn)行驗(yàn)證；對(duì)樓面梁、構(gòu)造柱、圈梁等構(gòu)件混凝土抗壓強(qiáng)度主要采用回彈法、超聲一回彈綜合法進(jìn)行檢測(cè)。對(duì)每層檢測(cè)構(gòu)件的數(shù)量，按照《建筑結(jié)構(gòu)檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(GB／T50344-2004)最小樣本容量數(shù)確定。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)數(shù)據(jù)綜合分析判定：1層～4層主梁、圈梁、1層～2層挑梁修正后的混凝土強(qiáng)度推定值均大于20MPa，3層～4層挑梁修正后的混凝土強(qiáng)度推定值為15MPa，原設(shè)計(jì)該樓上部結(jié)構(gòu)所有構(gòu)件混凝土強(qiáng)度等級(jí)均為C20，因此1層～4層主梁、圈梁、1層～2層挑梁混凝土強(qiáng)度等級(jí)可綜合推定為C20，3層～4層挑梁混凝土強(qiáng)度等級(jí)可綜合推定為C15。
2.3.4梁的配筋情況檢測(cè)
本工程檢測(cè)中采用PS200型系統(tǒng)鋼筋探測(cè)儀對(duì)部分主要承重梁的鋼筋分布情況進(jìn)行了檢測(cè)。根據(jù)掃描結(jié)果分析判定：該建筑物的承重主梁、挑梁及封口梁的主筋和箍筋的配置與原圖基本吻合。
3加固范圍的確定及加固設(shè)計(jì)方案的確定
3.1加固范圍的確定
加層設(shè)計(jì)要求在原有的標(biāo)準(zhǔn)層基礎(chǔ)上再增加一層，首先依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)分析的數(shù)據(jù)，驗(yàn)算加層后的地基基礎(chǔ)、墻體結(jié)構(gòu)、混凝土構(gòu)件等能否滿足承載力和正常使用極限狀態(tài)的要求，根據(jù)其驗(yàn)算結(jié)果來(lái)確定加層加固構(gòu)件的范圍。
3.1.1基礎(chǔ)驗(yàn)算復(fù)核及分析
按照選定的組合系數(shù)，對(duì)上部恒荷載和活荷載進(jìn)行組合，計(jì)算出傳至基礎(chǔ)上部的荷載值，選用其每一種不同截面尺寸和配筋的基礎(chǔ)上部荷載的最大值對(duì)該地基基礎(chǔ)的承載能力進(jìn)行驗(yàn)算。由于原設(shè)計(jì)(89規(guī)范)時(shí)采用的地基承載能力標(biāo)準(zhǔn)值，在驗(yàn)算過(guò)程中將原標(biāo)準(zhǔn)值轉(zhuǎn)化為地基承載能力特征值計(jì)算，計(jì)算結(jié)果表明有兩道橫墻的基礎(chǔ)寬度滿足不了加層后的設(shè)計(jì)要求，其寬度相差200mm。但考慮到該建筑建成已有一定年代，且地基土層分布比較均勻，下部土體無(wú)軟弱下臥層，地基土受壓固結(jié)，其承載能力會(huì)有所提高，根據(jù)該地區(qū)的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)并取其地基原狀土進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)，可推定其地基承載能力較原設(shè)計(jì)提高15％左右。據(jù)此，進(jìn)行重建筑與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)l新驗(yàn)算，原設(shè)計(jì)基礎(chǔ)能完全滿足加層后的承載能力要求。

　　3.1.2墻體結(jié)構(gòu)的驗(yàn)算復(fù)核及分析
根據(jù)檢測(cè)評(píng)定結(jié)果，采用PKPM軟件對(duì)該結(jié)構(gòu)加層后墻體抗震性能進(jìn)行驗(yàn)算。該地區(qū)的抗震設(shè)防烈度為7度，計(jì)算結(jié)果表明加層后該房屋一層部分墻體抗力與效應(yīng)之比小于1．0，得出抗壓強(qiáng)度及抗震性能不能較好滿足加層后的設(shè)計(jì)要求，如需加層，必須對(duì)不滿足加層設(shè)計(jì)要求的墻體進(jìn)行加固處理。
3．1．3鋼筋混凝土構(gòu)件的驗(yàn)算復(fù)核及分析
根據(jù)檢測(cè)評(píng)定結(jié)果，對(duì)該教學(xué)樓加層后原混凝土構(gòu)件(承重主梁、挑梁、封口梁及樓梯梁)的承載能力進(jìn)行設(shè)計(jì)驗(yàn)算，在設(shè)計(jì)驗(yàn)算過(guò)程中采用荷載標(biāo)準(zhǔn)組合；驗(yàn)算結(jié)果表明，3層～4層挑梁配筋及原3層兩側(cè)大梁、4層所有大梁的配筋均不能較好的滿足加層后的承載能力設(shè)計(jì)要求，必須進(jìn)行加固處理后方能進(jìn)行加層施工。
3．2加層加固設(shè)計(jì)方案的確定
根據(jù)3．1的驗(yàn)算結(jié)果表明，原房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有一定的安全儲(chǔ)備，在對(duì)承載力不滿足要求的墻體及大梁、挑梁進(jìn)行加固之后，可在不改變?cè)蟹课萁Y(jié)構(gòu)承重體系和平面布置的情況下對(duì)該教學(xué)樓進(jìn)行加層改造。
3．2．1墻體的加固設(shè)計(jì)方案及分析
對(duì)抗震及抗壓不能滿足加層設(shè)計(jì)要求的墻體，目前可采用的加固方法主要有扶壁柱法加固磚墻、鋼筋網(wǎng)水泥漿法加固磚墻、增大截面法增大構(gòu)造柱等方法。其中鋼筋網(wǎng)水泥漿法加固磚墻體的方法較為常用，該方法實(shí)際就是在原砌體構(gòu)件表面做鋼筋砂漿面層形成組合磚砌體構(gòu)件，用以提高構(gòu)件的承載能力。本工程中也采用該方法來(lái)對(duì)承載能力不能滿足要求的墻體進(jìn)行加固設(shè)計(jì)，如圖2所示。

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