既有建筑物结构检测鉴定技术及加固措施研究rm

对结构的检测和加固技术

既有建筑物结构检测鉴定技术及加固措施研究

对结构的检测和加固技术

既有建筑物结构检测鉴定技术及加固措施研究

摘要：目前，我国建筑已开始从大规模新建时期迈向了新建与维修并重时期。加固改造工程由于结构受力的特点，其设计和分析具有较大的技术难度。同时由于施工条件因素，其施工难度也较建造新的建筑为高。实践表明，对结构体系的加固和改造具有显著的经济效益和社会效益，论文中检测鉴定方法和加固方案对其同类工程有一定的参考价值和借鉴作用。

关键词:既有建筑物；检测鉴定；结构加固；计算分析

1、前言：

50年来，我国的结构验测与加固技术经历了从无到有、从单项到全面、从局部构件到整体结构的发展过程。特别是最近多年，结构的检测与加固技术得到快速的发展，其应用对象已从开始阶段的单层的破旧民居扩展到建设工程中的各类结构。

结构检测与加固技术的发展与应用对于提高建设工程的质量起到了积极的作用，在节省国家与企业的资金、保障企业生产安全和人民生命财产的安全方面也起到了一定的作用。

2、既有建筑物结构检测、鉴定及加固技术研究历史及现状

2.1、国内研究历史与现状

我国的结构检验检测、鉴定及加固技术走的是”引进一消化一提高”和”借鉴一独创”相结合的发展之路。

混凝土构件钢筋配置情况的检测开始于七十年代。开始阶段使用的是进口的仪器。目前我国己经有了第二代钢筋测定仪，该仪器可测定120mm厚混凝土层下的钢筋，并可测定钢筋直径，其测试原理为电磁感应。国产仪器可基本上满足建筑结构检测的需要。

现在，国内对既有建筑物检测手段、鉴定理论及加固材料应用的研究方兴未艾;其中，检测设备遥控化、数值化、自动化、程序化是近年出现的新变化，新材料(如碳纤维布或片材)则使强度补强方面的工作更容易，新的施工工艺(如粘贴钢板、碳纤维布或片材等)使结构补强成为可能(或可行)。

2.2、国外研究现状

目前，欧美国家对既有建筑物的检测、鉴定和加固技术已经成熟和规范;其检测设备已基本实现遥控化、数值化、自动化和程序化:其鉴定理论体系水平与国内技术水平相当。欧美及日本等国的既有建筑物的检测、鉴定和加固技术主要集中在改造(加固)技术的日益更新和完善，即主要集中解决既有建筑物的舒适

2.3、本文研究的主要内容及采用方法

本文结合“毛泽东思想胜利万岁”展览馆的改造加固工程，在对结构材料性能、结构构造和结构体系以及结构缺陷和损伤等进行了全面检测的基础上，并对结构的受力现状、受力特点及持力水平进行了详细的叙述，然后，依据检测结果提出结构体系加固改造方案，最后利用SAP2000程序对加固改造后的结构体系进行了分析。通过分析，加固后的结构强度、刚度都满足规范要求。

3、既有建筑结构的检测、评价与加固

既有建筑结构状况的检测与评价是对其结构及部件的材料质量和工作性能方面所存在的缺损状况进行详细检测、试验、判断和评价的过程其包含的项目内容大致上可分为如下两个方面:结构材料缺损状况诊断，包括材料损坏程度检测，材料物理、化学和力学性能测试及缺损原因的分析判断等;结构整体性能、功能状况鉴定，包括结构承载能力(强度、刚度和稳定性等)的鉴定等。

3.1、结构材料状况检测与评价

(1)混凝土强度测定：

现场测定构件的混凝土强度是工程中经常要求测试的项目，目前测试方法主要有回

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弹法(即Schmidt锤法或表面硬度法)、超声波法、超声波一回弹综合法、贯入法、断裂法、拔拉法、拉脱法和取芯样试验法等。

(2)构件材料缺损的检验：

混凝土构件中常见的缺损有裂缝、碎裂、剥落、层离、蜂窝、空洞、环境侵蚀和钢筋锈蚀等。钢构件的缺损主要是锈蚀、裂缝、机械损伤、局部变形、焊缝缺陷和防护层损坏等，其中包括由于应力集中和疲劳等引起的裂缝。

(3)钢筋锈蚀的评价技术：

混凝土的密实度、渗水性、含水量、含氯盐量、碳化深度、保护层厚度不足和开裂等缺损，是导致钢筋锈蚀的诸多因素，反之，钢筋锈蚀又促使混凝土进一步破损。对钢筋锈蚀的评定技术可分为直接评定和间接评定两种。

3.2、结构加固与改造的原则和方法：

建筑物建设时都是根据所要求的功能与标准为基础进行设计、施工的。现有建筑物，经过多年的使用后，随着技术进步和生活水平的提高，可能不满足人民生活和生产的需求，要求对现有建筑物进行改造与加固。建筑物改造是指改善和提高具有固定资产的建筑物扩大再生产的建筑活动，改造后的建筑物，其功能和标准都比原来设计提高了。 结构或构件经过检验和可靠性鉴定后，认为不满足使用要求时，就要进行加固处理。结构加固改造的全过程包括结构可靠性鉴定、方案设计和施工三个阶段，已有结构现状的评价，加固方法的选择和加固施工组织是加固改造涉及的主要技术内容。结构加固方案的选择和加固设计对加固改造工程的质量和经济性有很大的影响，是加固改造项目成功与否的关键。在结构加固方案的选择和设计时，应根据可靠性鉴定结果，根据原有结构的实际情况和加固改造的目的和加固后的使用要求，在对加固后结构体系和结构构件受力状况进行全面分析的基础上，并充分考虑施工队伍的技术水平和施工场地条件，进行综合分析，选择合理的加固方案，使其达到加固效果好，对结构使用功能影响小，技术可靠，施工方便，经济合理，外观整齐。

加固施工是加固改造过程的主要环节，是实施加固设计、保证加固质量的关键，应考虑生产与加固施工的相互影响。有限的施工场地、原有结构、构件的制约等对施工方法和施工质量都有影响。现场的施工操作应尽可能的简便。由于大多数加固工程的施工是在负荷或部分负荷的情况下进行的，因此，施工安全很重要，并且加固施工应速战速决，避免发生意外。加固工程竣工后，应由使用单位或主管部门组织专业技术人员进行验收。

从设计的角度讲，结构的加固方法主要有：

(1)减径荷载:改用轻质材料或其它减少荷载的方法。如:工业厂房的屋架可在下弦增设临时支柱，或组成撑杆式结构的方法来卸荷;托架的卸荷可以采用上述方法，也可以利用吊车梁作为支点使托架卸荷;柱子一般采用设置临时支柱卸去屋架和吊车梁的荷载;平台结构因其高度不高，一般采用临时支柱进行卸荷。

(2)改变结构的静力计算图形:采取措施使结构发生符合设计意图的内力重分布，以调整原有结构中的应力，改善被加固构件的受力情况。如:增加支撑或辅助构件以增加结构或构件的刚度，使结构可以按空间结构进行验算，挖掘结构潜力，或施加预应力等来改变构件的弯矩图形;增设撑杆、加设拉杆或将静定结构变为超静定结构来改变析架的内力;将被加固构件与其它结构共同工作形成混合结构，以改善受力情况。

4、“毛泽东思想胜利万岁”展览馆检测实验

“毛泽东思想胜利万岁”展览馆于1968年12月完成设计并开始施工，1969年建成并投入使用。鉴于当时的设计控制标准及材料级别较低以及使用功能拟将改变等情况。为此进行全面结构检测，并对其主体结构性能现状做出技术鉴定。

4.1、结构检测的内容

对结构的检测和加固技术

(1)混凝土强度:预制框架梁、柱；

(2)截面尺寸:钢筋混凝土梁、柱；

(3)钢筋布置情况:主要检测纵筋的保护层厚度与钢筋混凝土梁、柱的箍筋的间距；

(4)锈蚀程度:预制构件(预制梁、柱)的预埋件、连接板；

(5)焊缝质量:柱连接板对接焊缝、梁柱节点板角焊缝；

(6)裂缝:框架梁、底层部分混凝土框架柱；

(7)挠度:混凝土框架梁；

4.2检测实验方法

(1)强度检测

混凝土强度检测采用钻芯法进行。此法是使用专用钻机直接从结构上钻去芯样，并根据芯样的抗压强度推定结构混凝土立方抗压强度的一种半破损现场检测方法。芯样的抗压强度除了取决于混凝土本身的质量以外，还受其它试验条件的影响，因此，在进行芯样抗压试验以前，必须确立一种标准状态，使芯样试验条件基本一致。当芯样与标准状态有差异时，或对试验进行加工，或对试验结果进行经验性修正。

(2)裂缝检测

用裂缝观测仪测量裂缝宽度，用卷尺测量裂缝长度，裂缝深度检测采用超声波测试方法[[461。其基本原理是在混凝土材料性质(包括混凝土的成分、配合比和龄期等)相同的条件下，对比声波在有、无裂缝的混凝土中传播时间差异比较来判定裂缝深度。受现场条件的限制，采用平测法进行混凝土裂缝深度检测。

(3)钢筋锈蚀检测

采用钢筋锈蚀仪结合实际情况考察预制构件(预制梁、柱)的预埋件、连接板的锈蚀状况。

(4)其它项目检测

其它项目检测包括挠度、焊缝质量等。

5、展览馆安全性鉴定及评估

5.1、结构安全性鉴定

(1)结构总体评价

根据施工图纸及现场检查证实，该建筑总体结构布置合理;结构刚度变化均匀;框架柱网布置整齐、正确，其主要结构构件尺寸合理正确。

按现行国家相关规范要求，由于该结构纵向连系梁简支于柱牛腿上，形成了单向框架，且楼屋面采用预制钢筋混凝土带肋板，未采取适当措施加强其整体性;故该类框架的抗震性能较差.

装配式框架柱与柱之间的连接为通过角钢预埋件沿柱周边围焊连接;该类构造节点不宜承受和传递弯矩及水平地震荷载;其可靠性较差。

该主体结构混凝土构件钢筋锚固长度不符合现行国家规范抗震设防措施要求。

(2)评定：

根据检测报告，装配式钢筋混凝土结构(或构件)的混凝土强度符合原设计要求。所采用的钢筋、钢板及型钢连接件的材质及力学性能符合设计及规范要求(包括烧结普通砖、水泥砂浆等)。

(3)主要结构连接构造

a、框架主梁与柱连接、屋面梁与中柱的连接、天沟挑梁与柱连接均为刚性节点。其节点连接合理、可靠;符合设计及规范要求。

b、框架连系梁与柱连接、屋面梁与边柱的连接均为铰接节点。其节点连接符合原设计要求。

c、框架柱与柱连接为柱周边围焊连接。该节点构造不宜承受和传递弯矩及水平地震荷

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载，可靠性较差。应按现行相关结构设计规范进行分析验算，进行适当加固处理，以满足其正常使用下的安全性要求。

(4)混凝土构件外观质量及几何尺寸

部分混凝土构件(梁、板)存在损伤、露筋等施工缺陷，其虽不影响该类构件的承载力，尚应在改造时一并作适当的修复或撤换。现场测试表明:框架柱、梁的截面几何尺寸符合设计要求。

(5)结构耐久性评估

装配式框架部份梁、柱(表面有抹灰)的混凝土保护层的碳化较为轻微(碳化深度小于6mm )；部份框架梁、柱(表面未抹灰)的混凝土保护层的碳化比较严重(碳化深度大于6mm)；楼屋面带肋板的混凝土保护层的碳化较为严重。

综上所述，对该主体结构的耐久性问题应采取适当措施进行处置;以满足结构正常使用下的耐久性要求。

5.2、结构复核

由于柱轴线安装偏差高达30mm，远大于规范允许的尺寸偏差。选取框架局部进行结构复核。结构复核表明，构件截面配筋最大增加约1%即由于柱轴线尺寸安装偏差引起的结构内力变化不需要进行加固。

5.3、结构性能评估

该工程建筑场地、基础类型选择合理。筑平面布置规则、对称，各结构单元呈矩形，刚度和承载力分布均匀:立面和剖面规则，结构的侧向刚度变化均匀:变形缝布置及构造正确，其结构伸缩缝最大间距58.4m，符合现行国家相关规范要求。

框架柱网布置整齐、正确，其主要结构构件截面尺寸设计合理。混凝土强度等级、钢筋材质选用符合现行国家相关规范要求。

5.3.1、结构体系评估

(1)、该工程为装配式钢筋混凝土框架结构，南面单元总高为38m，已超过《钢筋混凝土装配整体式框架节点与连接设计规程》(CECS 43: 92) 1.0.2条35m的限值。横向形成梁柱刚性连接的框架，所有纵向连系梁均简支于框架柱的牛腿上，形成抗震性能较差的单向框架。所有纵向连系梁均搁置于框架柱的牛腿上，楼屋面板采用大跨度预制钢筋混凝土带肋板，无配筋现浇面层加强，整体性较差，特别是影响其抗震性能。无任何抗震墙，所有水平荷载均由框架承担，抗震防线单一，且东厅、西厅、正南厅为二排柱的门式框架结构，抗震性能不佳。

(2)、混凝土构件钢筋锚固长度未考虑因抗震要求而加长，小于《混凝土结构设计规范))(GB 50010-2001) 11.1.7条的1.E=1.151:的要求。

5.3.2、结构耐久性评估

该工程已使用40余年，改造后将继续长期使用，其设计使用年限应为100年。但该工程按室内正常环境考虑，板受力钢筋混凝土保护层厚度设计为30mm，其设计使用年限应为50年，不符合《混凝土结构设计规范》(GB50010-2001)第3.4.3条的要求。结构的耐久性[s2]达不到要求，需加固处理。

6、展览馆加固措施研究及计算分析

6.1、加固方案可行性分析

根据鉴定结果，需要对如下内容进行加固(或修复、维护)处理(不包括因改造引起的结构加固):

(1)原结构东、西厅为单向框架，抗震防线单一，抗震性能不佳;

(2)原结构框架柱之间的连接节点抗震性能不佳、不能满足结构正常使用下的安全性要求(不能有效传递水平剪力和弯矩);

(3)对不符合现行国家规范要求的结构构造、连接方式、抗震设置等问题进行适当处置;

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(4)对该主体结构的耐久性问题(包括混凝土构件的碳化、钢连接件的锈蚀等)进行适当处理;

(5)对混凝土构件存在的孔洞(如预制构件后期开洞)、露筋、缺损等施工缺陷及部分框架梁的非受力裂缝应进行修复或封闭处理.

结合加固(或修复、维护)内容，考虑到“毛泽东思想胜利万岁”展览馆的历史意义及历史特殊性，、最终做出的可行性加固(或修复、维护)方案为:

(1)对不符合现行国家规范要求的结构构造、连接方式、抗震设置等问题，由于目前未出现征兆，故暂不进行有针对性的加固处理；

(2)对主体结构的耐久性问题进行封闭(密封)处理；

(3)对混凝土构件存在的孔洞(如预制构件后期开洞)、露筋、缺损等施工缺陷及部分框架梁的非受力裂缝进行修复、封闭处理。

6.2、加固方案实施研究

加固方案实施后，其抗震性能仅能达到《建筑抗震鉴定标准》(GB 50023-95)的要求，这与改造工程的设计标准应按照国家现行的设计标准一致相悖。因此由、于该工程的历史价值，不符合现行国家设计规范要求的结构构造、连接方式及抗、震设置等问题仍然未得到全面有效的解决。如何真正彻底有效地解决上述问题，、目前尚无真正统一的标准。但无论如何，开发新的，高科技的加固材料不失解决、上述问题的当然之选。

7、总结：

对很多重要的或由于建造地段和文化因素不能够轻易拆除建筑物，如何“以有限的情报或在一定范围内，正确地做出最低限度的、必要的、不可缺少的判断，并做出最大可能的、切实可行的加固改造方案”是鉴定加固从业人员将长期面临的最直接问题。本论文结合“毛泽东思想胜利万岁”展览馆的改造加固工程，对结构体系的检测鉴定与加固改造进行了较深入的研究和分析。

实践表明，由于新的基础理论的日臻完善和新材料、新工艺的不断出现，对既有建筑物进行加固和改造，越来越显示其显著的经济效益和社会效益。既有建筑物的结构检测鉴定技术及加固措施研究这一学科，是在近30年的时间逐步成熟的。新的加固材料的研制是推动加固技术发展的动力。以往的经验告诉我们，检测鉴定技术的发展依赖于检验测试仪器的发展，加固技术的发展依赖于新材料的发展。由轻质、高强、抗腐蚀、耐高温的新材料构成的效果好、易施工的加固方法可推动加固材料的发展。结构的加固技术有待进一步发展。

加固改造理论的提高是该项技术发展的另一个方面。目前的加固基本上是针对构造和承载能力不足的构件，缺乏从结构总体上的把握与判别。要从总体上把握，需要加固理论的提高来解决。

参考文献

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/yjii.html