北方某剧院结构安全性鉴定评估及加固处理建议

时间：2024-12-27

张德智，何定宇

（1.黑龙江省寒地建筑科学研究院，哈尔滨 150080；2.哈尔滨工业大学（威海），山东威海 264209）

0 引言

随着科技和时代的进步，国家规范要求以及对建筑结构安全性要求也在不断进步。某剧院已建成40多年并经过改造，结构安全性是否符合现行标准不能得到保障，为了确保未来使用安全，按照国家现行相关规范要求对该剧院进行结构安全性能进行检测、鉴定，并采用YJK-A 结构计算软件对其进行重新建模分析，最终给出了结构的安全性等级评定结果，对不满足要求的关键部位提出了加固建议。为该剧院的安全使用以及类似工程的鉴定加固提供了技术参考。

1 工程概况

工程为黑龙江省某剧院，初始建设年代不详，1975 年开始进行了扩建，1982 年投入使用。该剧院局部地下1 层（原锅炉房部分、正厅大台阶下部），地上3层，总长度约为72.5m，总宽度为约为41m，建筑总高度舞台部分为25.55m，其余部分为22.85m。1 层房间主要使用功能为商服及办公室，2 层房间主要使用功能为舞台、观众厅及门厅，2 层半房间主要使用功能为观众厅，3 层房间主要使用功能为排练厅及宿舍。该建筑外墙粘贴饰面砖，采暖方式为散热器采暖，如图1所示。

图1 北方剧场照片

剧院主体为砖混结构，基础为毛石条形基础，混凝土柱下独立基础及混凝土条形基础，观众厅及舞台上部屋面结构形式为钢结构屋架、槽型板屋面，其余屋面为混凝土预制楼板屋面，局部为现浇钢筋混凝土楼板屋面。舞台部分原有建筑为单层空旷房屋。扩建时，在舞台轴轴外墙13.35m 以上每侧新增5 根混凝土柱轴轴是普通砖砌体，使舞台在13.350标高以上变为混合承重结构。后扩建部分为框架结构，后扩建部分与舞台部分未设伸缩缝及沉降缝。

2 现场结构检测

2.1 检测内容及方法

2.1.1 检测内容

依据现行国家规范[1]，对该剧院进行勘验内容。①对建筑外观质量进行全面调查；②对该建筑主体结构外观、结构构造进行勘验；③对该建筑地基基础进行勘测；④对该建筑主体结构混凝土承重构件的混凝土抗压强度、钢筋间距、混凝土保护层厚度进行抽样检测；⑤对该建筑主体结构砌体承重构件的抗压强度、砂浆抗压强度进行抽样检测。

2.1.2 检测方法

根据拟定的鉴定大纲[2]要求，并结合现场的实际情况，对房屋的检测范围进行选点，选点原则一是采用有代表性的随机抽样方法，二是依据现场的实际情况对重点部位或重要构件进行抽检。

采用砖回弹仪（ZC4 型）对砌筑红砖抗压强度进行检测；采用贯入式砂浆强度检测仪（SJY800A 型）对砌筑砂浆抗压强度进行检测；采用混凝土回弹仪（ZC3型）对该房屋钢筋混凝土构件的混凝土抗压强度进行检测；采用HC-GY30 混凝土钢筋检测仪对建筑混凝土柱及梁钢筋布置情况进行检测，并查清建筑是否存在有构造柱、圈梁、拉结筋等构造措施；采用水钻等工具对混凝土柱及混凝土楼板进行钻芯取样并按钻芯法进行混凝土抗压强度检测；采用钢尺、JG-80 手持激光测距仪对屋面结构平面步子及构件尺寸进行测量；采用超声波测厚仪测定钢屋架杆件有效截面厚度。

2.2 检测结果

2.2.1 地基基础

图2 是对该建筑进行基础探坑情况。经现场勘验，该建筑所处场地地势平坦，场地地基稳定，无滑动迹象及滑动史。未发现上部结构出现由地基基础不均匀沉降产生的变形、裂缝。

图2 独立基础探坑

2.2.2 上部承重结构检

（1）承重砌体外观、构造及裂缝变形。对该建筑砌筑块体进行勘验，其中砌筑块体为烧结普通砖，砌筑砂浆为混合砂浆，墙体表面为抹灰饰面。经检查水平灰缝厚度及水平灰缝宽度在8～12mm 之间。除此之外，该建筑外墙饰面砖已发生脱落，外墙造型破损，挑檐抹灰层脱落，漏水严重。

图3 墙体无拉结

（2）混凝土构件外观、构造及裂缝变形。对该建筑入口处地下室及台阶进行勘验，勘验结果为入口处大台阶下部地下室部分漏水现象比较严重，地下室顶板为300mm 厚混凝土楼板，局部地下室顶板为150mm 厚预制楼板上部浇筑150mm 厚现浇钢筋混凝土楼板，地下室混凝土梁保护层厚度偏小，钢筋存在锈蚀现象，如图4 所示。轴外侧1 层至屋面的室外钢爬梯钢构件锈蚀严重，梯板已发生变形，外墙装饰钢构件锈蚀严重，部分钢构件已发生变形。四周钢爬梯及马道钢构件存在锈蚀现象，

图4 钢筋锈蚀

图5 该建筑舞台部分结构勘验图，结果为A马道板存在残缺、破损现象。且钢结构部分原①轴外侧1 层、2 层顶部悬挑钢梁，悬挑长度为2500mm。原舞台部分在13.65m 以上两侧房间屋面漏水严重，墙体发霉、长毛，两侧房间用钢结构构件进行了分隔，使原1 层房间变成了2 层，钢结构构件锈蚀严重，钢结构上部为钢筋混凝土楼板，楼板厚度约为50mm，楼板混凝土浇筑质量较差且存在露筋现象，屋面梁在轴上轴至⑤轴间存在竖向裂缝，裂缝宽度0.2～0.5mm，垂直于轴方向的梁钢筋存在锈蚀现象。

图5 舞台部分钢结构破损图

图6 柱中穿管

（3）钢结构构件外观、连接构造。图7 为建筑钢结构勘验图，观众厅上部屋架为梯形钢屋架，钢屋架跨度为27m，钢屋架所处环境干燥，屋面未见漏水现象，钢屋架构件表面油漆良好，钢屋架有锈蚀现象，钢屋架水平支撑与钢屋架焊缝长度不够，焊接质量较差，部分工字钢20a 在下弦节点处未设置加劲板，槽钢18a 在吊杆吊点处未设置加劲板。

图7 钢结构勘验图

2.2.3 材料强度

检测对该建筑主体结构混凝土构件的抗压强度进行抽检，按照国家现行《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》对检测数据进行数值分析，《钻芯法检测混凝土强度技术规程》对回弹数据进行修正。根据混凝土构件抗压强度检测结果，混凝土抗压强度实测值见表1。

表1 混凝土构件抗压强度M P a

依据现行《贯入法检测砌筑砂浆抗压强度技术规程》对该建筑砌体砂浆及砖强度进行检测。检测结果如表2 所示。

表2 砖抗压强度、砂浆抗压强度M P a

3 结构安全性分析鉴定结果

3.1 结构安全性分析

根据国家现行《民用建筑可靠性鉴定标准》[2]，安全性鉴定工作依构件、子单元、鉴定单元三个层次进行。依据各自的评定结果确定安全性等级。依据子单元各检查项目和各种构件的评定结果，确定子单元安全性等级；依据各子单元的评定结果，确定鉴定单元的安全性等级。根据该建筑实际结构布置情况，按照现状进行建模计算，结构实体计算模型图详图如图8所示。受力分析结果表明，该建筑主体结构部分构件承载力和观众厅顶部屋面梯形钢屋架承载力均不能满足规范要求。

图8 剧院实体模型图

3.2 结构安全性分析及鉴定结果

依据现行国家有关规范，按照实测材料强度及拟改造方案。首先对该建筑实地进行勘验，根据勘验结果及规范进行相应的荷载取值后采用北京盈建科软件股份有限公司研发的YJK-A 结构计算软件对该楼进行验算。该建筑为剧场，为重点设防类，对该建筑进行结构系统安全性评估，结果见表3。

表3 结构系统安全性评估

3.2.1 地基基础部分

工程所处场地地势平坦，场地地基稳定，无滑动迹象及滑动史，在勘验过程中未发现该工程由于地基承载力不足出现的上部结构变形、裂缝。因此，该建筑地基基础安全性评级为Bsu 级。

3.2.2 主体结构

依据现行国家有关规范，按照实测材料强度和国家荷载规范，结合YJK-A 结构计算软件分析结果，最终主体结构安全性评定等级为Csu 级，应采取相关加固措施。

4 加固措施建议

4.1 混凝土修补及加固

该建筑整体结构安全性不符合国家现行标准评级，并且部分梁、墙、柱出现承载力不足及破损。对抗压承载力不足、抗震承载力不足的墙段建议采用钢筋混凝土面层加固法[4]或粘结外包钢技术，面层加固法技术要求高但加固效果好，而粘结外包钢技术要求较低，但加固耗费钢材数量多。首先对该建筑进行整体性加固及修补。在进行加固时尽可能优先选用与原有砖砌体结构设计一致的材料。在设计混凝土强度等级时，应比原有结构的混凝土强度等级提高一级的方法对砖砌体构件进行加固处理[5]。在加固过程中还应该注意尽量减少对原结构的影响和破坏。对不连续处，可进行增梁等方法进行修改传力路径进行加固。

4.2 地下室顶板及屋面板保温防水的修缮

该建筑地下室顶板及屋面板主要出现裂缝并有潮湿、发霉等现象。对于地下室顶板的修缮可采用促凝灰浆修补法，该方法能够很好地改善地下室的孔洞及漏水。而对于地下结构修补较深、较大的孔洞及裂缝宽度大于0.5mm 的裂缝，施工缝和接缝可用压力注浆补漏[6]。能够很好地延长其使用寿命及防水性能。

4.3 钢构件除锈及修补

该建筑多处出现钢筋锈蚀的梁、板、柱钢结构，除了对其进行除锈，还需要对建筑原截面进行修补。可采用喷砂除锈，相对于其他除锈方法对环境污染较小且操作较简单。加固可采用增大截面加固法、粘贴钢板加固法等进行加固处理，不影响结构整体性和传力路径[7]。除此之外还需要对钢结构分隔的楼层进行拆除，恢复至原结构。保证建筑的使用安全及提高整体结构性。

4.4 钢屋架加固

由于该建筑钢屋架处钢构件未设置加劲肋且焊缝质量差，因此为了确保使用安全，需要对其进行加固。可以采用加大截面面积或者改变受力路径方法。加大截面面积可在角钢焊接型钢或粘贴钢板，可以较好的提高承载能力，但是改变了构件面积容易产生附加弯矩[8]。而改变传力路径可新增屋架和原有屋架共同受力，能很好地加大承载能力。除此之外还可以使用钢构套加固法对节点处进行加固，使结合后形成的钢构套与加固构件共同作用，从而达到提高加固构件承载力和刚度的目的[9]。加固时若需要进行焊缝应注意避免应力集中。

4.5 悬挑钢梁

该建筑舞台部分①轴外侧1 层、2 层顶部悬挑钢梁，悬挑长度为2500mm。因此可对该建筑原舞台①轴外侧用型钢梁做悬挑结构。悬挑结构能够增加其结构稳定性并且节省钢材。在设置时应注意设置间距和长度的设置。对于节点连接处可采用焊接、铆接、普通螺栓或高强度螺栓连接等方法。焊缝加固才进行焊缝长度加长以及附加连接板，对施工人员要求高。对于承受动荷载节点可采用摩擦性螺栓。