现有砌体结构抗震检测_鉴定_加固的关键问题_张健

第29卷，第3期

2013年9月世界地震工程WOＲLDEAＲTHQUAKEENGINEEＲINGVol．29，No．3Sep．2013文章编号：1007－6069（2013）03－0061－06

现有砌体结构抗震检测、鉴定、加固的关键问题

张

摘健，李志明，王佳玲，邱世华，周金顺，俞然刚（中国石油大学（华东）储运与建筑工程学院，山东青岛266580）要：根据多个现有砌体工程检测、鉴定、加固的实践经验，分析了结构材料强度的推定过程，重点

提出了简单快捷的砌筑块材强度测分析了我国不同规范标准所对应的三种砌筑块材强度推定方法，

定方法。结合某实际工程，总结了现有砌体结构抗震性能鉴定、加固中所遇到的理论方法和PKPM

等常用软件实现方面的关键问题，如后续使用年限的约定、实际作用的取值、不利场地的影响、加固

后的受压验算、加固的优化设计等，并对上述问题提出了改进措施及解决方案。

关键词：现有砌体；抗震性能；检测；鉴定；加固；PKPM

中图分类号：TU362文献标志码：A

Keyproblemsofseismicdetection，

identificationandstrengtheningofexistingmasonrystructure

ZHANGJian，LIZhiming，WANGJialing，QIUShihua，ZHOUJinshun，YUＲangang

（CollegeofPipeline＆CivilEngineering，ChinaUniversityofPetroleum（EastChina），Qingdao266580，China）

Abstract：Accordingtopracticalexperienceofexistingmasonryengineeringdetection，identificationandstrengthe-ning，theauthoranalyzedtheestimationprocessofmaterialstrengthofthestructure，especiallythethreecorrespond-ingmasonryunitsstrengthestimationmethodofdifferentstandardsinChinaandproposedasimpleandefficientmethodformeasuringstrengthofmasonryunits．Combinedwithapracticalproject，wesummarizedtheexistingma-sonrystructureseismicperformanceappraisal，thetheoreticalmethodinstrengtheningprocessandthekeyproblemsinrealizingcommonusingsoftwarelikePKPM．Suchasthefollow-upserviceagreement，thetakingavalueofactualaction，theadverseeffectofsite，thegroundpressurecheckafterstrengtheningandthestrengtheningoptimization

thecorrespondingimprovementmeasuresandsolutionsareputforward.design．Asaresult，

Keywords：existingmasonry；seismicperformance；detectionidentification；strengthening；PKPM

引言

自从2008年汶川大地震以后，我国加强了既有结构的抗震鉴定加固，国家“十二五”抗震防灾规划中要，“十二五”求期间要基本完成大中城市现有工程的抗震鉴定和加固改造工作，使7度以上抗震设防区的生命线工程通过新建设防和加固改造，全部达到基本的抗震设防要求，任务非常繁重。20世纪90年代以前，我国的民用建筑几乎全部采用砌体结构，但砌体结构材料延性差，刚度大，材料本身的抗拉、抗弯、抗剪强度

收稿日期：2013－02－13；修订日期：2013－04－25

基金项目：中央高校基本科研业务费专项资金资助（12CX06078A）

mail：13792491654、zkj9280@163．com作者简介：张健（1988－），男，硕士研究生，主要从事结构检测鉴定研究.E-

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低，属脆性材料，抗震性能原本就差，而且随着国民经济实力和人们对抗震性能的提高，抗震设计要求进一步提高，使得既有砌体结构不能满足所期望的抗震性能。中国建筑科学研究院PKPM工程部开发的JDJG模块和宁波大红鹰学院与宁波江东英菲斯加固技术咨询有限公司联合开发的永固建筑结构加固设计系统是目前我国结构鉴定加固人员最常用的软件，但由于系统专业的结构鉴定加固起步晚，不论是规范理论方面还是软件实现方面都存在较多问题。因此，总结既有砌体结构抗震鉴定加固的关键问题，对既有砌体结构抗震鉴定加固的快速发展很有必要。

1结构检测

选择合适的检测方法和规范有序地进行结构检测是保证结果数据准确的重要前提，合理地推定材料的强度标准值更是直接关系到鉴定结果的可靠性。1．1

砌筑块材的强度检测

，《烧结普通砖》、《回弹仪评定烧结普通砖强度等级的方法》《建筑结构砌筑块材的强度推定方法多样和

检测技术标准》不同规范规定的方法推定的强度标准值不同，甚至相差较大，到底按照哪种方法或优先使用哪种方法推定没有具体规定，工程实践中也参差不齐。1．1．1砖强度直接取样法

《烧结普通砖》GB5101－2003［1］规定在同一测区取有代表性的砖10块，砖样切断或锯成两个半截砖，以断口相反方向叠放，两者中间抹一定厚度水泥净浆粘结，测量试件连接面的面积作为计算受力面积A，在试测出破坏荷载，单块试样的抗压强度为：验机上压致破坏，

Pi

fi=

Ai

砖抗压强度标准值fk按下式计算：

fk=f－1.8s

——10块试样抗压强度平均值（MPa）；式中：f—s———10块试样抗压强度标准差（MPa）。

根据试验得出的砖抗压强度平均值和标准差或最小值，按表1可确定砖的强度等级。

表1

Table1

强度等级MU30MU25MU20MU15MU10MU7．5

（1）

（2）

烧结普通砖强度等级划分规定

变异系数δ0．21

强度标准值

fk/MPa22．018．014．010．06．55．0

变异系数δ＞0．21单砖最小抗压强度

fmin/MPa25．022．016．012．07．56．0

MU30MU25MU20MU15MU10

表2砌体中普通黏土砖的强度等级

标准差Sf3．00块砖样回弹标准值Nf43．039．035．030．024．0

标准差Sf＞3．00单块最小平均回弹值Nfmin44．040．036．031．025．0

Gradingrulesofthefiredcommonbrickstrength

抗压强度平均值f/MPa30．025．020．015．010．07．5

Table2Strengthlevelofthecommonclaybrickinmasonry

强度等级

10块砖样平均回弹值N47．543．539．034．028．0

1．1．2砖强度回弹法

《回弹仪评定烧结普通砖强度等级的方法》JC/T796－1999［2］规定砌体中普通黏土砖的强度等级直接由测区内10块砖样平均回弹值和10块砖样回弹标准值或单块最小平均回弹值查表2确定。

《建筑结构检测技术标准》GB/T50344－2004［3］规定以每块砖的回弹测试平均值为计算参数，按相应的测强曲线计算单块砖的抗压强度换算值；当没有相应的换算强度曲线时，经过试验验证后，可按式（3）计算单块砖的抗压强度换算值：

第3期张健，等：现有砌体结构抗震检测、鉴定、加固的关键问题63

粘土砖：f1，t=1.08Ｒm，i－32.5

页岩砖：f1，i=1.06Ｒm，i－31.4

煤矸石砖：f1，i=1.05Ｒm，i－27.0

式中Ｒm，——第i块砖回弹测试平均值i—（3）

以测点的抗压强度换算值f1计算测区的样本均值m，样本标准差s，然后测区抗压强度标准值的推定，

4推定测区标准值区间。按照式3、

xk，1=m－k1s

xk，2=m－k2s

式中xk，——标准值推定区间的上限值；1—

xk，——标准值推定区间的下限值；2—

k1、k2———推定系数。

不论是那种检测推定方法，都应该以工程实践为基础，在能够保证检测数据准确的情况下尽量方便工作人员的操作，从而达到便捷、快速和有效，江苏省住房和城乡建设厅审定发布的《砌体中砖抗压强度回弹法

［4］检测规程》完全采用回弹法，不需要用直接取样法修正，属于无损检测，使用简便快捷，备受检测人员的青

睐，在以后修订规范时可参考借鉴。（4）（5）

1．2砌筑砂浆的强度检测

。《建筑抗震加固技术砌筑砂浆的强度推定方法单一，可操作性强，可唯一确定测区的砂浆强度标准值

［5］“满墙灌浆加固后的墙体，规程》规定可按原砌筑砂浆强度等级提高一级计算”和《建筑抗震鉴定标准》规

“砖、砌块的强度等级低于上述规定一级以内时，墙体的砂浆强度等级宜按比实际达到的强度等级降低一定

［6］级采用”。但在实际鉴定加固中砂浆的强度是按照推定值直接输入的，没有必要也没有具体规定砂浆的

M1、M2．5，强度分为哪几个等级，只在一些表格中出现了M0．4、为了实现降低强度的需要，应该明确划分砂

浆的强度等级或者直接给出强度降低公式。

2结构鉴定

抗震鉴定的方法可分为两级。第一级鉴定以宏观控制和构造鉴定为主进行综合评价，主要对砌体结构的高度、层数、外观质量、结构体系、墙体材料的实际强度、房屋整体性连接构造的可靠性、局部易损易倒部位构件自身及其与主体结构连接构造的可靠性等方面调查检查检测评价，第二级鉴定以抗震验算为主结合构

［6］造影响进行综合评价。

2．1第一级鉴定

后续使用年限的引入是现有建筑的一个重要特征，直接影响到现有建筑抗震鉴定的设防目标、采用的抗震鉴定方法及最后的鉴定结论。后续使用年限是对现有建筑经抗震鉴定后继续使用所“约定”的一个时期，对于A类建筑，也可以按B类建筑进行抗震鉴定，对于B类建筑，也可以按C类建筑进行抗震鉴定，但不得

［7］《建筑抗震鉴定标准》按A类建筑进行抗震鉴定，也就是说中给出的后续使用年限是一个最低值。它的选

可以根据建筑的重要性、检测结果、社会影响等因素综合考虑，有条件时可适当提择不仅仅根据其建造年代，

高后续使用年限。

2．2第二级鉴定

A类建筑的第二级鉴定，标准中给出了两种计算方法：一是简化方法，即综合抗震能力指数计算，二是按照规范的方法进行计算，但材料强度的取值、地震作用效果计算、内力调整、抗震验算应按《建筑抗震鉴定标

［7］准》中的规定进行。图1为某A类建筑某楼层的第二级鉴定结果，墙段综合抗震能力指数大部分小于1，

不满足抗震性能要求。

准确的鉴定结果直接导致加固方案的选择和优化，按照规范虽然能够顺利地进行结构鉴定，但在整个鉴定过程准存在下面几个问题：

64世界地震工程第29卷

（1）结构鉴定中取用的总水平地震作用应按实际的等效总重力荷载乘以水平地震影响系数值计算，可是实际等效总重力荷载的确定需要由统计和实验得出，在统计和实验中应该遵循什么样的方法或者步骤值得我们思考

。

图1

Fig.1原结构第二级鉴定结果Secondlevel’sidentificationresultsoforiginalstructure

（2）JDJG模块对C类建筑仍然采用《建筑抗震设计规范》GB50011－2001进行抗震鉴定验算，应按现行

《建筑抗震设计规范》GB50011－2010的要求进行抗震鉴定验算。国家标准

（3）7～9度时处于不利地段的建筑，应估算局部地形导致其地震影响增大的后果，根据规定，在条状突出的山嘴、高耸孤立的山丘、非岩石的陡坡、河岸和边坡边缘等不利地段，地震作用增大系数取1．1～1．6，JDJG模块没有考虑此增大系数，而且地震分组还采用以前的近震和远震，不是现行规范的第一组、第二组、第三组。

［8］（4）《四川省建筑抗震鉴定与加固技术规程》中规定1992年7月1日后设计的房屋，主要构件的承载

次要构件可取0．90，但JDJG模块的鉴定总信息里面只有一个取值，力抗震调整系数的折减系数可取0．95，

不能根据构件的重要性分别取值。

（5）第一级鉴定中构造措施的检查项目包括层数、高度、高宽比、抗震墙间距、立面高差、材料强度、构造柱、圈梁、纵横墙咬槎、楼屋盖的最小支承长度、大梁的支承长度、墙肢宽度和隔墙拉结等，而在第二级鉴定查取体系影响系数值和局部影响系数值时，没有考虑纵横墙咬槎、圈梁和构造柱的强度及隔墙拉结等因素，从而使鉴定结果片面。

3结构加固

砌体结构加固方法可大致分为减震隔振加固和结构本身加固，减震隔振技术包括橡胶隔震垫、消能减震体系、被动控制减震技术等，结构本身加固又可分为承载力加固、构造性加固和砌体裂缝修补。承载力加固随着新型材料的开发和结构粘结剂的发展从最开始的仅增加扶壁柱、夹板墙加固发展到现在的粘钢粘纤维复合材料，构造性加固主要通过增设圈梁加固、增设构造柱加固、增设梁垫加固、砌体局部拆砌等方法增加结

排除易引起局部倒塌的连接及其部件的质量隐患，裂缝修补方法有填缝法修补砌体裂缝、压浆构的整体性，

法外加网片法、置换法等，图2为采用面层和板墙加固后二级鉴定验算结果，满足抗震性能要求。

09SG619－1《房屋建筑抗震加固（一）（中小学抗震加固图集）》、12G619－2《房屋建筑抗震加固（二）（医疗建筑抗震加固）》和11SG619－4《房屋建筑抗震加固（四）（砌体结构住宅抗震加固）》等国家建筑标准设计图集的实施规范了结构加固方法，提高了加固质量，使得结构的实际抗震性能能够满足设计要求的。

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第3期张健，等：现有砌体结构抗震检测、鉴定、加固的关键问题65

图2

Fig.2

加固后第二级鉴定结果

Secondlevel’sidentificationresultsafterstrengthening

JDJG模块在加固的操作过程中存在以下问题：（1）柱加固做法只能布置在矩形柱上；（2）一段轴线上只

能布置一个洞口，不过这可以在两洞口之间的墙肢上加节点得以实现，但在同一层的同一段轴线上是上下只“新增构件”能布置一个洞口；（3）圈梁只是加强结构整体性能的构造措施，不能通过指定来识别新增加的圈梁，只能通过体系影响系数计入；（4）虽然有增大截面法、外粘钢板法、外包型钢法、置换混凝土法、外贴纤维“硬抗”复合材料法、外加面层和外加板墙等多种加固方法，但这些方法都是地震作用，没有考虑外加预应力法，也没有考虑消能减震的加固方法；（5）虽然在参数定义中考虑了《建筑抗震加固技术规程》中规定的“当采用改变结构体系的方案时，应在两个方向增设一定数量的钢筋混凝土墙体，新增的混凝土墙应计入竖向压

［5］

“新增构件”应力滞后的影响并承担结构的全部剪应力作用”，但只能对新增的构件附属性来计算，对于个别拆除构件软件没法计算，也就不能计算加固并改造的结构；（6）加固后的楼层和墙段的综合抗震能力指

数，都是通过加固前的综合抗震能力指数乘以加固增强系数η得到，墙段的受剪承载力设计值同样也是通过加固前的受剪承载力设计值乘以加固增强系数η得到，但是没有进行加固后的受压承载验算（图3、图4），《砌体结构加固设计规范》GB50702－2011［9］的要求对应该按照2012年8月1日起实施的国家通用标准使得加固方案既满足受剪要求，又满足受压要求。加固后的结构进行受压承载力验算，

墙肢轴心受压计算结果文件

墙肢编号：14—1

抗力与荷载效应之比：1．02结构重要性系数：1．00轴向力设计值N：1254．37kN组合砖砌体稳定系数φcom：0．92墙肢横截面面积A：1．44m2砌体抗压强度设计值f：0．79MPa构造柱面积Ac：0．05m2

构造柱钢筋面积As：452．4mm2组合砖墙强度系数η：0．44

墙肢轴心受压计算结果文件

墙肢编号：14—1

抗力与荷载效应之比：1．22结构重要性系数：1．00轴向力设计值N：1252．13kN组合砖砌体稳定系数φcom：0．92墙肢横截面面积A：1．44m2砌体抗压强度设计值f：0．79MPa构造柱面积Ac：0．11m2

构造柱钢筋面积As：904．8mm2组合砖墙强度系数η：0．45

图4

图3Fig.3

板墙法加固下前墙肢受压计算Compressioncalculationoffrontwalllimbundermasonrystrengthening

Fig.4

板墙法加固下墙肢受压计算undermasonrystrengthening

Thecompressioncalculationofbackwalllimb