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虹口区中国人民解放军第四一一医院住院大楼安全性检测评估报告

2018-11-29 10:35:39 结构检测中心 阅读

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  虹口区中国人民解放军第四一一医院住院大楼安全性检测评估报告

 

  【摘要】中国人民解放军第四一一医院住院大楼在安装工程施工过程中大部分混凝土梁上均不同程度出现了垂直裂缝和斜裂缝,为确保房屋安全,查清裂缝原因,本报告对该房屋进行了安全性检测评估。报告对施工过程及材料配合比和塌落度指标等情况进行了较为详细的调查;现场检测中对结构体系、主要结构构件尺寸和配筋情况等进行了复核,对混凝土强度进行了检测,并进行了不均匀沉降测量;现场对裂缝情况进行了普查,并利用混凝土超声仪对典型裂缝的裂缝深度进行了探测;报告还对结构承载力进行了验算分析。经过综合分析与评估,认为房屋混凝土梁、板上裂缝的形成主要由于混凝土材料收缩、温度变化等多种原因综合引起的,并给出了相应的整改建议。

 

  1.检测概述

  中国人民解放军第四一一医院住院大楼为一幢二十四层的框架剪力墙结构房屋,建筑面积约2.2万平方米,其上部结构工程于2009年4月开工,于2010年3月主体结构封顶。近期该房屋正在进行安装工程施工。在施工过程中,业主发现该房屋大部分混凝土梁上均不同程度出现了垂直裂缝和斜裂缝。为确保房屋安全,查清裂缝原因,中国人民解放军第四一一医院特委托上海市建筑科学研究院房屋质量检测站对该房屋的裂缝进行检测鉴定,评估房屋的安全性,并对存在的问题提出相应的处理建议。

  1.1 检测鉴定的范围

  本次检测鉴定的范围为中国人民解放军第四一一医院住院大楼,建筑面积约2.2万平方米。房屋立面照片及内部情况如图1-1和图1-2所示。

  1.2主要工作内容

  本次检测鉴定主要工作内容包括:

  1.调查房屋的建筑结构体系,复核上部结构构件包括梁、柱的尺寸;

  2.在各层分别随机抽取部分混凝土构件,采用回弹法测试混凝土强度,同时利用钻芯法校核;

  3.在各层分别随机抽取部分混凝土构件,采用超声仪器探测对主要结构构件的配筋情况进行复核;

  4.对房屋各层混凝土构件上存在的裂缝分布等损伤情况进行普查,采用混凝土超声仪对典型裂缝的深度等进行检测,记录并绘制其典型裂缝与损伤状况。5.用经纬仪和水准仪测量房屋的倾斜和不均匀沉降;

  6.根据调查的房屋结构形式、材料特性、损伤程度以及房屋的使用状况,对结构的承载力进行验算分析;

  7.根据检测和分析结果,对房屋混凝土构件上存在的裂缝原因进行分析,指出裂缝原因,并对房屋的安全性进行评估,针对房屋存在的问题提出维修加固建议。

 

  2.房屋概况

  2.1房屋建筑结构特性介绍

  根据委托方提供的有关资料,该住院大楼为地上二十四层、地下一层的钢筋混凝土框架—剪力墙结构房屋,平面基本呈长方形,纵向长度约为43.2m,共6个开间,房屋总高为80.7m。框架填充墙采用200mm厚加气混凝土砌块砌筑。

  房屋上部结构的设计混凝土强度等级,地下一层~五层上部结构柱、墙为C50,六层~十层柱、墙为C45,十一层~十四层柱、墙为C40,十五层及十五层以上柱、墙为C30。房屋各层板、梁的混凝土强度均为C30。

  房屋采用筏板基础,下设桩基,主楼下的桩基采用直径为700mm的钻孔灌注桩,桩长48∼55米,其余位置处的桩基采用直径为550mm的钻孔灌注桩,桩长28∼34米。主楼位置基础底板厚度为1500mm,其余位置基础底板厚度为600mm,基础底板的混凝土强度为C35。

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  2.2地质情况介绍

  根据《411医院住院大楼岩土工程勘察报告》,场地内属稳定场地,在20.0m以浅有饱和砂性土分布,为不液化土层,宜采用桩基,无暗浜、暗塘等不良地质现象分布,地下水及地基土对混凝土无腐蚀性。

  2.3施工过程及材料配合比情况调查

  根据调查,房屋的上部结构工程于2009年4月开工,于2010年3月主体结构封顶。该工程的混凝土采用泵送商品混凝土,其中各层施工日期及配合比的主要参数见表2-1。

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  由上表可知,该房屋上部结构的施工贯穿于2009年整年,其四层以下各层板、梁商品混凝土的塌落度在120±30∼140±30mm之间,矿粉、粉煤灰掺量占水泥掺量的百分比在9.6∼15.9%之间,用水量在188∼193kg/m3之间;五层至二十层板、梁的商品混凝土的塌落度在150±30∼180±30mm之间,矿粉、粉煤灰掺量占水泥掺量的百分比在46.1∼49.1%之间,用水量在193∼203kg/m3之间;二十一层及以上各层板、梁的商品混凝土的塌落度在150±30∼180±30mm之间,矿粉、粉煤灰掺量占水泥掺量的百分比在15.2∼15.5%之间,用水量在198∼203kg/m3之间。

 

  3.现场检测情况

  3.1结构体系复核及主要结构构件尺寸复核

  现场对房屋的建筑结构布置进行了调查,结果表明,房屋梁、墙、柱等构件的建筑结构布置与设计图纸相符。现场用5m钢卷尺对主要结构构件的截面尺寸等参数进行了抽样测量,测量结果表明,抽样位置处房屋结构构件的截面尺寸与设计图纸一致。

  3.2混凝土强度检测

  根据现场条件,采用回弹法对房屋的混凝土梁、柱的强度进行抽样检测,检测按上海市工程建设规范《结构混凝土抗压强度检测技术规程》DG/TJ08-2020-2007进行,数据根据钻芯法的结果进行了修正。

  以混凝土强度推定值作为混凝土强度的评定标准,房屋地下一层~五层混凝土柱的实测混凝土强度为54.5MPa,达到了设计混凝土强度C50的要求;六层~十层柱的实测混凝土强度在45.5MPa~54.5MPa之间,平均值为48.9MPa,达到了设计混凝土强度等级C45的要求;十一层~十四层柱的实测混凝土强度在43.2MPa~44.8MPa之间,平均值为44.1MPa,达到了设计混凝土强度等级为C40的要求;十五层及十五层以上柱的实测混凝土强度在37.0MPa~42.8MPa之间,平均值为40.0MPa,达到了设计混凝土强度等级为C30的要求;房屋混凝土梁实测混凝土强度在32.4MPa~54.5MPa之间,平均值为42.7MPa,达到了设计混凝土强度等级C30的要求。

  3.3配筋情况复核

  本次钢筋检测主要针对已开裂的混凝土梁进行抽样检测,检测采用钢筋探测仪探测钢筋数量、位置,用钢卷尺测量钢筋间距,用游标卡尺测量钢筋直径,由钢筋检测结果可知,抽样测量位置处混凝土梁的实际配筋与设计配筋一致。

  3.4裂缝情况调查

  检测人员对上部结构的梁、板裂缝状况进行了普查,调查情况表明,房屋主体结构中,各层混凝土梁、板均不同程度存在一定的裂缝现象,主要表现为:

  1).房屋各层楼板上均不同程度存在一定的开裂现象,其中十一层以下楼板的裂缝相对较少,仅出现在局部位置,裂缝基本均为贯穿裂缝,裂缝宽度一般在0.2mm~0.3mm之间,这些裂缝基本均位于楼板的角部,为楼板的非受力方向。

  十二层以上楼板的裂缝相对较多,分布比较广泛,裂缝呈龟裂状,大多为上下贯穿,裂缝处一般有渗水痕迹,局部也存在仅板底龟裂现象,大部分裂缝宽度在0.05mm~0.1mm之间。这些裂缝大部分长度较短,斜向分布,仅个别裂缝长度较长,与楼板内预埋的管线位置基本一致,但基本均为楼板的非受力方向。

  房屋十六层楼板的裂缝分布见图3-1。

  2).对房屋混凝土梁的裂缝调查结果表明,目前房屋各层混凝土梁均不同程度存在开裂现象,其中一层和二层梁上的裂缝相对较少,其余各层混凝土梁上的裂缝相对较多,绝大部分混凝土梁上的裂缝为垂直裂缝,每根梁上的裂缝数量约2~8条,间距约0.3m~1.5m之间,裂缝宽度在0.05mm~0.1mm之间,裂缝主要位于梁侧,与箍筋位置重合。也有少量混凝土梁上大部分箍筋位置处均存在裂缝。

  此外,房屋屋面混凝土横梁的两端有八字形斜裂缝,裂缝宽度在0.05mm~0.25mm之间,裂缝主要位于梁侧中部,裂缝宽度为中间宽,两端窄的枣核状。

  房屋十一层混凝土梁的裂缝分布见图3-2。

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  为了了解房屋混凝土梁裂缝的深度,利用混凝土超声仪对屋面9/A~B轴、8/A~B轴、十三层5/A~B轴、8/A~B轴以及四层9/A~B轴梁等位置处的典型裂缝处的裂缝深度进行探测,每根梁选择两根典型裂缝,分别测试其过缝和不过缝声时,探测结果见表3-1。由表3-1可知,探测位置处大部分裂缝均存在局部贯穿现象。

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      3.5不均匀沉降测量

  由于现场条件限制,无法对房屋角点棱线相对倾斜进行测量。本次利用水准仪测量了房屋六层、十二、十八层楼面的相对高差,以反映房屋的不均匀沉降情况,房屋六层相对高差测量结果详见图3-3所示。由测量结果可知,房屋目前无明显的不均匀沉降现象。

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  4.结构验算分析

  4.1计算参数和荷载取值

  对房屋结构承载力验算按实际结构布置进行,验算采用中国建筑科学研究院编制的建筑结构空间有限元分析设计软件SATWE进行。地震荷载效应按照振型分解反应谱法进行分析,考虑偶然偏心和双向地震作用,风荷载考虑基本风压为0.60kN/m2,地面粗糙度为B类,计算参数为7度抗震设防,Ⅳ类场地土,乙类抗震设防,框架为一级抗震等级,抗震墙为一级抗震等级。混凝土强度和钢筋强度按设计强度等级取值。

  验算时荷载取值如下:

  1).恒载:一层楼面:6.0kN/m2;其余楼面:4.0kN/m2;屋面:5.5kN/m2。

  2).活载:一层楼面:5.0kN/m2;其余楼面:2.0kN/m2;屋面:2.0kN/m2。4.2典型构件承载力验算结果

  1).柱的轴压比与承载力

  对框架柱承载力的计算结果可知,底层框架柱的轴压比在0.68∼0.73之间,各层典型框架柱的计算纵向配筋在1690∼3710mm2之间,实际纵向配筋在3196∼4926mm2之间,计算箍筋在279∼802mm2/100mm之间,实际箍筋在678∼904mm2/100mm之间,框架柱的承载力满足要求。

  2).梁承载力

  对框架梁承载力的计算结果可知,各层典型框架梁的计算纵向配筋在1630∼5560mm2之间,实际纵向配筋在1964∼5890mm2之间,计算箍筋在83∼124mm2/100mm之间,实际箍筋为314mm2/100mm之间,框架梁的承载力满足要求。

  3).板承载力

  对房屋典型现浇板的承载力计算结果可知,典型现浇板的计算板底配筋在240∼360mm2之间,实际板底配筋在252∼628mm2之间,计算板面配筋在240∼402mm2之间,实际板底配筋在394∼817mm2之间,现浇板的承载力满足要求。

  4).地基承载力

  房屋采用桩—筏基础。桩沿平面基本均匀布置,采用Ø700的钻孔灌注桩共144根,有效桩长在47~48m之间,单桩极限承载力为5300kN,则单桩承载力设计值约为3300kN。根据实测数据和计算结果,房屋单桩承受的荷载设计值约为2790kN,房屋的桩基承载力满足要求。4.3验算结果分析

  由以上的验算结果可知,考虑房屋在正常使用和抗震的情况下,房屋的主要结构构件的承载力均满足要求,且存在一定的富余量。而施工过程中的荷载仅为正常使用情况下结构自重和施工荷载,正常施工时,该荷载应小于原设计的最不利工况,且从混凝土梁、板上存在的裂缝特征分析,该裂缝不是由于受力引起的开裂。

 

  5.分析与评估

  5.1存在的损伤问题分析

  在现场对房屋的建筑结构布置进行了调查,结果表明,房屋梁、板、柱等构件的建筑结构布置与设计图纸相符。房屋的轴线尺寸和大部分构件的截面尺寸与原设计基本一致。主要结构构件混凝土强度和配筋与设计要求基本一致,房屋无明显的不均匀沉降现象。目前房屋楼面所承受的荷载仅为结构自重和施工荷载,远小于设计荷载,因此目前房屋楼面梁、板产生的裂缝不是由于受力原因产生的裂缝。

  由现场调查的结果可知,房屋目前存在的主要损伤现象为楼面和屋面的楼板和混凝土梁上裂缝。房屋各层楼板上均不同程度存在一定的开裂现象,其中十一层以下楼板的裂缝相对较少,仅出现在局部位置,裂缝基本均为贯穿裂缝,裂缝宽度一般在0.2~0.3mm之间,十二层以上楼板的裂缝相对较多,分布比较广泛,裂缝呈龟裂状,大多为上下贯穿,裂缝处一般有渗水痕迹,局部也存在仅板底龟裂现象,大部分裂缝宽度在0.05~0.1mm之间。对房屋混凝土梁的裂缝调查结果表明,目前房屋各层混凝土梁均不同程度存在开裂现象,其中一层和二层梁上的裂缝相对较少,其余各层混凝土梁上的裂缝普遍存在,绝大部分混凝土梁上的裂缝为垂直裂缝,每根梁上的裂缝数量约2~8条,间距约0.3~1.5m之间,裂缝宽度在0.05~0.1mm之间,裂缝主要位于梁侧,与箍筋位置重合。也有少量混凝土梁上大部分箍筋位置处均存在裂缝。此外,房屋屋面部分混凝土横梁的两端有八字形斜裂缝,裂缝宽度在0.05~0.25mm之间,裂缝主要位于梁侧中部,裂缝宽度为中间宽,两端窄的枣核状。

  由以上混凝土梁、板上存在的裂缝形态分析,这些裂缝的形成主要由于混凝土材料收缩、温度变化等多种原因综合引起的。

  一般而言,有多种因素会引起混凝土的材料发生较大的收缩变形,从该工程的实际情况下,其上部结构梁、板的裂缝比较普遍,由于施工过程贯穿全年,因此环境温湿度的影响相对不大,此外水化热主要发生于大体积混凝土构件中,而该工程混凝土梁的体积不大,板的厚度较小,因此水化热效应不明显。

  从调查和分析的情况看,该工程上部结构混凝土产生较大的收缩变形,主要是由于混凝土材料配合比中粉煤灰和矿渣的掺量、用水量和塌落度较大引起的。由委托方提供的本工程混凝土材料的配合比资料可知,该房屋上部结构四层以下各层板、梁商品混凝土的塌落度在120±30∼140±30mm之间,矿粉、粉煤灰掺量占水泥掺量的百分比在9.6∼15.9%之间,用水量在188∼193kg/m3之间;五层至二十层板、梁的商品混凝土的塌落度在150±30∼180±30mm之间,矿粉、粉煤灰掺量占水泥掺量的百分比在46.1∼49.1%之间,用水量在193∼203kg/m3之间;二十一层及以上各层板、梁的商品混凝土的塌落度在150±30∼180±30mm之间,矿粉、粉煤灰掺量占水泥掺量的百分比在15.2∼15.5%之间,用水量在198∼203kg/m3之间。该混凝土材料配合比中粉煤灰和矿渣的掺量、用水量和塌落度均较大,在养护措施不到位的情况下,容易发生较大的收缩变形。这种收缩变形受到刚度较大的框架柱、墙的约束会产生拉应力;此外,混凝土板、梁经历冬夏气温变化,也会发生热胀冷缩现象,这种变形受到约束也会产生相应的约束应力,在以上这些因素的共同影响下,就会导致在房屋混凝土梁、板上出现裂缝。上部结构完成后,房屋顶部数层,尤其是屋面板、梁受温度变形的影响也相对较大,这也是屋面梁端部产生斜裂缝的主要原因。

  5.2房屋安全性评估

  按房屋使用功能,考虑实测结果,对房屋主要承重结构的承载力进行验算,验算结果表明,在考虑房屋在多遇地震作用下最不利工况的情况下,房屋框架柱的轴压比、承载力以及框架梁、楼板的承载力均满足现行规范要求,且存在一定的富余量。房屋的桩基承载力也满足要求。

  目前混凝土梁、板中存在的裂缝不是受力裂缝,而是由于材料收缩和温度变形引起的裂缝。由目前这些裂缝的分布和形状分析,绝大部分楼板的裂缝长度较短,且位于楼板的非受力方向,因此对楼板承载力的影响不大,而混凝土梁上的裂缝基本位于构件截面的受拉区,作为受弯构件,该裂缝对混凝土梁的受弯承载力影响不大。

  虽然目前大部分构件上存在的裂缝对其承载力影响不大,但部分楼板上存在较多的混凝土裂缝、个别混凝土梁上裂缝宽度较大,对结构的耐久性有一定的影响,因此应对这些部位采取一定的整改修补措施。在采取整改措施后,房屋可以满足正常使用条件下的安全性能要求。

  5.3房屋整改建议

  针对房屋存在的问题,报告建议采用如下的整改措施:

  建议对裂缝宽度小于0.2mm的裂缝进行表面封闭,采用压力注浆法对混凝土梁和板上裂缝宽度超过0.2mm的裂缝进行封闭处理。

 

  6.结论

  1.中国人民解放军第四一一医院住院大楼为一幢二十四层的框架剪力墙结构房屋,现场检测结果表明,房屋梁、墙、柱等构件的建筑结构布置与设计图纸相符。房屋的轴线尺寸和大部分构件的截面尺寸与原设计一致。

  2.房屋混凝土构件实测混凝土强度达到了设计混凝土强度等级的要求;抽样位置处混凝土梁的实际配筋与设计配筋一致;房屋无明显的不均匀沉降现象。

  3.房屋主体结构中存在一定的损伤现象,主要表现为楼、屋面的楼板和混凝土梁上裂缝,其中十一层以下楼板的裂缝相对较少,仅出现在局部位置,十二层以上楼板的裂缝相对较多,分布比较广泛,裂缝呈龟裂状,局部也存在仅板底龟裂现象,大部分裂缝宽度在0.05~0.1mm之间。房屋一层和二层梁上的裂缝相对较少,其余各层混凝土梁上的裂缝相对较多,绝大部分混凝土梁上的裂缝为垂直裂缝,位置与箍筋位置重合,部分屋面混凝土横梁的两端有八字形斜裂缝,裂缝宽度在0.05~0.25mm之间。

  4.按房屋使用功能,考虑实测结果,对房屋主要承重结构的承载力进行验算,验算结果表明,在抗震和正常使用作用下房屋的整体结构性能可以满足要求,框架柱的轴压比、承载力以及框架梁、楼板的承载力均满足现行规范要求,且有一定富余量,房屋的桩基承载力也满足要求,房屋梁、板上存在的裂缝对其承载力影响不大,目前房屋可以满足正常使用条件下的安全性能要求。

  5.由房屋混凝土梁、板上存在的裂缝形态分析,这些裂缝的形成主要由于混凝土材料收缩、温度变化等多种原因综合引起的。建议采用适当的方法进行整改处理。

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