第14篇 建筑结构可靠性鉴定与评估.pdf

第三部分第三部分 建筑结构鉴定与加固修复建筑结构鉴定与加固修复 第十四篇建筑结构可靠 性鉴定与评估 第一章建筑结构可靠性鉴定概述 第一节结构可靠性鉴定类型及程序 一、 结构可靠性分类 结构功能的安全性、 适用性和耐久性能否达到规定要求， 是以结构的两种极限状态来 划分的， 其中承载能力极限状态主要考虑安全性功能， 正常使用极限状态主要考虑适用性 和耐久性功能， 这两种极限状态均规定有明确的标志和限值。 （一） 承载能力极限状态 承载能力极限状态对应于结构或构件达到最大承载力或不适于继续承载的变形， 当 结构或构件出现下列状态之一时， 即认为超过了承载能力极限状态 “ 整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡 （如倾覆等） ； “ 结构构件或连接因材料强度被超过而破坏， 或因过度的塑性变形而不适于继续承 载； “ 结构转变为机动体系； “ 结构或结构构件丧失稳定 （如压屈等） 。 （二） 正常使用极限状态 正常使用极限状态对应于结构或构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值。当 结构或构件出现下列状态之一时， 即认为超过了正常使用极限状态 “ 影响正常使用或外观的变形； “ 影响正常使用或耐久性能的局部破坏 （包括裂缝） ； “ 影响正常使用的振动； “ 影响正常使用的其他特定状态。 二、 结构可靠性鉴定的类别及适用范围 按照结构功能的两种极限状态， 结构可靠性鉴定可以分为两种鉴定内容， 即安全性鉴 定 （或称承载力鉴定） 和使用性鉴定 （或称正常使用鉴定） 。根据不同的鉴定目的和要求， 安全性鉴定与使用性鉴定可分别进行， 或选择其一进行， 或合并成为可靠性鉴定。各类别 的鉴定有不同的适用范围， 按不同要求， 选用不同的鉴定类别 “ 第十四篇建筑结构可靠性鉴定与评估 （一） 可仅进行安全性鉴定的情况 “ 危房鉴定及各种应急鉴定； “ 房屋改造前的安全检查； “ 临时性房屋需要延长使用期的检查； “ 使用性鉴定中发现有安全问题。 （二） 可仅进行使用性鉴定的情况 “ 建筑物日常维护的检查； “ 建筑物使用功能的鉴定； “ 建筑物有特殊使用要求的专门鉴定。 （三） 应进行可靠性鉴定的情况 “ 建筑物大修前的全面检查； “ 重要建筑物的定期检查； “ 建筑物改变用途或使用条件的鉴定； “ 建筑物超过设计基准期继续使用的鉴定； ）-2**0“ 年均相对湿度 （）’’-’- 二、 化学介质的腐蚀 在化学侵蚀介质的作用下， 混凝土保持自身工作能力是较差的， 尤其是在现代工业日 益发达、 建设范围与规模日益扩大， 工业污染又较严重的今天， 研究各种侵蚀介质对混凝 土的腐蚀是十分必要的。 在国外， 混凝土腐蚀问题很早就引起人们的注意。早在 ’. 年， 维卡首先发现海水 中的硫酸镁对混凝土的腐蚀； 在 世纪 - 年代， 德、 法等国学会和一些权威机构开始建 立长期暴晒试验场， 对混凝土的抗海水性能进行一系列试验； .- 世纪 .- 年代， 英、 德等一 些国家的学者在实验室内对各种水泥的抗化学腐蚀性能进行了系统试验研究； .- 世纪 - 年代前后， 前苏联对混凝土腐蚀的研究也已进行大量工作； .- 世纪 “- 年代初， 美国在波 特兰水泥协会的领导下， 对混凝土耐久性的工程实践进行了全面的研究。此后， 有些国家 开始编制有关标准规程。 在我国， 混凝土腐蚀问题的研究起步是较晚的。国家科委在 .- 世纪 - 年代末曾下 达过有关科研任务， 以后有些科研单位也曾进行过一些混凝土腐蚀问题的研究， 但大都是 结合工程进行短期的探索或验证试验， 至今缺乏系统深入的研究。特别是结合我国建材 资源和地理地质情况系统的长期的研究工作尚嫌不够。 （一） 化学介质腐蚀的分类和机理 混凝土腐蚀是一个很复杂的物理的、 物理化学的过程。其腐蚀的原因可能是单一的， “““ ““ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ 第十四篇建筑结构可靠性鉴定与评估 也可能是多种原因综合交替进行的。按其侵蚀性介质的性质或腐蚀的原因可以分为 “ 硫酸盐腐蚀； “ 海水腐蚀； “ 酸性腐蚀； “ 盐类结晶型腐蚀。 若按其腐蚀机理分突则较为复杂。这主要是因为对混凝土腐蚀机理的看法并不完全 一致。西方国家的一些学者， 只把混凝土腐蚀分为溶解型的和结晶膨胀型的两大类。前 苏联以莫斯克文为代表的学者则将混凝土腐蚀分为三种类型。 第一类 （腐蚀 “、 ;,5与水泥水化后析出的 ,- （“.） 起作用 的结果， 其反应式如下 ;“1 ,- （“.） ,-“1 ;（“.） “ ;,51 ,- （“.） ,-,51 ;（“.） “ 虽然海水中硫酸镁和氯化镁的浓度很低， 但它们与 ,- （“.） 作用析出的生成物,-,5和 ,-“都是易溶的物质， 海水中高浓度的 2-,5 还会增加它的溶解度， 阻碍它们的快速结 晶； 同时， 2-,5 也会提高 ,- （“.） 和 ; （“.） 的溶解度， 将它们浸出， 使混凝土的孔隙 率提高， 结构被削弱。这个现象在流动的海水中更为严重。 在 ,- （“.） 存在条件下， 硫酸镁也能与单硫铝酸钙作用生成带有膨胀性的钙矾石。 但有些学者认为， 在海水中含有大量 2-,5， 当有 2-,5 存在时会缓解其作用。这是因为水 泥石在 ,5作用下， 借助于 ,- （“.）能形成单氯铝酸钙 （/,-“ 45“/,-,5 ； 或是施工质量较差， 水灰比控制不严， 混凝土振捣不密实， 甚至蜂窝 麻面等现象严重存在。这些都更加剧海水对钢筋混凝土的腐蚀， 使某些港口工程很快遭 受破坏。 （三） 硫酸盐侵蚀 在混凝土中， 化学侵蚀最广泛和最普通的形式是硫酸盐的侵蚀。硫酸盐一般是指硫 酸钠、 硫酸镁等。硫酸盐通常存在于地下水， 特别是当土壤中含粘土比例高时更是如此， 并且硫酸盐是海水的主要成分， 在邻近工业废料 （如矿尾、 矿渣堆和碎石堆等） 的地下水 中， 硫酸盐浓度较高， 即使是地面以上的混凝土构件也会出现缓慢的硫酸盐侵蚀破坏， 如 污水处理厂、 化纤工业厂房、 制盐、 制皂业厂房的腐蚀破坏等。 硫酸盐溶液和水泥石中的氢氧化钙及水化铝酸钙发生化学反应， 生成石膏和硫铝酸 钙， 产生体积膨胀， 使混凝土瓦解。可以认为硫酸盐腐蚀是连续的三个过程 硫酸盐离 子的渗入； “石膏腐蚀；硫铝酸盐腐蚀。 硫酸盐与 （.4） /的石膏腐蚀反应在流动的硫酸盐水里， 可以一直进行下去， 直至 （.4） /完全被反应完。但如果 .4 3被积聚， 反应就可达到平衡， 只有一部分 ,. 沉淀 成石膏。从氢氧化钙转变为石膏， 体积增加为原来的两倍。 硫铝酸盐腐蚀主要是单流型铝酸盐形成钙膏石的硫铝酸盐腐蚀。此反应伴有固体体 积的大量增加， 克分子体积增加 /0;。由于水泥石体积膨胀， 并同时产生内应力， 最后 导致混凝土开裂。 硫酸钠可以与氢氧化钙和水化铝硫钠同时发生腐蚀反应， 硫酸钙只能与水化铝酸钙 反应， 生成硫铝酸钙。硫酸镁则除了能侵害水化铝酸钙和氢氧化钙外， 还能和水化硅酸钙 反应。由于反应产物氢氧化镁的溶解度很低， 上述反应几乎可以进行完全。所以硫酸镁 “““ 建筑结构试验检测技术与鉴定加固修复实用手册 较其他硫酸盐具有更大的侵蚀作用。硫酸镁腐蚀主要存在海水的侵蚀中。 硫酸盐侵蚀的速度随其溶液的浓度增大而加快。硫酸盐的浓度以 “的含量表示， 达到 时， 侵蚀作用被认为是中等严重； ’ （ , - , ） “ 当基础旁有刚性地坪，（图 , - , ） 其宽度不小于地坪孔口承压面宽度的 倍 时， 尚可利用刚性地坪的抗滑能力， 但需地坪下无液化土或无喷冒可能。 图 , - , 基底剪力为地坪与土共同承担 （ （ . / . /） ’71 * “*’367 （ . / . /’） “ ““ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ 第十四篇建筑结构可靠性鉴定与评估 ““ “ “ 图 ’ 竖向地震作用 式中“ 结构总竖向地震作用标准值； “ 质点 “ 的竖向地震作用标准值； ““ “ 质点以上截面对该截面的竖向地震作用标准值； *, 竖向地震影响系数的最大值， 可取水平地震影响系数最大值的 -’.； 对 / 度区取 01-’ 2 01- 010； 对 度区取 0130/； 45 结构等效总重力荷载， 可取其重力荷载代表值的 6’.； “ 风荷载标准值； 013 风荷载组合值系数； ’7 、 ’ 8 、 ’ 、 ’ 9 分别为重力荷载、 水平地震作用、 竖向地震作用和风荷载的 作用效应系数。对竖向地震作用尚应乘以增大系数 31’。 烟囱的水平抗震鉴定验算参照 建筑抗震设计规范 进行。 （四） 烟囱的综合抗震能力评定 1 符合以上质量、 构造和抗震承载力规定的烟囱， 可评为满足抗震鉴定要求； 31 不符合上述规定时， 可根据质量、 构造和抗震承载力不符合的程度， 通过分析， 确 定采取下列措施 （） 进行抗震加固； （3） 停止使用， 限期拆除。拆除前应规定离筒身边缘周边 0* 附近地区， 禁止人员通 行。 二、 水塔的抗震鉴定 （一） 一般要求 1 适用范围 （） 采用规定的一般鉴定方法进行鉴定的独立水塔见表 ’ 。它包括常用的 容量和常用高度的水塔， 大部分有标准图或通用图， 分布较广。 “ ““ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ 建筑结构试验检测技术与鉴定加固修复实用手册 按一般要求鉴定的水塔表 “ 支承结构类型及材料水柜容积 （’）高度 （） 钢筋混凝土筒壁式和支架式水塔 ’ 砖、 石筒壁水塔 ’ 砖支柱水塔 （） 可适当降低抗震鉴定要求的水塔参见表 “ 。 （小容量、 低矮水塔可降低 构造要求） 可适当降低抗震鉴定要求的水塔表 ““ “ “ “ 支承结构类型及材料水柜容积 （’）高度 （） 支承结构类型及材料水柜容积 （’）高度 （ ““ “ “ ） 钢筋混凝土筒壁式和支架式水塔 砖、 石筒壁水塔 ’ （’） 采用专门方法进行鉴定的水塔 ） 水柜容积或高度超过表 （“ ） 规定的水塔； ） 特殊形式的水塔； ’） 多种使用功能的综合水塔。 * 水塔抗震鉴定的检查重点 （） 支承筒壁或支承构架的构造； （） 支承筒壁或支架的抗震承载力； （’） 水塔基础的不均匀沉降， 由于水塔为高重心构筑物， 不均匀沉降引起的倾斜， 使重 心偏移在地震作用下可能产生倒塌坠落或倾覆， 影响水塔的安全。 ’* 水塔的外观和内在质量检查 （） 钢筋混凝土筒壁和支架应没有或又有少量微小裂缝， 不允许在筒壁或支架的柱 端、 梁端有贯通的裂缝或酥碎剥落的裂缝。 （） 砖、 石筒壁和砖支柱无裂缝、 松动和酥碱等。 （’） 基础无严重倾斜， 倾斜率规定如下 ） 水塔高度不超过 时， 倾斜率不应超过 *,； ） 水塔高度为 - “ 时， 倾斜率不应超过 *.,。 （二） 水塔抗震鉴定的构造要求 * 水塔构件材料实际达到的强度等级应符合表 “ 规定的要求。 “ 第十四篇建筑结构可靠性鉴定与评估 水塔材料最低强度等级要求表 “ 水塔类型、 结构形式、 地震烈度、 场地类别材料强度等级 水柜 钢筋混凝土支架水塔的支架 钢筋混凝土筒壁水塔的筒壁 水塔的平台 水塔的基础 混凝土 混凝土 混凝土 混凝土 混凝土 ’ ’ *“* 砖石筒壁水塔 *“* 砖支柱水塔 度以及 , 度 、“类场地 , 度 、类场地 及 ’、 - 度区 石砌体砌筑 砖./,0 砌筑砂浆.0 砖./,0 砌筑砂浆. 石料./ 砌筑砂浆.,0 *“* 的砖石筒壁水塔 石料./ 砌筑砂浆. 0 砖支柱水塔的构造 （） 砖支柱不应少于四根； （） 砖支柱沿高度每隔 1 “* 应设有钢筋混凝土连系梁连接各支柱。 0 支架和支柱水塔的基础构造 （） 基础宜为整体基础， 仅当建造于类场地上时， 允许为独立基础； （） “1类场地上的独立基础， 应设有连系梁将其连接为一体。 （三） 水塔抗震鉴定的承载力验算 0 水塔抗震鉴定不验算范围 外观和内在质量良好， 符合抗震鉴定选型选材的下列水塔， 可不进行抗震承载力验 算 （） 度时的各种水塔； （） , 度时、 “类场地容积不大于 *、 高度不超过 ,* 的组合砖柱水塔； （） , 度时、 “类场地的砖、 石筒壁水塔； （“） , 度时、 类场地和 ’ 度时、“类场地每 “ 1 * 有钢筋混凝土圈梁并配有纵 向钢筋或有构造柱的砖、 石筒壁水塔； （） , 度时和 ’ 度时、 “类场地的钢筋混凝土支架式水塔； （） ,、 ’ 度的水柜直径与筒壁直径比值不超过 0 的钢筋混凝土筒壁式水塔； （,） 所有水塔的水柜。但对 ’ 度、 类场地和 - 度时的支架式水塔中水柜下的环 梁， 应进行验算。 0 水塔抗震鉴定验算 “ ““ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ 建筑结构试验检测技术与鉴定加固修复实用手册 不符合上述不验算范围的水塔， 均应按下述要求进行验算 （） 水塔的抗震鉴定截面验算， 应分别按满载和空载两种情况进行验算。 （“） 支架式水塔和平面为多角形的水塔， 应分别按正方向和对角线方向进行验算。 （） 水塔结构总重力荷载代表值包括结构构件的自重、 设备和水重的全部； 对于水柜 顶和平台上使用荷载， 因其值较小， 也取全部重量。 （） 水塔的水平地震作用的计算， 可采用下列方法 ） 对于支筒的高度 （自基础顶面到水柜底面之间距离） 与筒的直径 （筒的底部截面） 之 比大于 或结构基本周期 （ ） 大于 “’ 的水塔， 宜采用振型分解法， 但可只考虑第一 振型， 其计算公式为 “ （ 、 “、 ⋯⋯’） 式中“ 基本振型时 质点的水平地震作用标准值； 相应于基本振型周期 （ ） 的地震影响系数， 按 建筑抗震设计规范 取用； 基本振型的振型参与系数， 可按水柜部分重力荷载代表值 （ *） 与支承部分 总重力荷载代表值 （ ’ ） 的比值， 由表 , , ““ 查得 振型参与系数 （）表 , , ““ * ***-*.*“.“*“ ““*-*/*.*0*-* 基本振型时， 质点的相对水平位移， 可近似按表 , , “ 查用。 相对水平位移 （） 表 , , “ * ****“****-*0*.*/* *****.*“-*“*“****0**0**.* 注 为 质点距基础顶面的高度， * 为顶部质点距基础顶面的高度。 集中于 质点的重力荷载代表值。 “） 小于上述条件， 较低矮的砖石筒壁和钢筋混凝土筒壁水塔， 可采用底部剪力法； 并 可将支筒壁重量的 1集中于水柜重心处， 筒化为单质点体系进行计算。 ） 支架式水塔和类似的其他水塔， 相应的水平地震作用标准值产生的底部地震弯矩 可按下式确定 * （ *2“3 ） * （ , , ） 式中* 水塔底部地震作用标准值产生的弯矩； * 水柜的重力荷载代表值， 应取水柜结构和设备等自重标准值作为空载重力 “ ““ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ 第十四篇建筑结构可靠性鉴定与评估 代表值； 并加上总水重作为满载重力代表值； 弯矩等效系数， 等刚度的支承结构 “ ； 变刚度支承结构的值可 以小些， 但’； 水塔支承结构和附属设备平台等的重力荷载代表值； “ 基础顶面到水柜质量 （） 集中点 （重心） 的高度。 （） 基本周期 （ ） 计算 水塔结构的基本自振周期 （ ） 可简化为单质点结构体系， 其计算公式为 “ ’ ““ （* *） 式中 质点总重力荷载等效代表值； “ , * “ 单位力作用于水柜质量集中点 （重心） 时的水平位移。“可近似地按下式计 算； ““ “ “ “ ’ （ “ ， ’⋯⋯）（* ） “- 水柜部分质量集中点 （重心） 到 质点的距离； 质点号， 自支承结构上部起 “ 、 ’、 ⋯⋯； ’ 质点截面惯性矩， 如支承结构为变截面时， 取该段支承结构上、 下端截面 惯性矩的平均值； 支承结构材料的弹性模量。 （.） / 度和 0 度的高耸水塔， 应考虑竖向地震作用， 其值可按 建筑抗震设计规范 规 定 / 度和 0 度水塔的竖向地震作用可分别取结构总重力荷载代表值的 1和 ’1。 （2） 水塔结构的效应组合可按下列公式计算 “334,454556,474776, ’886（* .） 式中 水塔支承结构构件组合后的内力的设计值 （轴向力、 剪力、 弯矩等） ； 3 重力荷载分项系数， 一般情况应采用 ’， 当重力荷载效应对承载力有利时 如空载时， 可采用 ； 45、47 分别为水平、 竖向地震作用分项系数； 8 风荷载分项系数， 应采用 *； 4 重力荷载代表值； 56 水平地震作用的标准值； 76 竖向地震作用的标准值； 仅 /0 度区考虑， 见 （2） ； 6 风荷载的标准值； ’ 风荷载的组合值系数； 3 ， 45 ， 47 ， 8 分别为重力荷载、 水平地震作用、 竖向地震作用和风荷载的 作用效应系数。 （注 水塔的竖向地震作用不须乘增大系数） （/） 水塔的抗震鉴定强度验算按下式进行验算 * 9（* 2） “ 建筑结构试验检测技术与鉴定加固修复实用手册 式中 结构构件承载力的设计值； “ 抗震鉴定承载力调整系数， 对钢筋混凝土结构构件“ ’； 对砖砌体 结构构件“ 。 （） 经验表明， 砖和钢筋混凝土筒壁水塔， 一般在水柜有水的满载情况下抗震最不利， 而对支架式水塔及其基础， 抗震设计的最不利情况有可能为空载情况。此外还应考虑在 支架结构正方向和对角线方向进行抗震验算， 对此抗震鉴定和 建筑抗震设计规范 一样 作了相应的规定。 （四） 水塔的综合抗震能力评定 符合以上质量、 构造和抗震承载力规定的水塔， 可评为满足抗震鉴定要求； * 不符合上述规定时， 可根据质量、 构造和抗震承载力不符合的程度， 通过综合分 析， 确定采取下列措施 （） 进行抗震加固； （*） 停止使用水塔， 对地震时有倒塌伤人的危险水塔应限期拆除。 “ 第十四篇建筑结构可靠性鉴定与评估