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厂房增加设备【荷载】安全检测鉴定报告    日期:2017-07-21

1.工程概况

厂房荷载 厂房改造
上海招商证券数据机房中心工程为一幢三层钢筋混凝土框架结构厂房(图1),总建筑面积约为4362m2,建于1987年左右,由上海市第一纺织印染工业公司设计室进行设计,具体施工单位不详。现拟对楼面进行数据设备改造,设备改造后对应的楼面荷载发生变化,为了解房屋结构安全状况,由该项目咨询单位上海同瑞对房屋质量进行全面检测,对其结构安全状况作出综合评定,并对可能存在的问题提出处理建议。

2.房屋建筑结构概况

上海招商证券数据机房中心工程为一幢钢筋混凝土框架结构厂房,原为二层,建于1986年,后由原设计单位上海市第一纺织印染工业公司设计室进行设计后于1987年加建至三层,在改建过程中房屋未进行加固。房屋总建筑面积约为4273m2,建于1987年左右,其原始建筑结构图纸及改建图纸基本保存完好。

3.房屋建筑结构情况的检测与复核

根据从委托方提供的原建筑结构图纸 及改建图纸,对房屋现有的建筑结构布置情况进行了检测与复核。现场调查发现,房屋结构整体布置情况与原设计大体相符,但房屋少数建筑情况及外立面与原设计有一定差异。为全面了解房屋建筑结构的实际情况,对房屋建筑结构情况进行检测与复核,并为正确评价房屋的安全性能提供基本依据。
(1)主要轴线尺寸和楼层层高的检测与复核。
(2)建筑分隔、门窗位置的检测与复核。
(3)结构布置情况的检测与复核。
(4)主要钢筋混凝土结构构件截面尺寸及配筋的检测与复核。

4.房屋相对不均匀沉降趋势和倾斜情况的检测

4.1房屋相对不均匀沉降趋势的检测

采用日本SOKKIA C41型高精度水准仪,测量了房屋的相对不均匀沉降趋势(含施工误差)。

4.2房屋倾斜情况的检测

根据现场测试条件,采用日本产索佳SOKKIA CX-102型电子全站仪对房屋的整体倾斜情况进行了检测。通过测量底层外框架柱的内侧面上下两端的相对三维坐标(含施工误差)推算房屋整体倾斜率。

5.房屋主要结构材料强度的检测

根据现场测试条件和房屋结构特点,将房屋底层与二层划分为第一检测单元,将房屋三层划分为第二检测单元,共两个检测单元,其混凝土材料设计强度均为C18。

6.房屋损伤状况的检测

根据现场检测条件,对房屋损伤状况进行了全面检测,主要有:(1)房屋部分墙面存在龟裂现象,部分窗角出现竖向裂缝,主要为材料收缩所致;(2)部分楼板出现纵横向分布的水平裂缝,部分为预制板间的板缝,主要为混凝土材料收缩所致;(3)部分墙面及门窗破损,部分框架柱表面粉刷层剥落,部分柱棱角破损。

7.房屋改造方案及未来使用荷载的调查

7.1房屋改造方案的调查

根据委托方的介绍及提供的房屋改造设计初步方案图纸可知,本次改造委托方拟改变房屋建筑使用功能。改造后房屋各楼层主要用作数据中心机房(局部夹层为会议室、休息室等),屋面局部新增设备。具体改造方案如下:
(1)改造后房屋底层主要作为柴油发电机房和配电室;
(2)改造后二~、三层为标准层,主要用作数据中心机房。其中,8~9轴区域一楼夹层作为会议室,休息室等所用;一层7-8~A-B轴区域新增钢结构夹层,新增夹层单独设柱与主体结构独立;
(3)改造后屋面新增空调等设备;
(4)屋面新增设备基础。
由于委托方未提供详细的改造设计方案,为减轻改造后的上部结构总重,本报告建议改造方案中对新增建筑内隔墙采用轻质隔墙。

7.2房屋未来使用荷载的调查

为了对房屋改造后的结构安全性和抗震性能作出正确的评价,对房屋的未来使用荷载进行了调查分析,为房屋结构性能的计算分析提供依据。荷载调查主要包括使用活荷载和楼面板结构层厚度、建筑面层做法及其厚度等的全面调查。活荷载的取值主要根据房屋建筑功能及装修改建设计方案按照国家标准《建筑结构荷载规范》(GB50009-2012)确定,楼面恒荷载的确定根据楼板设计厚度、建筑构造做法确定,填充墙荷载根据墙体材料、厚度、高度确定。

(一)楼屋面恒荷载的调查
根据现场检测复核结果及房屋改造设计初步方案,考虑结构层厚度和面层,并适当考虑装修层荷载,结合国家标准《建筑结构荷载规范》(GB50011-2012)规定的材料实际容重,对房屋楼屋面的恒荷载进行了计算分析。

(二)楼屋面活荷载的调查
根据现场对房屋改造设计初步方案的调查结果,以及国家标准《建筑结构荷载规范》(GB50011-2012)的相关规定,对房屋楼屋面的活荷载取值进行了调查分析。

(三)梁上均布荷载的调查分析
梁上均布荷载(线荷载)主要是由梁上填充墙的重量产生的。根据现场调查,对墙体材料做法、厚度及其层高等进行了查阅,并根据现场检测的实际墙体厚度及装修改造设计方案并结合国家标准《建筑结构荷载规范》(GB50011-2012)规定的材料实际容重,对房屋各层隔墙线荷载进行了计算分析。


8.房屋结构安全性的分析与评定

8.1分析与评定条件

为了解房屋正常使用情况下的结构安全状况,不考虑地震作用,对未来使用荷载作用下的房屋结构安全性进行计算分析,按照框架结构体系,采用中国建筑科学研究院结构研究所PKPM系列SATWE计算软件和上海同瑞软件有限公司自主研发的REASES软件,根据国家标准《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)的有关要求,对装修改造后的房屋结构安全性进行计算分析。

8.2不考虑地震作用下结构安全性的静力验算计算分析

(一)框架梁柱承载力验算
根据委托方提供的图纸及现场实际情况,不考虑地震作用下,采用PKPM模型和REASES模型计算分析房屋结构的安全性。
通过计算表明,两种软件计算结果基本一致。其中,PKPM计算结果表明:(1)所有框架柱计算配筋均小于实际配筋,满足承载力的计算要求;(2)二、三层框架梁计算配筋均小于实际配筋,能满足承载力的计算要求;屋面层部分框架梁计算配筋大于实际配筋,不能满足承载力计算要求;(3)屋面层次梁计算配筋均小于实际配筋,能满足承载力的计算要求。表11、表12分别给出了房屋典型框架梁柱的承载力验算结果。
通过REASES软件的计算分析统计结果表明:(1)所有框架柱抗力与效应比均大于0.95,评定为au或bu级,能满足承载力的计算要求;(2)二、三层所有混凝土梁抗力与效应比大于0.95,评定为au或bu级,能满足承载力的计算要求;屋面层部分混凝土框架梁抗力与效应比小于0.95,评定为cu或du级,不能满足承载力的计算要求;(3)屋面层所有混凝土次梁抗力与效应比大于0.95,评定为au或bu级,能满足承载力的计算要求。

(二)楼屋盖承载力验算
房屋二~、三层楼面板主要为预制混凝土槽形楼板,屋面板采用120mm厚预制混凝土楼板。其中,二、三层8~9轴区域采用120mm厚现浇混凝土楼板。预制混凝土槽形楼板型号主要为YCB-657-22和YCB-257-20,选用规结通74-6图集;120mm厚预制混凝土楼板型号主要为YKB-6-27-3、YKB-12-27-3,选用沪G303图集;现浇部分楼板均为分离式配筋。
计算结果表明:(1)二、三层8~9轴区域现浇板计算配筋小于实际配筋,满足承载力的计算要求;(2)二、~三层楼面采用预制混凝土槽形楼板,型号为YCB-657-22和YCB-257-20,依据原设计允许使用荷载为15kN/m2,考虑房屋建造年代久远,存在老化及损伤现象,预制板承载力有所降低,对其承载力考虑0.85的折减系数,故二、~三层预制混凝土槽形楼板的允许使用活荷载取值为11.25kN/m2(已扣除板面层荷载和装修荷载),而改造后楼面最大实际使用荷载为10.0kN/m2,故改造后楼板能满足承载力的计算要求。(3)屋面预制板型号为YKB-6-27-3和YKB-12-27-3,查询沪G303图集得知其的允许使用活荷载为8.2kN/m2 (已扣除屋面板面层荷载,考虑0.85折减系数),而改造后屋面最大实际使用荷载为3.5kN/m2,则预制板能满足承载力的计算要求。

(三)地基基础安全性的分析 
委托方提供的房屋原始结构设计图纸表明,房屋基础采用柱下条形基础,条形基础基底宽主要为2200mm、3400mm或4000mm等,基础梁高度均为1200mm,基础底标高为-1.800m。主筋主要为12@200、14@150或16@150等。
由于委托方未能提供房屋工程地质勘察报告,故报告参考原竣工图纸取地基承载力特征值为110kPa。根据上海市工程建设规范《地基基础设计规范》(DGJ08-11-2010)对柱下条形基础承载力进行验算。计算时,框架柱柱底轴力按照PKPM计算软件自动导荷,条形基础及上覆土平均重度按照20kN/m3考虑。计算结果表明:改造后原房屋基础地基反力标准值为94kPa,小于地基承载力特征值110kPa,能满足承载力计算要求。

8.3结构抗震构造措施的分析与评定

根据国家标准《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)、上海市工程建设规范《建筑抗震设计规程》(DGJ08-9-2013)的相关规定,按照丙类建筑、7度抗震设防措施要求,对房屋结构抗震构造措施进行分析与评定。
从得出的数据可以看出,房屋平面规则性、混凝土材料强度等级、柱轴压比和柱箍筋配置及梁的箍筋配置不能满足现行抗震设计规范的要求。

8.4房屋结构抗震承载力验算

根据现行国家标准《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)和上海市工程建设规范《建筑抗震设计规程》(DGJ08-9-2013)的有关要求对结构抗震承载力进行验算,PKPM模型计算结果表明:(1)部分框架柱计算配筋大于实际配筋,不能满足承载力的计算要求;(2)部分框架柱的轴压比不能满足规范限值要求;(3)部分框架梁计算配筋大于实际配筋,不能满足承载力计算要求。表14、表15分别给出了房屋典型框架梁柱的抗震承载力验算结果。
通过REASES软件的计算分析统计结果表明:(1)部分框架柱抗力与效应比均小于0.95,评定为cu或du级,不满足承载力的计算要求;(2)部分框架梁抗力与效应比小于0.95,评定为cu或du级,不能满足承载力的计算要求。

8.5房屋结构安全性的综合评定

不考虑地震作用下,计算分析和评定结果表明:(1)所有框架柱纵筋计算配筋面积小于实际配筋面积,满足承载力的计算要求;(2)二、三层框架梁计算配筋小于实际配筋,满足承载力的计算要求;屋面层部分框架梁和部分次梁计算配筋大于设计配筋,不能满足承载力计算要求;(3)楼屋盖满足承载力的计算要求;(4)房屋地基基础满足承载力的计算要求。
考虑地震作用下,结构抗震构造措施的评定结果表明,房屋平面规则性、混凝土材料强度等级、柱轴压比和柱箍筋配置及梁的箍筋配置不能满足现行抗震设计规范的要求。房屋结构抗震承载力验算结构表明:(1)房屋底层各框架柱和二~三层部分框架柱的轴压比不满足规范限值要求;(2)部分框架柱计算配筋大于实际配筋,不能满足抗震承载力的计算要求;(3)部分框架梁计算配筋大于实际配筋,不能满足抗震承载力计算要求。即房屋抗震性能综合评定为不能满足现行抗震设计规范要求。

9.检测评定结论与建议

上海招商证券数据机房中心工程为一幢三层钢筋混凝土框架结构厂房,建于1987年左右,原设计未考虑抗震设防。本次改造后房屋拟作为数据中心机房使用,各层使用荷载发生变化。现场检测和理论计算结果表明,房屋部分构件作适当的加固处理后,能满足竖向荷载作用下的结构安全性要求,但房屋整体抗震性能不能满足抗震鉴定标准要求。
具体检测评定结论与处理建议如下:
一、检测评定结论
1)混凝土强度的检测结果表明,一~、二层梁柱结构混凝土强度综合评定为29.8MPa,达到原设计强度等级C18的要求;三层柱及屋面层结构混凝土强度综合评定为22.4MPa,均达到原设计强度等级C18的要求。
2)房屋东西向整体表现为西端沉降大、东端沉降小,平均相对倾斜为4.40‰左右;南北向整体表现为北端沉降大、南端沉降小,房屋相对倾斜为0.69‰左右;房屋东西向倾斜值超过上海市工程建设规范《地基基础设计规范》(DGJ08-11-2010)关于同类建筑结构相对倾斜的限值(4‰),但其值低于中华人民共和国行业标准《危险房屋鉴定标准》(JGJ125-99)(2004版)关于同类建筑结构倾斜的限值(10‰)。
3)房屋东西向整体表现为向西倾斜,倾斜率在0.89~5.53为之间、平均倾斜率3.72均;房屋南北向整体表现为向北倾斜(局部向南倾斜),向北倾斜率在0.76~1.07现之间(向南倾斜率为0.60‰),房屋各方向的倾斜方向与相对不均匀与沉降趋势表现基本一致;房屋东西方向1-A轴、9-A轴东西方向最大倾斜值均超过于国家标准《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2011)关于同类建筑结构整体倾斜的限值(4‰),但其值均低于中华人民共和国行业标准《危险房屋鉴定标准》(JGJ125-99)(2004版)关于同类建筑结构倾斜的限值(10‰)。
4)房屋部分墙面存在龟裂现象,部分窗角出现竖向裂缝,部分楼板出现纵横向分布的水平裂缝;部分墙面及门窗破损,部分框架柱表面粉刷层剥落,部分柱棱角破损。以上损伤主要为非结构损伤,不影响其整体结构安全。现场检测未发现房屋存在相对不均匀沉降和倾斜导致的结构开裂。出屋面8-B轴柱有钢筋锈露会对构件安全及耐久性有一定的影响。
5)不考虑地震作用下,由于改造后屋面层使用荷载增大,部分混凝土梁不满足承载力的计算要求,其余结构满足承载力的计算要求。
6.)考虑地震作用下,房屋结构抗震构造措施评定结果表明,房屋平面规则性、混凝土材料强度等级、柱轴压比和柱箍筋配置及梁的箍筋配置不能满足现行抗震设计规范的要求,且部分框架梁柱抗震承载力不足,即房屋综合评定为不能满足现行抗震设计规范要求。

二、处理建议
1)不考虑地震作用下,由于改造后屋面层使用荷载增大,部分混凝土梁不满足承载力的计算要求。建议采用碳纤维布或粘钢法对不满足计算要求的混凝土框架梁进行加固处理或者通过设置架空层将设备荷载直接传递到框架柱上。
2)考虑到房屋整体不能满足现行抗震设计规范的要求,建议对其作必要的抗震加固处理。结构进行整体加固处理后,应按照现行抗震设计规范要求控制其各项性能指标。
3)钢筋锈露处可首先清除钢筋周边破损混凝土,对钢筋进行除锈和清洁处理,再采用修补砂浆进行修复;裂缝可采用表面封闭法、注射法或压力注浆法进行修补。其它损伤部位也建议在改造中进行修复处理。
4)鉴于房屋改造后上部结构总重及荷载分布发生变化,且房屋存在较大的相对不均匀沉降和整体倾斜。改造施工过程中,建议在房屋四周设置监测点,对其变形进行监测。
5)本报告中的计算分析供设计人员参考,改造设计方案如发生变动,应重新进行计算分析,并对不满足计算要求的构件进行加固处理。
6)现场检测混凝土构件钻取芯样处,在修缮改造施工过程中,建议及时采用高标号微膨胀细石混凝土进行修复处理。