张长雷 （安徽省建设工程测试研究院有限责任公司，安徽 合肥 230051）

1 引言

在新建高层建筑中，因建筑功能要求需要在剪力墙开设洞口时，建筑和结构专业会在开洞前密切配合，结构工程师通常采取增设暗柱（边缘构件）、暗梁或增加加强钢筋补强剪力墙的抗剪承载力[1]。但在既有建筑使用过程中，时有剪力墙局部开洞的要求，此时，剪力墙既是结构的主要竖向和抗侧力构件，也是结构抗震的第一道防线，其边缘构件、连梁在改善结构延性、提高剪力墙的抗震能力等方面具有重要作用。在对剪力墙局部区域改造开洞，将很大程度降低原剪力墙的安全性及抗震性，对此，赵更歧等[2]对既有剪力墙开洞粘钢加固方法进行研究，得出粘钢加固可以应用到开洞剪力墙加固。戎芹等[3]对某高层剪力墙封洞加固设计进行分析，提出了剪力墙洞口内置带肋钢套筒，焊接剪力墙洞口截断钢筋及洞口封堵的方案，使封堵后剪力墙结构安全性不低于原设计标准。宋春雷等[4]对某高层住宅墙体开洞的安全性及加固设计进行了研究，给出了帮条焊接截断钢筋、浇筑微膨胀混凝土的加固方案。目前，在实际工程中对剪力墙开洞、墙体加固的研究越来越多，关于既有建筑剪力墙扩门洞后的鉴定及加固设计分析较少，所以，对其鉴定过程、加固设计进行研究很有必要。

本文以某高层框架-剪力墙办公楼的部分楼层剪力墙扩门开洞为例，采用PKPM 软件建立剪力墙扩门洞加固前后的模型，分析加固前后的安全性和抗震性能，给出优化的加固方案。

2 工程概况

本工程为某单位办公楼，地下1 层，地上18 层，建筑面积约为12354m2，竣工时间约为1997 年。结构形式为钢筋混凝土框架-剪力墙结构，基础采用钻孔灌注桩。本工程抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度0.05g，设计地震分组为第二组，框架、剪力墙抗震等级为二级，抗震设防类别为乙类。

2022年9月，业主对该建筑5～9层、13 层、15 层实施剪力墙扩大门洞改造，改造数量为21 处，开洞位置结构平面布置图如图1 所示，扩洞前后门洞具体参数如表1所示。

表1 扩洞前后门洞具体参数（单位：mm）

图1 开洞位置结构平面布置图

3 扩门洞后的结构调查与检测

现场调查发现，第5～9 层、13 层、15层剪力墙（轴线位置为3-4/B、3/A-B、2/C-D）洞口在扩大后均对原结构暗柱（构造边缘构件）、连梁造成损伤，部分暗柱、连梁被静力拆除，边框梁保持原状，未见损伤。墙体扩门洞如图2所示。

图2 墙体扩门洞

因该建筑档案资料完整、齐全，依据《民用建筑可靠性鉴定标准》（GB 50292-2015），对构件的材料性能、构件尺寸进行验证性检测和抽样复核。根据《混凝土结构现场检测技术标准》（GB/T 50784-2013），《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》（JGJ/T 23-2011）现场随机抽取部分框架梁、框架柱、剪力墙构件采用回弹法检测混凝土强度，按《混凝土结构加固设计规范》（GB 50367-2013）进行混凝土强度龄期修正（修正系数为0.92），修正后的混凝土构件强度满足设计要求，具体结果如表2 所示。同时，对现浇板、框架柱及剪力墙钢筋配置、截面尺寸进行检测，检测结果表明所抽检的现浇板、框架柱及剪力墙钢筋配置、截面尺寸基本满足设计要求。

表2 混凝土构件龄期修正后抗压强度值（单位：MPa）

4 结构安全性和抗震鉴定

根据现场调查、检测结果及设计图纸，采用PKPM 软件建立加固前（扩洞后）三维实体模型，混凝土强度、构件截面尺寸按原设计取用。设计活荷载按照原设计图纸，且不低于《建筑结构荷载规范》（GB 50009-2012）取值，办公室、会议室取2.0kN/m2，楼梯间取3.5kN/m2，卫生间取2.5kN/m2，资料室、库房取5.0kN/m2，电梯机房楼面取7.0kN/m2，走道取2.5kN/m2，机房取3.5kN/m2，调度中心取2.5kN/m2，不上人屋面取0.7kN/m2，上人屋面取2.0kN/m2。框架、剪力墙抗震等级二级，结构三维验算模型如图3所示。

图3 加固前（扩洞后）结构三维验算模型

验算结果表明，该建筑周期比、刚度比、受剪承载力之比、位移比、位移角、刚重比、剪重比满足《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ 3-2010）的要求，在承载能力极限状态下，剪力墙、框架梁、边框梁及柱承载力满足规范要求，现浇板承载力满足规范要求，该建筑的框架柱、剪力墙的轴压比在规范限值范围内，但该建筑第5～9 层、13 层、15 层剪力墙（轴线位置为3-4/B、3/A-B、2/C-D）洞口处构造边缘构件的配筋、连梁受剪承载力不满足规范要求。

根据《既有建筑鉴定与加固通用规范》（GB 55021-2021）、《民用建筑可靠性鉴定标准》（GB 50292-2015）及《建筑抗震设计规范》（GB J11-1989），结构安全性及抗震鉴定分析结果如下。

4.1 安全性鉴定

安全性鉴定评级应按构件、子单元和鉴定单元各分三个层次，每一层次分为四个安全性等级。混凝土结构构件的安全性鉴定，应按承载能力、构造、不适于继续承载的位移或变形、裂缝或其他损伤等四个检查项目，分别评定每一受检构件的等级，并取其中最低一级作为该构件安全性等级[5]。因此，该建筑第5-9 层、13 层、15 层剪力墙（轴线位置为3-4/B、3/A-B、2/C-D）、连梁的构件安全性等级为du级，其余构件安全性等级均为bu级。经现场调查，该建筑四周地面表面良好，地基承载状态良好，未发现建筑物因地基不均匀沉降而导致的下陷、倾斜等现象，故评定该建筑场地地基基础安全性等级为Bu级。上部承重结构子单元的安全性鉴定评级，应根据其结构承载功能等级、结构整体性等级以及结构侧向位移等级的评定结果进行确定，综合评定上部承重结构子单元的安全性等级为Cu级。

既有建筑第三层次鉴定系统的安全性鉴定评级，应根据地基基础和主体结构的安全性等级，以及与整幢建筑有关的其他安全问题进行评定。鉴定系统的安全性等级，应根据地基基础和主体结构的评定结果按其中较低等级确定[6]，综合评定该建筑结构安全性等级为Csu级，显著影响整体承载。

4.2 抗震鉴定

该建筑按鉴定类别A 类（鉴定标准不低于原建造时的抗震设计要求）进行抗震鉴定，该建筑场地、地基和基础均满足抗震鉴定要求。上部结构中扩洞处连梁及剪力墙的抗震构造措施、连梁抗震承载力不满足抗震鉴定要求，其余构件满足抗震鉴定要求，应进行抗震加固。

5 加固方案比选

既有建筑剪力墙开洞常用的加固方法有增设暗柱暗梁法和后注浆加固技术，两种方法各有优缺点，应结合实际情况择优选用。

①增设暗柱暗梁法是在剪力墙开洞、拆除边缘构件后，通过计算和构造措施，确定增设暗柱暗梁部位。施工剔除原混凝土后，采用植筋方法在洞口两侧增设暗柱、洞口上侧增设暗梁，以此来提高剪力墙的抗剪承载力。

②后注浆加固技术，使用锚栓将外包钢板套与既有剪力墙固定，设置出气孔与注浆嘴，采用低压注胶的方法，使外包钢板套与既有剪力墙共同工作。

采用增设暗柱暗梁法加固，先拆除部分混凝土，植入钢筋后再浇筑混凝土，该方法作业量大，工期长，二次拆除混凝土对原结构的安全影响较大[7]。后注浆加固技术，加固时二次拆除混凝土量小，只需要将混凝土结合面处理好即可外包钢板套，作业量小，施工方便。

本工程业主要求工期紧、加固施工最大限度降低对原结构影响，通过上述两种方案的比较，认为后注浆加固技术加固对既有建筑剪力墙扩门洞更合适，具体施工措施如下。

①对于剪力墙或连梁粘合面，先将表面松散浮渣刷去，再用洗涤剂或有压冷水冲洗混凝土表面，待完全干后即可涂粘结剂。钢板粘接面须进行除锈和粗糙处理，如钢板未生锈或轻微锈蚀，可用喷砂、砂布或平砂轮打磨，直至出现金属光泽。打磨粗糙度越大越好，打磨纹路应与钢板受力方向垂直。

②根据图纸要求，将角钢、钢板拼装焊接，并加化学锚栓固定。用封缝胶或乳胶水泥沿钢构件边缘封闭缝隙，并在最底端和一定间距留注胶口，在最顶端留排气孔，封缝严密，保证注胶排气通畅且注胶时结构胶不会外溢，影响粘接效果。

③按配比准确配制灌注胶，随配随用。配制使用要求同粘钢胶配制要求。经验收合格后，方可进行注胶。结构粘接剂配制好后用压力注胶器灌胶，待胶满外溢时，停止注胶，保留加压使钢构件与混凝土接触面缝隙灌胶密实。

④结构胶粘接剂在常温下固化，固化时间为24h，期间不可扰动。钢板外挂网抹1:2水泥砂浆20mm做防护。

6 剪力墙扩门洞加固设计

依据结构安全性和抗震鉴定结果，虽然结构的整体指标（周期比、刚度比、受剪承载力之比、位移比、位移角、刚重比、剪重比）没有超限。但剪力墙扩洞，拆除部分暗柱和连梁，导致洞口边缘构件、连梁配筋不满足规范要求，削弱结构的塑性变形能力。基于此，在5～9层、13层、15 层3-4/B 剪力墙洞口两端包钢，增设长度为250mm 的构造边缘构件，如图4 所示。在5～9 层、13 层、15 层2/C-D、3/A-B 剪力墙一端洞口包钢，增设长度为1000mm 的构造边缘构件，如图5 所示。对洞口上方的连梁采取包钢加固，连梁及构造边缘构件加固做法，如图6所示。

图4 3-4/B剪力墙加固做法图

图5 2/C-D、3/A-B剪力墙加固做法图

图6 连梁及构造边缘构件加固做法图

采用PKPM 软件建立加固后的三维实体模型，计算结果表明，剪力墙、框架梁、边框梁、连梁及柱承载力满足规范要求，该建筑的框架柱、剪力墙的轴压比在规范限值范围内。加固后扩洞处墙肢的轴压比较扩洞前变化不大，连梁的抗剪承载力得到提高。

7 结语

框架-剪力墙结构同时兼有框架结构和剪力墙结构的优点，在高层办公楼中应用相当普遍。剪力墙扩洞处的连梁为一端与框架柱相连，一端与剪力墙相连（梁与剪力墙在剪力墙平面内连接）的梁，连梁的刚度较大，在承受竖向荷载、抗震耗能方面起到有利作用。本工程虽然经过计算结构的整体性指标、墙肢抗剪承载力满足规范要求，但剪力墙扩洞后，洞口边缘构件与连梁的刚度及延性降低、配筋不足，洞口成为薄弱部位。考虑到建筑在剩余设计工作年限下的可靠度水平，对其进行后注浆包钢加固。本工程加固施工完后，顺利通过了施工质量验收，加固后结构的整体安全性和抗震性不低于原设计要求，能够满足剩余设计工作年限内的功能要求。