某單層木質(zhì)結(jié)構(gòu)鑒定加固及安全性研究

范衛(wèi)琴，徐正加，張紅章

（1．三明學(xué)院 建筑工程學(xué)院，福建 三明 365004；2．湖北和逸工程檢測技術(shù)公司，湖北 武漢 430000）

某單層木質(zhì)結(jié)構(gòu)鑒定加固及安全性研究

范衛(wèi)琴1，徐正加2，張紅章1

（1．三明學(xué)院 建筑工程學(xué)院，福建 三明 365004；2．湖北和逸工程檢測技術(shù)公司，湖北 武漢 430000）

對上海某單層木質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行損傷鑒定，針對破壞特點(diǎn)，采用強(qiáng)度合理的新木材對腐蝕段進(jìn)行更換，并將新舊兩端用鐵件進(jìn)行加固，對加固后的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了外觀、軸線間距、構(gòu)件撓度、柱垂直度、房屋沉降差等五個方面的測量，并對房屋進(jìn)行綜合鑒定，結(jié)果表明：房屋在正常使用荷載下可安全使用，為我國現(xiàn)存木結(jié)構(gòu)的保護(hù)方法提供一定的參考。

木結(jié)構(gòu)；裂縫；加固；鑒定

木結(jié)構(gòu)建筑一直以來以天然、環(huán)保、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)而著稱，中國的古建筑以木結(jié)構(gòu)建筑為主，極具歷史價(jià)值[1]。最近幾年，由于經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和生活水平的提高，人們更加注重居住環(huán)境，對木質(zhì)結(jié)構(gòu)的房屋需求量也在不斷增加[2-3]。然而，由于木材具有徐變大、彈性模量低、易老化等特點(diǎn)，在外力的作用下會產(chǎn)生各種破壞，很多木質(zhì)結(jié)構(gòu)都亟待進(jìn)行修復(fù)加固[4-5]。本文針對上海某單層木質(zhì)結(jié)構(gòu)的破壞特點(diǎn)，進(jìn)行有效的修復(fù)，并對修復(fù)后的結(jié)構(gòu)進(jìn)行安全性評估，對木質(zhì)結(jié)構(gòu)的加固鑒定方法進(jìn)行了探索。

1 基本概況

川西小筑建于2010年，位于上海世博城市最佳實(shí)踐區(qū)北區(qū)，為一層全木結(jié)構(gòu)，建筑平面呈矩形，東西向軸線外包尺寸為14.4 m，南北向軸線外包尺寸9.2 m，建筑高為7.5 m，占地面積約為110 m2。該建筑臺基和臺階為青砂條石砌成，柱基為砼結(jié)構(gòu)，梁、柱均為鐵杉木，屋面鋪小青瓦。木柱間距為3.6 m，跨度為3.6 m，木柱主要截面直徑為D=250 mm。平面布置圖及外立面現(xiàn)狀如圖1～2所示。

圖1 平面布置圖單位：mm

圖2 川西小筑概況

2014年，經(jīng)現(xiàn)場檢測發(fā)現(xiàn)，該建筑在后期使用過程中，缺少相應(yīng)的維護(hù)，且受外界使用環(huán)境的影響，致使該建筑柱角腐蝕嚴(yán)重，柱身開裂。其中，圖1中1/C（表示1軸和C軸交點(diǎn)處，下同）柱的柱腳嚴(yán)重腐蝕，呈酥松狀態(tài)，且用手即可掰開內(nèi)部的紋理結(jié)構(gòu)，截面的腐蝕面積大于原截面的50%；1/B柱腳腐蝕較嚴(yán)重，截面的腐蝕面積大于原截面的20%，1/B柱的梁柱節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)腐蝕嚴(yán)重，榫卯連接處已出現(xiàn)脫節(jié)現(xiàn)象，現(xiàn)場用鋼絲繩臨時(shí)固定處理，見圖3。個別梁柱節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)松動現(xiàn)象，存在一定的安全隱患，部分梁柱面層出現(xiàn)起殼、油漆脫落現(xiàn)象。 屋面小青瓦局部出現(xiàn)翹曲、開裂、松動現(xiàn)象，鏤空裝飾部分也出現(xiàn)松動。

圖3 柱腳損壞處

2 加固措施

針對損害，考慮到裂縫較大，采用鐵件和墩接綜合加固法[6]，并進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆栏幚?，具體如下：

將1/B軸和1/C軸柱底端腐朽部分整段鋸除，用截面相同、強(qiáng)度等級大于原材質(zhì)的菠蘿格木替換原來的鐵杉木進(jìn)行接補(bǔ)，連接部分加設(shè)鋼板或木夾板及聯(lián)結(jié)螺栓，通過鋼板和螺栓承擔(dān)構(gòu)件的部分拉、壓、彎、剪、力，有效地提高了梁、柱構(gòu)件的力學(xué)性能。

對其余有輕微腐朽的外表部分除去，對完好部分涂刷防腐油膏，最后裝上經(jīng)防腐處理的加固用夾木及螺栓，對部分面刷漆脫落的部位重新進(jìn)行面刷漆的涂刷。

3 加固后的鑒定

加固后，又對房屋建筑、結(jié)構(gòu)概況；房屋建筑、結(jié)構(gòu)平面布置圖；房屋使用情況；房屋變形；房屋完損狀況等5個方面進(jìn)行了鑒定。

3.1 建筑圖紙和實(shí)際尺寸的復(fù)核

內(nèi)容主要包括主要軸網(wǎng)尺寸、建筑分隔布局及結(jié)構(gòu)布置、結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面尺寸等情況的全面檢測與復(fù)核。

（1）利用手持式激光測距儀和鋼卷尺，對圖1中主要軸線尺寸的檢測與復(fù)核結(jié)果如圖4所示。規(guī)范[7]規(guī)定，輕型木結(jié)構(gòu)制作安裝時(shí)連接件的間距允許偏差為±6 mm。從表1中可以看出，建筑構(gòu)件截面尺寸、軸線尺寸與原設(shè)計(jì)圖紙基本相符。

圖4 主要軸線柱距復(fù)核結(jié)果

（2）柱截面尺寸的檢測與復(fù)核結(jié)果如圖5所示，按規(guī)范[7]規(guī)定，輕型木結(jié)構(gòu)柱子制作安裝時(shí)截面尺寸的允許偏差為±3mm。檢測結(jié)果表明，柱截面尺寸與原設(shè)計(jì)圖紙基本相符。

圖5 構(gòu)件截面尺寸復(fù)核結(jié)果

（3）使用TCR-1202型全站儀對該建筑部分梁的撓度進(jìn)行了測量，測量結(jié)果如圖6所示。按照規(guī)定[8]，木結(jié)構(gòu)構(gòu)件樓蓋梁撓度as級的限值l/300（其中，l為構(gòu)件計(jì)算跨度實(shí)測值）。檢測結(jié)果表明，川西小筑木結(jié)構(gòu)內(nèi)各主梁撓度為-5～+2 mm，小于樓蓋梁撓度限值as級的限值12 mm。

圖6 梁撓度測量結(jié)果

（4）使用TCR-1202型全站儀對柱的垂直度檢測結(jié)果如表1所示。按照規(guī)定[7]，輕型木結(jié)構(gòu)柱子制作安裝時(shí)垂直度允許偏差為±1/200。檢測結(jié)果表明，川西小筑木柱的垂直度滿足規(guī)范的限值要求。

（5）為掌握川西小筑的不均勻沉降現(xiàn)狀，現(xiàn)場選取該建筑C軸線上的4個柱承臺頂端進(jìn)行高程測量，每個承臺選取一測點(diǎn)進(jìn)行相對沉降檢測，高于基準(zhǔn)點(diǎn)為正值，低于基準(zhǔn)點(diǎn)為負(fù)值。測點(diǎn)布置圖及測量結(jié)果見表2。結(jié)果顯示：川西小筑相鄰柱的最大沉降差為2 mm，小于關(guān)于工業(yè)與民用建筑相鄰柱基沉降差的限值0.003l[9]（注：沉降觀測包含施工誤差，l為相鄰柱基的中心距離）。

表1 柱垂直度測量結(jié)果

表2 沉降差測量結(jié)果

3.2 建筑結(jié)構(gòu)完整檢測

現(xiàn)場對房屋的建筑、結(jié)構(gòu)進(jìn)行了完損檢測。具體檢測結(jié)果見表3。本次檢測是在建筑加固修繕后，該建筑的所有木柱、木梁和檁條，以及屋面的青瓦已經(jīng)全部拆除重?fù)Q。經(jīng)現(xiàn)場檢測，建筑梁柱節(jié)點(diǎn)完好，柱腳基礎(chǔ)完好，鏤空裝飾結(jié)構(gòu)完好，梁柱面層油漆完好，屋面青瓦搭接緊密，無缺角、裂縫瓦。

4 加固措施的評價(jià)

根據(jù)對川西小筑的現(xiàn)場檢查情況，以評定標(biāo)準(zhǔn)[2]對該房屋進(jìn)行安全性評定。評定時(shí)按三層次進(jìn)行，即：單個構(gòu)件-子單元-鑒定單元。以au～du評定單個構(gòu)件，以Au～Du評定子單元，以Asu～Dsu評定鑒定單元。該房屋的具體安全性評定結(jié)果如表4。

結(jié)構(gòu)的整體性等級評定：被檢測房屋結(jié)構(gòu)布置基本合理，形成完整系統(tǒng)，且結(jié)構(gòu)選型及傳力路線設(shè)計(jì)基本正確，符合現(xiàn)行規(guī)范要求，能滿足目前使用要求；柱、梁無明顯殘損或施工缺陷，梁、柱未出現(xiàn)影響結(jié)構(gòu)承載的裂縫；結(jié)構(gòu)間的聯(lián)系設(shè)計(jì)基本合理，連接方式正確。該房屋的安全性等級評定為Asu級。

表3 房屋完損檢測結(jié)果表

表4 綜合檢測結(jié)果評級表

5 結(jié)論

（1）墩接加固法和鐵件加固法的綜合應(yīng)用，有效地控制了結(jié)構(gòu)的變形和位移，確保了加固結(jié)構(gòu)達(dá)到正常結(jié)構(gòu)的預(yù)定功能。（2）防腐處理方法能有效解決木質(zhì)結(jié)構(gòu)的易腐蝕問題，增加木質(zhì)結(jié)構(gòu)使用壽命。（3）房屋及構(gòu)件的幾何尺寸檢測，以及撓度、垂直度、相對沉降等檢測方法，是鑒定木質(zhì)加固結(jié)構(gòu)的有效方法，評價(jià)木質(zhì)結(jié)構(gòu)應(yīng)綜合運(yùn)用多種方法，綜合評定。

［1］段春輝，郭小東．基于殘損特點(diǎn)的古建筑木結(jié)構(gòu)修復(fù)加固［J］．工程抗震與加固改造，2014，36（1）：126-130．

［2］郭偉，費(fèi)本華．我國木結(jié)構(gòu)建筑行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀分析［J］．木材工業(yè)，2009，23（2）：19-22．

［3］何敏娟，陳俊嶺．中國農(nóng)村住宅現(xiàn)狀及木結(jié)構(gòu)的發(fā)展前景［J］．建筑技術(shù)，2009，40（10）：940-942．

［4］趙鴻鐵，張風(fēng)亮．古建筑木結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)性能研究綜述［J］．建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào)，2012，33（8）：1-8．

［5］周海賓．中國木結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀及發(fā)展（二）［J］．木材工業(yè)，2012，26（2）：1-5．

［6］周乾，閆維明．古建筑木結(jié)構(gòu)加固方法研究［J］．工程抗震與加固改造，2009，31（1）：84-89．

［7］木結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范：GB50206－2002［S］．北京：中國建筑工業(yè)出版社，2002．

［8］民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)：GB50292－1999［S］．北京：中國建筑工業(yè)出版社，1999．

［9］建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范：GB50007－2011［S］．北京：中國建筑工業(yè)出版社，2011．

（責(zé)任編輯：朱聯(lián)九）

Study on Reinforcement and Safety of the Monolayer Timber Structure

FAN Wei-qin1，XU Zheng-jia2，ZHANG Hong-zhang1
（1.College of Civil Engineering,Sanming University,Sanming 365004,China; 2.HeYi Engineering Technologe Limited Company of Hubei,Wuhan,430000 China）

The dandification of monolayer timber structure was accredited.According to the characteristics of dandification,the corrosion were replaced by a new wood with reasonable strength,and then old and new wood were reinforced through iron plate.Afterwards,the appearance,space of axial,deflection of beam,verticality of column and differential settlement of the reinforced structure were monitored and the comprehensive assessment was conducted.The results show that the structure can be safely used in normal service loads,which provide some reference for the protection of the present timber structure in our country.

timber structure；crack；reinforcement；assessment

TU366.2

A

1673-4343（2017）02-0078-05

10．14098／j．cn35－1288／z．2017．02．014

2017-01-20

福建省中青年教師教育科研項(xiàng)目（JA14296，JA14294）

范衛(wèi)琴，女，湖北荊門人，講師。主要研究方向：巖土工程。