蘇式歷史風(fēng)貌建筑抗震鑒定與加固技術(shù)研究

王一中，宋建學(xué)，湯義鵬

(鄭州大學(xué) 土木工程學(xué)院，河南 鄭州 450001)

蘇式歷史風(fēng)貌建筑抗震鑒定與加固技術(shù)研究

王一中，宋建學(xué)，湯義鵬

(鄭州大學(xué) 土木工程學(xué)院，河南 鄭州 450001)

選擇蘇聯(lián)援華時(shí)期典型歷史風(fēng)貌建筑進(jìn)行抗震鑒定與加固。通過抗震鑒定與驗(yàn)算發(fā)現(xiàn)：從平面上看，工程各層縱橫內(nèi)墻交界處抗震能力最弱，兩端橫向外墻的抗震能力次之，工程陰角、陽角處墻體抗震性能普遍薄弱；從豎向看，工程頂層內(nèi)縱墻的抗震性能最好，一二層交界處、梁上部新增內(nèi)墻部位抗震能力最弱?？拐鸺庸逃?jì)算表明：僅增設(shè)圈梁、構(gòu)造柱仍不能滿足抗震要求，還需要對(duì)內(nèi)、外墻采用鋼筋網(wǎng)片粉刷細(xì)石混凝土面層加強(qiáng)措施。

土木建筑結(jié)構(gòu)；抗震性能；鑒定加固；歷史風(fēng)貌建筑

Abstract：Seismic identification and reinforcement of earthquake resistance appraisal and reinforcement for the typical Soviet-style historical buildings during the period of close relationship between China and Soviet Union. Through the seismic evaluation and checking, it is found that from the plane, the seismic capability of the horizontal wall at the junction of each layer is weakest, followed by outer lateral walls at both ends, and the walls at internal corners and external corners generally have a poor seismic performance; From the vertical view, the seismic capacity of the borders between the 1st floor and the 2nd floor and the newly added inner walls at the top of beams are the weakest, while the inner longitudinal walls at the top floor have a best seismic performance. The seismic reinforcement design shows that only adding the ring beam and the structural column cannot meet the seismic requirements, but also the reinforcement measures for the internal and external walls using the steel mesh to whitewash the fine stone concrete surface.Keywords：civil engineering architecture; seismic performance; identification and reinforcement; historic buildings

歷史風(fēng)貌建筑包含[1]：建成50 a以上，在建筑樣式、結(jié)構(gòu)、施工工藝和工程技術(shù)等方面具有建筑藝術(shù)特色和科學(xué)價(jià)值；反映一個(gè)區(qū)域歷史文化和民俗傳統(tǒng)，具有時(shí)代特色和地域特色；具有異國建筑風(fēng)格特點(diǎn)；著名建筑師的代表作品；在革命發(fā)展史上具有特殊紀(jì)念意義；在產(chǎn)業(yè)發(fā)展史上具有代表性的作坊、商鋪、廠房和倉庫等；名人故居及其他具有特殊歷史意義的建筑。

歷史風(fēng)貌建筑一般為砌體結(jié)構(gòu)[2]。由于結(jié)構(gòu)材料強(qiáng)度偏低、整體性差且通常沒有考慮地震作用影響等，特別是隨著時(shí)間推移，這類建筑往往存在腐蝕、不均勻沉降、裂縫等病害，有的已成為危險(xiǎn)房屋[3]。對(duì)這類建筑進(jìn)行鑒定、加固具有社會(huì)意義和工程價(jià)值。本文通過洛陽市蘇聯(lián)援華時(shí)期某風(fēng)貌建筑的抗震鑒定與加固實(shí)例，介紹相關(guān)工作及成果。

1 抗震鑒定

1.1工程實(shí)例

某蘇聯(lián)援華時(shí)期歷史風(fēng)貌建筑位于洛陽市澗西區(qū)，3層磚混結(jié)構(gòu)，磚砌條形基礎(chǔ)，建筑面積2 352 m2，建造時(shí)間1954年9月，目前仍在使用中。本工程室內(nèi)外高差0.3 m，層高3.3 m，房屋總高度9.9 m，屋蓋采用木屋架形式。工程加固前實(shí)景如圖1所示。

經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查和資料收集，獲得以下基本參數(shù)：

(1) 基本風(fēng)壓、雪壓：基本風(fēng)壓為0.4 kN/m2，雪壓為0.35 kN/m2；

(2) 設(shè)計(jì)地震分組：設(shè)計(jì)地震分組為第二組；抗震設(shè)防烈度為7度；設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.10 g；

(3) 建筑場地類別：建筑場地類別為Ⅱ類；特征周期值為0.30 s。

圖1 工程實(shí)景圖

1.2抗震鑒定步驟

進(jìn)行抗震鑒定與加固的步驟為[4]：

(1) 依據(jù)建造年代確定工程的后續(xù)使用年限；

(2) 確定工程的后續(xù)使用年限后，選擇相應(yīng)的鑒定方法；

(3) 先進(jìn)行第一級(jí)鑒定，根據(jù)鑒定結(jié)果和標(biāo)準(zhǔn)決定是否需要進(jìn)行第二級(jí)鑒定，最后對(duì)工程的抗震能力做出最終評(píng)價(jià)；

(4) 根據(jù)鑒定結(jié)果，確定是否需要加固；

(5) 選擇加固方案，進(jìn)行加固設(shè)計(jì)；

(6) 對(duì)加固后的工程進(jìn)行抗震性能驗(yàn)算。

既有建筑物的后續(xù)使用年限是指在不進(jìn)行加固維修的情況下可以使用的最短年限，根據(jù)《建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》(GB50023-2009)[5]第1.0.4、1.0.5規(guī)定，后續(xù)使用年限通常分為三類，分別是30 a、40 a、50 a。20世紀(jì)70年代及以前建筑，強(qiáng)制規(guī)定其后續(xù)使用年限不應(yīng)少于30年[6]。

1.2.1 第一級(jí)抗震鑒定

工程的抗震鑒定應(yīng)該按照鑒定標(biāo)準(zhǔn)逐級(jí)進(jìn)行，依據(jù)文獻(xiàn)[5]中第5.1、5.2的有關(guān)規(guī)定，對(duì)該建筑進(jìn)行以宏觀控制、構(gòu)造鑒定為主的綜合評(píng)價(jià)，對(duì)房屋總高度和層數(shù)、結(jié)構(gòu)體系、材料強(qiáng)度、整體連接構(gòu)造、局部易倒塌部位、外觀和內(nèi)在質(zhì)量按照抗震鑒定要求進(jìn)行第一級(jí)鑒定。

將該建筑基礎(chǔ)挖開2處，其位置為1-3-10軸、16-18-15軸，所檢測(cè)基礎(chǔ)未發(fā)現(xiàn)裂縫、腐蝕、 酥堿等破壞特征。基礎(chǔ)截面尺寸如圖2所示。

圖2 開挖檢測(cè)的建筑物基礎(chǔ)

經(jīng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，該建筑砌體基礎(chǔ)存在砌筑方法不當(dāng)現(xiàn)象，多處出現(xiàn)瞎縫。

該建筑主體結(jié)構(gòu)中頂層設(shè)置有圈梁，未設(shè)置構(gòu)造柱；梁下沒有設(shè)置混凝土或鋼筋混凝土墊塊；木屋架中大部分木質(zhì)構(gòu)件存在劈裂現(xiàn)象。前墻體已產(chǎn)生多條八字形裂縫。八字形裂縫位于該建筑1層墻體陽角兩側(cè)，測(cè)量到的最大寬度達(dá)4 mm，該裂縫長度已超出《危險(xiǎn)房屋鑒定標(biāo)準(zhǔn)》(JGJ125-2004)[7]的要求，已構(gòu)成危險(xiǎn)構(gòu)件。

采用回彈法檢測(cè)該建筑材料強(qiáng)度，其現(xiàn)齡期混凝土抗壓強(qiáng)度推定值最大為39.1 MPa，最小為20.3 MPa。墻體用磚抽取8面墻體，其抗壓強(qiáng)度推定值均大于7.5 MPa。墻體砌筑砂漿抽取8面墻體，其現(xiàn)齡期抗壓強(qiáng)度推定值最大為10.0 MPa，最小為0.8 MPa。

經(jīng)現(xiàn)場檢測(cè)，該建筑混凝土構(gòu)件中鋼筋直徑不符合設(shè)計(jì)要求。檢測(cè)結(jié)果見表1。綜合分析可知，該建筑物進(jìn)行第一級(jí)抗震鑒定時(shí)，共有4項(xiàng)指標(biāo)不符合抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)的要求。因此，依據(jù)文獻(xiàn)[5]第5.1.5條的規(guī)定，需要對(duì)建筑進(jìn)行第二級(jí)抗震鑒定。

表1 混凝土中鋼筋直徑檢測(cè)結(jié)果

1.2.2第二級(jí)抗震鑒定

采用PKPM系列設(shè)計(jì)軟件2010版的鑒定加固模塊進(jìn)行抗震驗(yàn)算[8]，計(jì)算模型如圖3所示。

圖3 計(jì)算模型

對(duì)后續(xù)使用年限為30 a的砌體房屋采用樓層綜合抗震能力指數(shù)法進(jìn)行驗(yàn)算[9]。

樓層平均抗震能力指數(shù)：

βi=Ai/Abiξoi

(1)

樓層綜合抗震能力指數(shù)：

βci=φ1φ2βi

(2)

式中：βi—第i樓層縱向或橫向墻體平均抗震能力指數(shù)；βci—第i樓層的縱向或橫向墻體綜合抗震能力指數(shù)；Ai—第i樓層的縱向或橫向抗震墻在層高1/2凈截面的總面積；Abi—第i樓層的建筑面積；ξoi—第i樓層的縱向或橫向抗震墻的基準(zhǔn)面積率；φ1—體系影響系數(shù)，按文獻(xiàn)[5]第5.2.14條第2款確定；φ2—局部影響系數(shù)，按文獻(xiàn)[5]第5.2.14條第3款確定。

從工程的第二級(jí)抗震計(jì)算結(jié)果分析，工程最危險(xiǎn)的樓層是第一層，頂層安全。工程的第二級(jí)鑒定計(jì)算結(jié)果見表2，各層抗震計(jì)算結(jié)果見表3。

表2 工程第二級(jí)鑒定計(jì)算結(jié)果

表3 各層抗震計(jì)算結(jié)果

根據(jù)文獻(xiàn)[5]對(duì)7度設(shè)防烈度、丙類設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)、A類房屋的二級(jí)鑒定標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，需要增加圈梁、構(gòu)造柱并對(duì)工程縱墻、橫墻等部位采取相應(yīng)的構(gòu)造措施。 本工程各樓層抗震指標(biāo)值如圖4所示。鑒定結(jié)果表明，需進(jìn)行加圖。

圖4 工程各樓層抗震指標(biāo)值對(duì)比圖

通過抗震鑒定可知：從平面上看，工程各層縱橫內(nèi)墻交界處抗震能力最弱，兩端橫向外墻的抗震能力次之，一二層內(nèi)縱墻的抗震能力指標(biāo)值普遍比內(nèi)橫墻大0.1左右，內(nèi)縱墻抗震性能要強(qiáng)于內(nèi)橫墻，工程陰角、陽角處墻體抗震性能普遍薄弱；從豎向看，工程頂層內(nèi)縱墻的抗震能力指標(biāo)值最大，抗震性能最好，一二層交界處、梁上部新增內(nèi)墻部位抗震能力最弱。鑒定結(jié)果表明，需進(jìn)行加固。

2 歷史風(fēng)貌建筑抗震加固

2.1加固設(shè)計(jì)

依據(jù)現(xiàn)有加固規(guī)范《磚混結(jié)構(gòu)加固與修復(fù)》(03SG611)[10]，對(duì)工程采取以下加固措施：

(1)樓層結(jié)構(gòu)為現(xiàn)澆混凝土板，對(duì)樓板混凝土強(qiáng)度低于C25的部位，以及樓板強(qiáng)度不滿足現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定荷載要求的部位，采用粘貼碳纖維布進(jìn)行加固。

(2)對(duì)于原結(jié)構(gòu)檢測(cè)混凝土等級(jí)小于C25的梁采用粘鋼加固。

(3)內(nèi)外墻體兩側(cè)采用鋼筋網(wǎng)片粉刷細(xì)石混凝土面層加強(qiáng)，單側(cè)面層厚度為60 mm，面層材料采用C25細(xì)石混凝土，豎向鋼筋直徑8 mm，間距150 mm，類別為HRB400級(jí)鋼筋；水平向鋼筋直徑6 mm，間距150 mm，類別為HRB400級(jí)鋼筋。

(4)擬采用外包鋼筋混凝土承臺(tái)加鋼管樁的加固方案，同時(shí)增設(shè)地圈梁對(duì)內(nèi)外墻基礎(chǔ)進(jìn)行加固，基礎(chǔ)加固如圖5所示。

(5)對(duì)所有內(nèi)外墻體頂部增設(shè)圈梁，分段施工，澆筑高強(qiáng)無收縮性灌漿料。

(6)在外墻轉(zhuǎn)角處和樓梯間轉(zhuǎn)角處和沿外縱墻不超過12 m的內(nèi)外墻交接處增加構(gòu)造柱。對(duì)上述部位進(jìn)行剔鑿，留出馬牙槎，然后澆筑不低于C25的混凝土。

圖5 基礎(chǔ)加固圖

2.2加固驗(yàn)算

工程加固前后各層抗震指數(shù)對(duì)比圖如圖6、圖7所示。

圖6加固前后各樓層縱向綜合抗震能力指數(shù)對(duì)比圖圖7加固前后各樓層橫向綜合抗震能力指數(shù)對(duì)比圖

由圖6和圖7可以看出：工程加固后的縱向綜合抗震能力指標(biāo)、橫向綜合抗震能力指標(biāo)比加固前明顯增大；如果僅增設(shè)圈梁、構(gòu)造柱，房屋的抗力與效應(yīng)的比值雖有明顯增大，但是各樓層綜合抗震能力指數(shù)增加不多，說明該工程只增設(shè)圈梁、構(gòu)造柱不能滿足抗震要求。通過對(duì)第一級(jí)鑒定結(jié)果發(fā)現(xiàn)墻體砌筑砂漿不滿足規(guī)范最低強(qiáng)度要求，對(duì)建筑物外、內(nèi)墻采用鋼筋網(wǎng)片粉刷細(xì)石混凝土面層加強(qiáng)措施后，建筑物各樓層的綜合抗震能力指標(biāo)均大于1，滿足要求。

3 結(jié)論

通過對(duì)該歷史風(fēng)貌建筑的抗震鑒定、加固，得出以下主要結(jié)論：

(1)從平面上看，工程各層縱橫內(nèi)墻交界處抗震能力最弱，兩端橫向外墻的抗震能力次之。一二層內(nèi)縱墻的抗震能力指標(biāo)值普遍比內(nèi)橫墻大0.1左右，內(nèi)縱墻抗震性能要強(qiáng)于內(nèi)橫墻，工程陰角、陽角處墻體抗震性能普遍薄弱。

(2)從豎向看，工程頂層內(nèi)縱墻的抗震能力指標(biāo)值最大，抗震性能最好，一二層交界處、梁上部新增內(nèi)墻部位抗震能力最弱。

(3)僅增設(shè)圈梁、構(gòu)造柱，房屋的抗力與效應(yīng)的比值雖有明顯增大，但是各樓層綜合抗震能力指數(shù)增加不多，說明該工程只增設(shè)圈梁、構(gòu)造柱不能滿足抗震要求。對(duì)建筑物內(nèi)、外墻采用鋼筋網(wǎng)片粉刷細(xì)石混凝土面層加強(qiáng)措施后，建筑物各樓層的綜合抗震能力滿足要求。

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StudyonseismicidentificationandreinforcementtechnologyofSoviet-stylehistoricalstylebuildings

WANG Yi-zhong, SONG Jian-xue, TANG Yi-peng

(SchoolofCivilEngineering,ZhengzhouUniversity,Zhengzhou450001,China)

2017-06-20

國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目子課題(2014BAL06B03-01)

王一中(1992—)，男，河南永城人，碩士研究生。

1674-7046(2017)04-0043-05

10.14140/j.cnki.hncjxb.2017.04.008

TU362

A