老舊磚砌體房屋有效墻體面積分析

張辰悅，熊海貝

（1.同濟(jì)大學(xué)，上海 200092；2.浙江核力建筑特種技術(shù)有限公司，浙江 杭州 314000）

0 引言

根據(jù)資料顯示，浙江省已經(jīng)登記在冊的 2000 年前住宅房屋共計(jì)約 38.6 萬幢，經(jīng)過初步排查評定為丙類住宅房屋約 29 760 幢。由于 2000 年以前的普通住宅基本都為磚混結(jié)構(gòu)，這些房屋到目前為止大部分已經(jīng)服役 30～40 年，加上當(dāng)時(shí)的設(shè)計(jì)和施工水平有限，多數(shù)房屋已經(jīng)出現(xiàn)了局部的安全隱患；再加上改革開發(fā)以來，人民的生活水平不斷提高，百姓對居住房屋的要求也與日俱增，伴隨著二次裝修帶來的墻體拆改給房屋安全帶來了極大的危害；另一方面房屋的安全管理的嚴(yán)重缺失，導(dǎo)致部分的房屋已出現(xiàn)了結(jié)構(gòu)安全問題，極少數(shù)房屋已經(jīng)存在房屋倒塌風(fēng)險(xiǎn)，圖 1 為浙江省寧波奉化市居敬小區(qū)某幢倒塌現(xiàn)場。

圖1 房屋倒塌

1 房屋安全排查

大量磚混房屋缺乏有效的安全管理手段，失修失養(yǎng)，房屋健康狀況每況愈下，各地房屋倒塌事故頻發(fā)，對人民的生命財(cái)產(chǎn)安全造成了極大的威脅，社會影響惡劣。面對如此頻發(fā)的房屋安全事故，各省、市政府對房屋安全管理工作逐步重視，出臺了一系列的政策性文件，希望通過加強(qiáng)對房屋安全的管理來遏制房屋安全事故的發(fā)生。房屋安全管理工作首先要完成的是將本地區(qū)所有的老舊房屋進(jìn)行排摸建檔，掌握基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及房屋的安全隱患?，F(xiàn)階段浙江省內(nèi)各市、縣主要采用的是以下幾種房屋安全排查方式。

2016 年住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部頒布的《城鎮(zhèn)房屋結(jié)構(gòu)安全排查技術(shù)要點(diǎn)（試行）》，對危險(xiǎn)點(diǎn)進(jìn)行描述，根據(jù)房屋所呈現(xiàn)的危險(xiǎn)點(diǎn)數(shù)量對房屋進(jìn)行分級，分為危險(xiǎn)房屋、潛在危險(xiǎn)房屋、暫無危險(xiǎn)房屋。

2016 年浙江省建設(shè)廳《浙江省城鎮(zhèn)既有住宅房屋結(jié)構(gòu)安全排查技術(shù)導(dǎo)則》，列出了不同結(jié)構(gòu)體系的危險(xiǎn)點(diǎn)描述，現(xiàn)場排查人員根據(jù)現(xiàn)場的情況勾選危險(xiǎn)點(diǎn)，然后根據(jù)危險(xiǎn)點(diǎn)的數(shù)量對房屋進(jìn)行分級，主要分為甲類、乙類、丙類。劃為甲類為檢查中未發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)安全問題、可以正常使用的；乙類為檢查中發(fā)現(xiàn)存在比較嚴(yán)重問題、不影響安全使用的房屋；丙類為檢查中發(fā)現(xiàn)比較嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)安全問題、影響安全使用的房屋。

2015 年寧波市政府出臺《寧波市房屋安全排查指南》，主要按照房屋建造年代、損壞程度、房屋傾斜程度將房屋分成一級、二級、三級、四級，對于不同房屋安全等級進(jìn)行周期性的房屋安全巡檢。地方一般做法為四級房屋 15 d 巡檢一次，三級房屋 30 d 巡檢一次。

以上三種排查標(biāo)準(zhǔn)都是浙江省內(nèi)常用的，當(dāng)然有些地區(qū)會采用第三方的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，看過這些排查文件后不難發(fā)現(xiàn)，這些條款需要專業(yè)技術(shù)人員根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷，缺少量化的判斷依據(jù)。為此，本文針對老舊磚混住宅房屋提出量化的判定標(biāo)準(zhǔn)，建立一套切實(shí)可行的砌體結(jié)構(gòu)住宅房屋安全健康評價(jià)系統(tǒng)，應(yīng)用于各地方的房屋安全排查工作，在體量較大的情況下，能充分調(diào)動街道社區(qū)工作人員的力量，來協(xié)助建立房屋安全健康數(shù)據(jù)庫，在條件允許的情況下，開發(fā)相關(guān)電腦端和手機(jī)端的應(yīng)用程序，加快數(shù)據(jù)匯總及數(shù)據(jù)收集的速度。對房屋在正常使用狀態(tài)下的安全性進(jìn)行量化，為大范圍的房屋安全普查提供可靠的數(shù)據(jù)。

2 房屋安全健康評價(jià)體系簡述

影響房屋安全健康評價(jià)的因子有許多，如基本信息因子，包括：建造年代、房屋外部輪廓、周邊環(huán)境、周邊施工、陽臺形式、雨檐形式、物業(yè)情況、房屋使用歷史情況；結(jié)構(gòu)信息因子，包括混凝土保護(hù)層剝落及鋼筋銹脹情況、圈梁布置、構(gòu)造柱布置、砂漿強(qiáng)度、磚塊強(qiáng)度；調(diào)整因子；墻體因子。確定各因子的占比及評價(jià)方式便能得出房屋的安全健康指數(shù)。其中墻體因子是影響最為大的因子，本文通過對房屋墻體數(shù)據(jù)的分析，對房屋的墻體信息進(jìn)行梳理并確定評價(jià)方式。由于篇幅原因，本文僅介紹有效墻體面積信息評價(jià)方法。

諸多國內(nèi)外學(xué)者對砌體結(jié)構(gòu)中的墻體因子的作用進(jìn)行了大量研究，楊穎斐［10］提出墻體的抗震可靠度指標(biāo)，評價(jià)墻體的抗震性能，美國規(guī)范《建筑潛在震害快速觀察判定手冊》對建筑物抗震性能鑒定采用量化的計(jì)評分的方式，其中在砌體結(jié)構(gòu)類型部分出于對墻體的考慮，分為柔性樓板和屋頂密肋梁的有筋砌體建筑、剛性樓板和屋頂密肋梁的有筋砌體建筑、無筋砌體承重墻的建筑。但這些大部分都是針對砌體結(jié)構(gòu)抗震的研究內(nèi)容，由于老舊磚混結(jié)構(gòu)的倒塌基本發(fā)生在正常使用情況下，因此筆者試圖通過對正常使用下老舊磚混結(jié)構(gòu)房屋中墻體的分析，得到對墻體因子的評價(jià)方法。某公司的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn) QB 001－2019《磚混結(jié)構(gòu)房屋短期倒塌風(fēng)險(xiǎn)評估標(biāo)準(zhǔn)》在砌體結(jié)構(gòu)的安全評估領(lǐng)域具有一定代表性，標(biāo)準(zhǔn)中對墻體承載力評估采用了冗余系數(shù)的方法。按照墻體的重要性對墻體進(jìn)行了分類，計(jì)算自承重墻體面積時(shí)也采用折減的方法，本文希望借鑒此部分內(nèi)容，在此基礎(chǔ)上對墻體的安全評估方式進(jìn)行優(yōu)化，并得出新的有效墻體面積評價(jià)方式。

3 有效墻體基本信息及有限元分析

有效墻體面積主要是以實(shí)際墻體面積為基礎(chǔ)，在計(jì)算時(shí)做一定程度的修正，并根據(jù)砌筑形式、塊體形式對該值進(jìn)行一定程度的修正。

涉及到的信息：實(shí)際墻體面積、墻體厚度、墻體砌筑形式、磚塊形式、房屋層數(shù)、房屋建筑面積。

基本假設(shè)：房屋為橫墻承重體系。縱墻對于豎向樓面荷載的分擔(dān)情況，本文采用有限線元軟件進(jìn)行模擬分析，建立 T 字形墻體模型，在橫墻上施加荷載，分析縱墻的受力情況，如圖 2 所示。根據(jù)應(yīng)力圖顯示，縱墻承受的荷載非常有限。但同時(shí)參考GB 5003－2011《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》4.2.8 條第一款，多層房屋，當(dāng)無門窗洞口時(shí)，每側(cè)翼墻寬度可取壁柱高度（層高）的 1/3，一般老舊住宅房屋層高＜3 m，按照規(guī)范應(yīng)取縱墻約 1 m 寬度，但對比有限元計(jì)算結(jié)果兩者并不完全符合，因此本文將該值修正為 0.5 m。

圖2 縱橫墻應(yīng)力圖

對于窗下墻對墻體的影響本文采用有限元軟件進(jìn)行模擬分析，對比墻體新開窗洞口和墻體新開門洞口的受力情況。根據(jù)分析結(jié)果確定當(dāng)墻體存在門洞或窗洞時(shí)的有效墻體計(jì)算方式。根據(jù)分析結(jié)果，窗下墻對墻體的應(yīng)力分布影響不大，因此對有效墻體的計(jì)算不考慮窗下墻影響，如圖 3、圖 4 所示。

圖3 墻體應(yīng)力圖（門洞口）

4 有效墻體計(jì)算規(guī)則

根據(jù)墻體在房屋中分布的不同，本文將橫墻面積分為三類，以 QA 表示（見表 1）；將縱墻面積分為四類，以 QB 表示（見表 2）。

圖4 墻體應(yīng)力圖（窗洞口）

表1 橫墻有效墻體分類

表2 縱墻有效墻體分類

計(jì)算墻體面積時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

①樓梯間、主臥間、山墻部位的橫墻按照連續(xù)考慮，如有洞口計(jì)算時(shí)按照實(shí)際墻體面積計(jì)入；

②隔墻不計(jì)入；

③厚度≤240 mm 的墻體不計(jì)入；

④＜150 mm 的單獨(dú)墻肢不計(jì)入；

⑤墻體長度取 120 mm 的倍數(shù)；

⑥建筑面積不包含陽臺范圍；

⑦為統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算時(shí)僅計(jì)入首層墻體有效墻體面積；

⑧有效墻體面積不應(yīng)計(jì)入失效墻體面積。

5 有效墻體面積因子評價(jià)

根據(jù)以上墻體計(jì)算規(guī)則，并分析墻肢在房屋中的重要性，得出單層有效墻體面積 SYX，見式（1）。

式中：SYX為單層有效墻體面積，m2；

根據(jù) SYX及房屋建筑面積得出有效墻體面積系數(shù)，見式（2）：

式中：aYX為有效墻體面積系數(shù)；S 為房屋建筑面積，m2。

對杭州、寧波、嘉興等地的老舊房屋進(jìn)行了實(shí)地查勘，并采集了 71 幢典型房屋的墻體信息，將房屋墻體信息進(jìn)行處理，得出有效墻體面積系數(shù)（見圖 5）。

圖5 有效墻體系數(shù)分布圖

根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)得出有效墻體系數(shù) aYX密度函數(shù)，見式（3）：

將一般正態(tài)分布函數(shù)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布函數(shù)，見式（4）：

結(jié)合圖 5 的有效墻體面積系數(shù)，采用 MATLAB 軟件擬合有效墻體系數(shù) aYX正態(tài)分布密度函數(shù)，其中σ=0.005 3，μ=0.0214，如圖 6 所示。根據(jù)有效墻體曲線便可對房屋墻體面積進(jìn)行評價(jià)分析。

圖6 有效墻體系數(shù)——密度函數(shù)曲線

6 結(jié)論

本文采用有限元軟件模擬磚混結(jié)構(gòu)房屋在橫墻承重體系下的受力情況，確定縱墻及橫墻的受力特點(diǎn)，縱墻基本不承受荷載；模擬承重墻體存在窗洞或者墻洞時(shí)的受力情況，窗下墻對墻體的承載力影響非常小，在采集有效墻體信息時(shí)不予以考慮。

采集 71 幢典型老舊房屋的墻體信息，對墻體信息進(jìn)行處理后得出每幢房屋的有效墻體系數(shù)，采用MATLAB 軟件得到正態(tài)分布密度函數(shù)，根據(jù)正態(tài)分布密度函數(shù)便可對房屋的墻體情況進(jìn)行定量評價(jià)，為后續(xù)建立整幢房屋安全健康評價(jià)體系提供墻體模塊的評價(jià)手段。