某優(yōu)秀歷史保護(hù)建筑木樓梯損傷評(píng)估*

楊 三

(上海市建筑科學(xué)研究院有限公司，上海 200032)

1 工程概況

上海市某優(yōu)秀歷史保護(hù)建筑建成于1908年，采用英國古典主義建筑風(fēng)格，為4層磚木結(jié)構(gòu)(局部為混凝土結(jié)構(gòu))房屋，采用木屋架雙坡屋面，原有基礎(chǔ)為磚砌大放腳條形基礎(chǔ)，2009年進(jìn)行房屋修繕時(shí)，采用錨桿靜壓鋼管樁對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行托換加固。房屋主體豎向承重構(gòu)件基本為磚墻，即采用縱橫墻承重體系，2009年利用鋼筋網(wǎng)砂漿面層對(duì)承重磚墻進(jìn)行加固。水平承重構(gòu)件主要為木梁、木擱柵，基本為原有歷史構(gòu)件?；炷两Y(jié)構(gòu)分為2009年修繕前的原結(jié)構(gòu)與2009年修繕后的新增結(jié)構(gòu)，其中，原結(jié)構(gòu)梁、板于2009年采用碳纖維布加固。木屋架構(gòu)件通過榫接的方式連接，并輔以扁鋼、鐵銷和螺栓進(jìn)行固定。木屋架下弦兩側(cè)于2009年采用夾鋼板加固。

圖1 2層建筑平面

2層半至3層斜梯段木梁與2層半休息平臺(tái)木梁采用槽口榫連接(見圖2)，2層半至3層斜梯段側(cè)面扶手下方木梁通過槽口榫插接在2層半休息平臺(tái)木柱上(見圖3)，木柱卡接在休息平臺(tái)木梁上。休息平臺(tái)木擱柵一端擱置在休息平臺(tái)木梁上，一端插入承重磚墻內(nèi)。

圖2 斜梯段木梁與休息平臺(tái)木梁連接

圖3 扶手下方木梁與休息平臺(tái)木柱連接

2 檢測(cè)鑒定

2007年進(jìn)行綜合檢測(cè)鑒定時(shí)，房屋整體向北、西傾斜，平均向北傾斜5.28‰，平均向西傾斜5.42‰。樓面?zhèn)€別木構(gòu)件端部嚴(yán)重腐爛，木屋架端部基本完好，無明顯腐爛現(xiàn)象，承重磚墻未見明顯開裂等結(jié)構(gòu)性損傷。樓梯間裝飾基本保存完好，未見節(jié)點(diǎn)松動(dòng)脫開跡象。

2.1 木樓梯損傷檢測(cè)

現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)人員對(duì)木樓梯節(jié)點(diǎn)脫開處進(jìn)行局部損傷檢測(cè)，以了解承重構(gòu)件節(jié)點(diǎn)連接質(zhì)量與腐蝕、蟲蛀等情況。此外，還對(duì)整個(gè)樓梯進(jìn)行外觀檢查，包括外露構(gòu)件節(jié)點(diǎn)連接情況、樓梯外觀質(zhì)量等。

檢測(cè)結(jié)果表明，木樓梯除2層半休息平臺(tái)損傷嚴(yán)重外，其余位置外觀質(zhì)量正常，外露構(gòu)件節(jié)點(diǎn)連接處無明顯脫開跡象。

2層半休息平臺(tái)損傷具體表現(xiàn)為：①連接節(jié)點(diǎn)及裝飾板脫開 2層半至3層斜梯段木梁與休息平臺(tái)木梁連接處脫開，脫開深度為18～28mm；2層半至3層斜梯段側(cè)面扶手下方木梁與2層半休息平臺(tái)木柱連接處脫開，脫開深度為12～32mm；2層半至3層斜梯段底部裝飾板與2層半休息平臺(tái)底部裝飾板連接處脫開，脫開深度為8～35mm；2層半休息平臺(tái)少量木擱柵與休息平臺(tái)木梁連接處脫開，脫開深度約為21mm；2層半休息平臺(tái)西側(cè)木地板與踢腳線脫開，脫開深度約為13mm。②木構(gòu)件蟲蛀 2層半休息平臺(tái)南側(cè)存在較嚴(yán)重的蟲蛀情況，個(gè)別木擱柵及局部裝飾板蟲蛀嚴(yán)重，休息平臺(tái)木梁蟲蛀較嚴(yán)重，并伴有一定腐蝕，且在該區(qū)域發(fā)現(xiàn)白蟻糞便。③木構(gòu)件腐蝕 2層半休息平臺(tái)北側(cè)存在較嚴(yán)重的腐蝕情況，個(gè)別木擱柵腐蝕嚴(yán)重，休息平臺(tái)木梁腐蝕較嚴(yán)重。

2.2 休息平臺(tái)木梁撓度測(cè)量

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量木樓梯整層、半層高度處休息平臺(tái)木梁撓度，由于休息平臺(tái)木梁上方覆蓋木地板，下方設(shè)有裝飾板，木梁撓度不具備直接測(cè)量條件，為此通過測(cè)量木地板相對(duì)高差近似反映木梁撓度。

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量結(jié)果表明，除2層半休息平臺(tái)木梁撓跨比(1/196)超過正常使用極限狀態(tài)撓跨比限值(1/250)外，其余整層、半層高度處休息平臺(tái)木梁撓跨比(1/636～1/287)均在限值范圍內(nèi)，可知2層半休息平臺(tái)木梁撓度過大。

此外，還對(duì)2層半休息平臺(tái)相對(duì)高差進(jìn)行測(cè)量，結(jié)果表明，休息平臺(tái)東側(cè)高度低于西側(cè)25.4～33.8mm，南北向中間高度低于兩側(cè)25.2～26.8mm。

2.3 其余區(qū)域損傷檢測(cè)

除木屋架少量桿件及個(gè)別檁條出現(xiàn)干裂外，其余承重結(jié)構(gòu)構(gòu)件使用正常，未見明顯結(jié)構(gòu)性損傷。抽查的木屋架及樓面木擱柵等與墻體連接節(jié)點(diǎn)未見明顯松動(dòng)脫開跡象。底層承重墻使用正常，未見明顯潮濕、滲水發(fā)霉跡象。

2.4 房屋整體變形測(cè)量

房屋整體向西、北傾斜，向西傾斜率為3.09‰～9.31‰，平均傾斜率為5.52‰；向北傾斜率為4.24‰～7.91‰，平均傾斜率為6.13‰。

房屋整體相對(duì)高差測(cè)量結(jié)果表明，房屋東、西側(cè)面南高北低，最大相對(duì)高差分別為193，165mm，換算傾斜率分別為8.91‰，5.82‰；房屋北側(cè)面東高西低，最大相對(duì)高差為26mm，換算傾斜率為2.24‰。

3 結(jié)構(gòu)承載力驗(yàn)算

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)黏土磚強(qiáng)度等級(jí)為MU7.5，砌筑砂漿強(qiáng)度等級(jí)為M1.0，磚墻面層加固砂漿強(qiáng)度等級(jí)為M20，新、舊混凝土強(qiáng)度等級(jí)分別為C30，C18。根據(jù)材料強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果，結(jié)合房屋使用功能，采用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析軟件盈建科對(duì)主體結(jié)構(gòu)在靜力作用下的承載力進(jìn)行驗(yàn)算。

木樓梯承載力驗(yàn)算過程中，木材取為美松，等級(jí)取為TC17B，考慮強(qiáng)度折減系數(shù)0.8。驗(yàn)算結(jié)果表明，在不考慮木樓梯木構(gòu)件已有腐蝕、蟲蛀、下?lián)献冃蔚戎T多不利因素影響下，木構(gòu)件承載力滿足要求，2層半休息平臺(tái)木梁最大應(yīng)力比為0.97，承載力富余量較小。

4 損傷評(píng)估

2層半休息平臺(tái)木梁西側(cè)支撐休息平臺(tái)的木擱柵，東側(cè)支撐2層至2層半、2層半至3層的斜梯段木梁與扶手下方木梁屬于木樓梯重要構(gòu)件，2層半構(gòu)件連接節(jié)點(diǎn)脫開的主要原因如下。

1)2層半休息平臺(tái)木梁端部出現(xiàn)較嚴(yán)重的蟲蛀及腐蝕，使構(gòu)件受力性能受到明顯削弱，包括構(gòu)件抗彎剛度、承載力等，進(jìn)而在相同荷載作用下產(chǎn)生較正常情況下更大的撓度。

2)木梁端部損傷影響節(jié)點(diǎn)連接質(zhì)量，如端部節(jié)點(diǎn)約束減弱、節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生一定轉(zhuǎn)動(dòng)等，這在一定程度上加大了木梁跨中撓度，并使木梁產(chǎn)生一定量的向下位移。

3)2層半休息平臺(tái)兩側(cè)木擱柵蟲蛀或腐蝕嚴(yán)重，構(gòu)件已基本失效，導(dǎo)致休息平臺(tái)上的荷載主要由中間木擱柵承擔(dān)，而作為休息平臺(tái)木擱柵一端支撐點(diǎn)的木梁受到更大的跨中荷載作用，導(dǎo)致木梁跨中彎矩增加，進(jìn)而加大木梁撓度。

4)2層半休息平臺(tái)部分木擱柵受力失效后，導(dǎo)致休息平臺(tái)木梁一側(cè)的側(cè)向約束削弱，木梁易產(chǎn)生側(cè)向位移。

由于2層半至3層斜梯段木梁或扶手下方木梁僅通過槽口榫(僅受壓)連接在休息平臺(tái)木梁或木柱上，無其他連接加強(qiáng)措施，當(dāng)2層半休息平臺(tái)木梁產(chǎn)生過大撓度及一定量的向下、側(cè)向位移時(shí)，2層半至3層斜梯段木梁或扶手下方木梁將從休息平臺(tái)木梁或木柱上的孔洞中拔出。

由于現(xiàn)狀測(cè)量與2007年測(cè)量時(shí)考慮的因素不同，2次測(cè)量結(jié)果存在一定差異。但總體來講，2次測(cè)量結(jié)果反映的傾斜規(guī)律基本一致，即房屋整體向西、北傾斜，2007—2020年房屋傾斜變化不明顯。由于房屋承重結(jié)構(gòu)與圍護(hù)結(jié)構(gòu)未見明顯變形損傷，可推斷房屋沉降基本穩(wěn)定。

5 結(jié)語

1)損傷檢測(cè)結(jié)果表明，木樓梯除局部存在嚴(yán)重?fù)p傷外，其余主體承重結(jié)構(gòu)與構(gòu)件基本正常。抽查的樓面木構(gòu)件與木屋架端部未見明顯松動(dòng)脫開跡象，房屋存在一定量的不均勻沉降(推測(cè)沉降已穩(wěn)定)，綜合評(píng)定該房屋為基本完好。

2)建議更換木樓梯2層半休息平臺(tái)木梁，替換蟲蛀、腐蝕的木擱柵，并對(duì)其余木構(gòu)件進(jìn)行全面蟻蝕、腐蝕病害普查與防治。

3)優(yōu)秀歷史保護(hù)建筑具有重要的歷史、文化與藝術(shù)價(jià)值，在日常使用過程中，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)建筑的保護(hù)與檢查，發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)及時(shí)處理，確保房屋使用安全。