某空曠房屋的抗震性能鑒定方法研究

夏敬嬋

(甘肅省建筑科學研究院(集團)有限公司， 甘肅蘭州 730070)

由磚墻承重的空曠房屋是我國20世紀60～70年代的一種建筑形式，這種建筑形式多被用于禮堂、食堂、影劇院等，其中有些建筑基于其歷史意義，需要繼續(xù)保留，所以要確定該建筑目前的抗震性能。但是在這期間隨著規(guī)范標準的不斷更新，此類建筑與現(xiàn)行規(guī)范之間存在著一定差異，以至于鑒定程序和方法不能按照常規(guī)方法進行。本文通過規(guī)范理論結合單層空曠房屋實例，闡述了此類房屋的抗震鑒定程序和方法。

1 工程概況

某部隊禮堂建造于20世紀70年代，為單層空曠房屋，采用磚墻承重。檐口高度為10.2 m。平面布置分為①軸～④軸前廳、⑤軸～軸觀眾廳、軸～軸舞臺3部分(圖1)組成。前廳為2層砌體結構，底層為大廳，2層為活動室，左、右兩側各設有雙跑樓梯，樓屋面采用預制空心樓板，前廳外面設6根等距混凝土廊柱。觀眾廳和舞臺為磚墻垛承重、屋架采用三角形鋼屋架，上設混凝土預制槽型板。舞臺兩側翼房以舞臺中軸對稱布置，為2層砌體結構，1層為休息室、2層為辦公室，樓屋面采用預制空心樓板，兩側翼房由舞臺后游廊連接。禮堂基礎采用混凝土條形基礎，墻體采用普通磚和混合砂漿砌筑，外墻厚度均為370 mm，內墻部分采用370 mm，部分采用240 mm，壁柱尺寸為500 mm×1 000 mm。

根據(jù)規(guī)范[2]要求，該禮堂所在地區(qū)抗震設防烈度為8度，設計基本地震加速度值為0.2g，地震分組為第三組。經與委托方協(xié)商，該禮堂后續(xù)使用年限為40年，按B類單層空曠房屋進行抗震性能鑒定[1]，抗震設防類別為丙類。

2 現(xiàn)場調查與檢測

2.1 地基基礎檢查

該禮堂建成至今已有50多年，經調查得知，該禮堂的右上方區(qū)域屬于填方區(qū)，加之在使用過程中的維護不當，觀眾廳的上部結構墻體中，～×M～K軸線、M×～軸線、×M～1/P軸線墻體出現(xiàn)斜向貫通裂縫，裂縫寬度在2.0～15.0 mm之間，開裂最大寬度在×M～1/P軸線位置。前廳、舞臺區(qū)域無沉降裂縫、變形，該地基基礎無明顯靜載缺陷。

2.2 構件損傷檢查

2.3 磚和砂漿強度檢測

現(xiàn)場對該禮堂抽取10片墻采用貫儀法進行砌筑砂漿抗壓強度檢測，經檢測：砂漿的抗壓強度值為M0.8，采用ZC4型回彈儀，進行磚抗壓強度檢測，經檢測，磚抗壓強度值為M7.5。

2.4 鋼屋架檢測

根據(jù)現(xiàn)場情況，將每榀屋架所抽取桿件表面的油漆打磨干凈后，采用卷尺、數(shù)顯卡尺和超聲波測厚儀檢測屋架桿件的尺寸。三角形屋架高為3.5 m，跨度為28 m，下弦桿采用兩不等邊角鋼(長肢相連)組成的T形截面，角鋼截面尺90 mm×60 mm×6 mm，上弦桿采用兩等邊角鋼組成的T形截面，角鋼截面尺寸為110 mm×8 mm，腹桿采用等邊單角鋼，截面尺寸為60 mm×6 mm，檁條采用等邊角鋼，截面尺寸為45 mm×45 mm。在⑥軸～⑦軸、軸～軸、軸～軸間屋架上下弦分別設有橫向支撐。鋼屋架上下弦桿、腹桿和水平支撐等構件節(jié)點連接良好，未發(fā)現(xiàn)有螺栓松動情況，部分桿件表面有輕微銹蝕，檁條節(jié)點連接可靠，無位移現(xiàn)象。

3 抗震性能鑒定

該禮堂后續(xù)使用年限為40年，按B類單層空曠房屋進行抗震性能鑒定[2]。對于B類單層空曠房屋，其抗震鑒定要求根據(jù)GB 50023-2009《建筑抗震鑒定標準》第9章要求，應檢查結構布置和構造并按規(guī)定進行抗震承載力驗算，然后綜合評價其抗震能力。

圖1 禮堂建筑平面示意

3.1 抗震措施鑒定

3.1.1 結構布置

經核查，大廳的跨度為28 m，未采用鋼筋混凝土結構；大廳和前廳之間未設防震縫，大廳和舞臺之間設有防震縫；大廳的磚柱為無筋壁柱墻體，根據(jù)鑒定標準要求，單層空曠房屋的大廳，支承屋蓋的承重結構，8度時，有挑臺或跨度大于18 m或柱頂標高大于8 m，應為鋼筋混凝土結構；大廳和前后廳之間不宜設防震縫，大廳與兩側附屬房屋可不設防震縫，但應加強相互的連接；大廳的磚柱宜為組合柱。所以，結構布置不滿足鑒定標準的要求。

3.1.2 材料強度

經檢測，磚強度等級為M7.5，滿足鑒定標準要求；砂漿強度等級為M0.8。根據(jù)鑒定標準要求，磚實際達到的強度等級，不宜低于MU7.5；砌筑砂漿實際達到的強度等級，不宜低于2.5。所以，不滿足鑒定標準的要求。

3.1.3 整體性連接

經現(xiàn)場調查，未設置圈梁，大廳與附屬房屋不設縫情況下，未在同一標高處設置封閉圈梁。根據(jù)鑒定標準要求，大廳柱頂標高處應有現(xiàn)澆圈梁，并宜沿墻高每隔3 m左右有一道圈梁；大廳與附屬房屋不設防震縫時，應在同一標高處設置有封閉圈梁并在交接處拉通，墻體交接處應沿墻高每隔不大于500 mm有2φ6 mm拉結鋼筋，且每邊伸入墻內不宜小于1 m。所以，整體性連接不滿足鑒定標準的要求。

3.1.4 易損部位

3.1.5 屋蓋

綜上分析，由于結構布置、材料強度、整體性連接、易損部位不滿足抗震鑒定標準的要求，故需進行抗震承載力驗算。

3.2 抗震承載力驗算

依據(jù)GB 50023-2009《建筑抗震鑒定標準》，抗震承載力驗算時按現(xiàn)行國家標準[3]的規(guī)定進行縱、橫向抗震分析。將禮堂分為前廳、觀眾廳和舞臺3個獨立部分，分別進行分析。

3.2.1 橫向抗震計算

無披屋觀眾廳的橫向分析是以單排架(圖2)的計算結果為基礎，根據(jù)整個房屋的橫向空間分析結果分別對單排架的基本周期和地震內力乘以修正系數(shù)，從而獲得近似空間分析結果的排架柱地震內力。

取觀眾廳的一個開間作為計算單元，由于結構是以縱軸為對稱軸，可取半榀排架進行橫向抗震承載力驗算，屋蓋自重按2.5 kN/m2計算，雪荷載按0.15 kN/m2計算，磚墻容重按22 kN/m2。

圖2 觀眾廳排架計算(單位:mm)

3.2.1.1 自振周期計算

(1)

式中:φT為房屋整體工作的調整系數(shù)，當為鋼筋混凝土無檁屋蓋，非焊接時，取0.7。

G為集中到柱頂?shù)陌腴偶艿闹亓奢d代表值，G=0.25GW+0.5Gr，GW為壁柱自重，Gr為屋蓋和雪荷載總重，屋蓋上恒荷載取靜力設計值的100%，雪荷載取50%；GW=10.2×1.04×22=233.38 kN，Gr=2.5×4×28+0.15×4×28×0.5=288.4 kN。

G=0.25×233.38+0.5×288.4=202.55 kN

3.2.1.2 水平地震作用

0.5×288.4=260.89 kN

3.2.1.3 壁柱柱底截面設計內力和驗算結果

M=±1.3×12.05×10.2=±159.78 kN·m

N=1.2×260.89=313.07 kN

經過計算分析，該壁柱橫向水平地震作用偏心距大于0.6倍的截面重心至軸向力所在偏心方向截面邊緣的距離y1，不滿足鑒定要求。

3.2.2 縱向抗震計算

由于觀眾廳對稱與縱軸，可取一片縱墻進行抗震計算。沿墻高分段集中為4個質點，作為確定水平地震作用的計算簡圖(圖3)。

圖3 縱墻計算簡(單位:mm)

3.2.2.1 集中到各質點的重力荷載代表值

沿墻高度分段集中為4個質點，質點的重力荷載代表值計算如下：

G1={[0.5×(3.0+2.4)×32-1.8×0.9×2-

1.1×2×8]×0.36+0.5×(3.0+2.4)×

0.642×8}×22=713.88 kN

同上得出，G2=477.1kN,G3=591.2kN,G4=390.6 kN。

3.2.2.2 結構底部地震剪力

因為磚結構影劇院的縱向自振周期很短，所以確定觀眾廳的結構底部地震剪力時，地震影響系數(shù)可取最大值αmax。

591.2+390.6)=1846.86 kN

FEk=αmaxGeq=0.16×1846.86=295.50 kN

3.2.2.3 質點水平地震作用

由式(2)確定各質點地震力:

(2)

Gi，Gj分別為集中于質點i,j重力荷載代表值；Hi，Hj分別為質點i,j的計算高度。

×295.5=47.53 kN

同以上算法得出，F(xiàn)2=57.18 kN,F3=102.35 kN,F4=88.43 kN。

3.2.2.4 各墻段的水平地震剪力

由式(3)確定各墻段水平地震剪力:

(3)

V1=295.49 kN，V2=247.96 kN，

V3=190.78 kN，V4=88.43 kN。

3.2.2.5 抗震承載力驗算

沿高度劃分的每段墻的各墻肢按剛度分配地震剪力，即：

(4)

某計算高度處各墻肢按規(guī)范[4]的規(guī)定進行抗震承載力驗算，即：

V≤fVEA/γRE

(5)

其中抗震承載力調整系數(shù)γRE取0.9。

根據(jù)墻體開洞情況，可得知，沿墻高第2段的墻肢屬于受剪最不利位置，各墻肢抗震承載力驗算結果見表2。

經過計算分析，觀眾廳的壁柱不能滿足鑒定要求，需采取必要的加固措施。

前廳或舞臺部分橫向抗震計算時，磚墻所承擔的水平地震力包括：該部分自身質量所引起的地震力和通過房屋空間作用傳來的觀眾廳的部分地震力。前者可采用底部剪力法計算得到，后者可近似地取觀眾廳部分的總地震力扣除觀眾廳排架所承擔的地震力。

表2 縱向地震作用下抗震承載力驗算

前廳部分縱向地震作用下的變形仍以層間剪切變形為主，因而確定樓層水平地震作用時仍可采用底部剪力法。樓層縱向地震剪力也是按各片縱墻的剛度比例分配?？v墻若被門窗洞口分割成多個墻肢時，該片縱墻承擔的地震剪力按各墻肢的剛度比例分配到墻肢。舞臺的主體結構若是觀眾廳的延伸，則其縱向計算可以和觀眾廳合并進行，若舞臺部分寬于觀眾廳，或舞臺部分的屋架布置方向同觀眾廳屋架方向垂直，則根據(jù)結構特點分別進行抗震驗算。

4 結束語

由磚墻承重的空曠房屋建造年代比較早，抗震鑒定工作不能當做普通砌體結構來進行，本文通過實例分析，詳細闡述了單層空曠房屋的抗震鑒定程序和承載力驗算方法。這對于類似老舊空曠房屋的抗震鑒定工作具有一定的參考意義。