某仿古民國(guó)建筑改造前安全評(píng)定

祖萍萍，渠延模，袁小軍，宗海峰，趙昱喬，沈古城

（1.江蘇省建筑科學(xué)研究院有限公司，江蘇 南京 210008；2.江蘇省建筑工程質(zhì)量檢測(cè)中心有限公司，江蘇 南京 210033）

0 引言

仿古民國(guó)建筑作為南京歷史文化名城的重要組成部分，是結(jié)合了現(xiàn)代建筑技術(shù)建造的中國(guó)傳統(tǒng)式建筑。南京民國(guó)建筑不僅數(shù)量眾多，而且涉及政治、經(jīng)濟(jì)、文化、社會(huì)生活等各個(gè)方面［1］。民國(guó)建筑經(jīng)過(guò)半個(gè)多世紀(jì)的使用，多數(shù)已超過(guò)正常使用年限，為保證民國(guó)建筑能夠安全使用，對(duì)超限使用的民國(guó)建筑進(jìn)行安全性檢測(cè)鑒定及加固是非常必要的。

由于時(shí)代特點(diǎn)，民國(guó)時(shí)期的鋼筋混凝土建筑不同于現(xiàn)代鋼筋混凝土建筑，在材料性能、計(jì)算方法和構(gòu)造設(shè)計(jì)上均不能同現(xiàn)代混凝土建筑相提并論［2］。民國(guó)建筑建造時(shí)鋼筋基本采用方鋼，所使用的混凝土由水泥、砂子、石子按照一定的配合比人工拌制而成，抗壓強(qiáng)度大多低于現(xiàn)代建筑最低要求，墻體基本采用青磚、砂漿砌筑。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的使用，鋼筋銹蝕、混凝土碳化、木材開(kāi)裂腐朽等一系列問(wèn)題相繼出現(xiàn)，此時(shí)對(duì)民國(guó)建筑進(jìn)行安全性檢測(cè)鑒定，并根據(jù)鑒定結(jié)論進(jìn)行改造加固，增加其正常使用年限，以科學(xué)有效地保護(hù)民國(guó)建筑是非常必要的。本文以某高校會(huì)議樓安全性檢測(cè)實(shí)例為例，講述在保護(hù)文物的前提下，對(duì)仿古民國(guó)建筑進(jìn)行改造前檢測(cè)鑒定。

1 工程概況

南京某高校會(huì)議樓建造于 20 世紀(jì) 20 年代左右，由建筑大師亨利·墨菲和呂彥直設(shè)計(jì)，陳明記營(yíng)造廠承建，期間進(jìn)行過(guò)一次裝修改造。該會(huì)議樓建造年代久遠(yuǎn)，設(shè)計(jì)圖紙不完整，修繕資料缺失，為保證會(huì)議樓后續(xù)的安全使用，故對(duì)其進(jìn)行加固改造前安全性檢測(cè)鑒定。

該樓主體結(jié)構(gòu)為地下 1 層、地上 2 層（局部 3 層）磚木結(jié)構(gòu)，主要采用磚墻、磚柱、混凝土梁、木梁、三角形豪式木屋架共同承重，樓面采用現(xiàn)澆板，局部 3 層樓面采用“竹格柵+草灰+素混凝土”，屋面為仿歇山式屋頂，屋面采用“木屋架+木檁條+木望板+瓦片”，每榀屋架上弦、下弦、斜腹桿均為木材，豎桿為圓鋼，連接夾板采用鋼板或木板。該樓基礎(chǔ)采用條形放大腳磚基礎(chǔ)，設(shè)有毛石墊層，地下 1 層凈高為 2.4 m，地上 1 層凈高約為 3.9 m/3.1 m，2 層凈高約為 6.5 m（檐口）、11.3 m（屋脊）/3.1 m，3 層凈高約為 2.0 m（檐口）、6.5 m（屋脊），主樓外觀照如圖 1 所示，1 層、2 層建筑平面示意圖如圖 2、圖 3 所示。

圖1 會(huì)議樓外觀照

圖2 會(huì)議樓 1 層平面示意圖

圖3 會(huì)議樓 2 層平面示意圖

2 檢測(cè)鑒定

在保護(hù)文物的原則上，首先從調(diào)查會(huì)議樓的現(xiàn)狀開(kāi)始，包括對(duì)結(jié)構(gòu)形式、結(jié)構(gòu)布置以及結(jié)構(gòu)作用等方面進(jìn)行調(diào)查，同時(shí)繪制結(jié)構(gòu)平面布置圖，其次從地基基礎(chǔ)、構(gòu)件截面尺寸、材料強(qiáng)度等方面對(duì)該會(huì)議樓主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)檢測(cè)，根據(jù)實(shí)際檢測(cè)數(shù)據(jù)建立模型，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行承載能力分析，最后評(píng)定該會(huì)議樓安全性等級(jí)，并給出加固改造建議。

2.1 地基基礎(chǔ)檢測(cè)

由于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜，開(kāi)挖基礎(chǔ)破壞較多，因此未對(duì)該會(huì)議樓進(jìn)行基礎(chǔ)開(kāi)挖檢測(cè)。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查：該會(huì)議樓地基基礎(chǔ)較為穩(wěn)定，未發(fā)現(xiàn)底層承重墻體有不均勻沉降引起的裂縫、變形和位移現(xiàn)象。

2.2 房屋整體傾斜檢測(cè)

由于現(xiàn)場(chǎng)條件限制，僅對(duì)該會(huì)議樓東西角傾斜進(jìn)行檢測(cè)，經(jīng)檢測(cè)：東西角傾斜率為 1.5 （偏東方向），符合相關(guān)規(guī)范要求［3］，即當(dāng)多層房屋高度 Hg≤24 m 時(shí)，整體傾斜的允許值為 4 。

2.3 構(gòu)件截面尺寸檢測(cè)

現(xiàn)場(chǎng)鑿除構(gòu)件表面裝飾層，分別抽取部分磚墻、磚柱、混凝土梁、木梁、三角形豪式木屋架等構(gòu)件進(jìn)行截面尺寸檢測(cè)，經(jīng)檢測(cè)：1 層大廳內(nèi)圓柱直徑約 300 mm，2 層樓面梁寬 200～300 mm，梁高 450～650 mm，室外墻體厚度為 410 mm，部分 2 層樓面板厚 92 mm、172 mm。

同時(shí)，對(duì) 1 層大廳圓柱、樓板進(jìn)行破損，驗(yàn)證其組成材料。經(jīng)驗(yàn)證：1 層大廳內(nèi)完整圓柱均為混凝土柱，半圓形柱均為磚柱。檢測(cè)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)局部 3 層樓面板采用“竹格柵+草灰+素混凝土”，其余均為現(xiàn)澆板。

2.4 混凝土構(gòu)件配筋檢測(cè)

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，抽取部分混凝土構(gòu)件，采用鋼筋掃描儀對(duì)混凝土構(gòu)件配筋情況進(jìn)行檢測(cè)，經(jīng)檢測(cè)：所抽取的混凝土柱、梁構(gòu)件均配置縱向受力鋼筋，其中 1 層圓柱沿高配置箍筋，間距約 300 mm；1 層大廳樓面橫向梁均未設(shè)置箍筋，（C-F）軸區(qū)域縱向梁端有加密箍筋，間距約為 150 mm，跨中間距約為 300 mm，輔樓區(qū)域 2 層樓面梁均僅在梁端設(shè)置箍筋，跨中未設(shè)置箍筋；2 層樓面板板底雙向設(shè)置分布筋。

同時(shí)采用破損法檢測(cè)混凝土構(gòu)件的縱向受力鋼筋直徑，經(jīng)檢測(cè)：所抽取的混凝土圓柱采用方鋼，規(guī)格為16 mmh 16 mm；2 層樓面梁縱向受力鋼筋也采用的方鋼，截面寬度為 14～25 mm，箍筋均采用圓鋼，直徑為6～8 mm；2 層樓面板采用 10 mm 左右圓鋼。

此外，測(cè)得混凝土梁鋼筋保護(hù)層厚度約為 20～45 mm，混凝土板鋼筋保護(hù)層厚度約為 16～25 mm。

2.5 材料強(qiáng)度檢測(cè)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，抽取部分混凝土梁構(gòu)件鉆取混凝土芯樣，加工后進(jìn)行混凝土芯樣抗壓強(qiáng)度檢測(cè)，得出混凝土芯樣強(qiáng)度，經(jīng)檢測(cè)：該會(huì)議樓混凝土強(qiáng)度等級(jí)最小值為 10.8 MPa。鉆取芯樣后，在孔內(nèi)進(jìn)行混凝土碳化深度測(cè)試，經(jīng)測(cè)試：所抽取的混凝土柱、梁構(gòu)件的碳化深度均＞8 mm，部分碳化深度超過(guò)鋼筋保護(hù)層厚度。

基于減少破壞面的原則，在地下室裸露鋼筋位置截取一根 14 mmh 14 mm 方鋼進(jìn)行抗拉強(qiáng)度檢測(cè)，所截取的方鋼拉伸曲線如圖 4 所示，根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)得出：方鋼屈服強(qiáng)度約為 240 MPa，極限強(qiáng)度約為 325 MPa。

圖4 鋼筋拉伸曲線圖

該會(huì)議樓墻體磚、砌筑砂漿普遍存在粉化現(xiàn)象。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)：砂漿強(qiáng)度等級(jí)綜合評(píng)定為 1.3 MPa，磚強(qiáng)度等級(jí)綜合評(píng)定為 7.4 MPa。

2.6 木屋架傾斜檢測(cè)

該會(huì)議樓由北側(cè)輔樓、主樓及南側(cè)輔樓組成，其中南側(cè)、北側(cè)輔樓各設(shè) 3 榀木屋架，主樓共設(shè) 6 榀木屋架，抽取部分木屋架豎向桿件進(jìn)行木屋架傾斜檢測(cè)，最大傾斜為 29 mm。

2.7 構(gòu)造措施檢測(cè)

現(xiàn)場(chǎng)采用鋼筋探測(cè)儀對(duì)該會(huì)議樓圈梁、構(gòu)造柱等構(gòu)造措施進(jìn)行檢測(cè)，經(jīng)檢測(cè)：該會(huì)議樓外墻四角以及縱橫墻交接處未設(shè)置構(gòu)造柱，近屋檐墻體設(shè)置混凝土圈梁。

2.8 缺陷及損傷檢查

該會(huì)議樓個(gè)別木雀替存在松動(dòng)現(xiàn)象，所抽檢木屋架的多處上弦桿與上弦桿、斜腹桿、豎桿連接處有裂縫，鋼桿件、螺栓、鋼板表面均有銹蝕現(xiàn)象，輔樓木屋架與木檁條連接處檁托受潮較為嚴(yán)重，表面有明顯受潮痕跡。

該樓地面以上混凝土構(gòu)件鋼筋均有輕微銹蝕現(xiàn)象，混凝土碳化深度均大于鋼筋保護(hù)層厚度；地下室混凝土構(gòu)件鋼筋銹蝕情況嚴(yán)重，混凝土外觀質(zhì)量較差，表面存在多處石子外露，個(gè)別混凝土構(gòu)件表面混凝土剝落，鋼筋外露且銹脹，碳化深度遠(yuǎn)大于鋼筋保護(hù)層厚度；墻體表面存在風(fēng)化現(xiàn)象，砌筑砂漿存在明顯粉化現(xiàn)象，北側(cè)矮墻處有一處裂縫；木屋架有不同程度的開(kāi)裂現(xiàn)象，木望板表面存在輕微腐朽痕跡，近博風(fēng)板處存在明顯滲漏痕跡，該處木望板腐朽較為嚴(yán)重。木構(gòu)件中均未發(fā)現(xiàn)明顯蟲(chóng)蛀現(xiàn)象。

2.9 承載能力驗(yàn)算

根據(jù)實(shí)際檢測(cè)數(shù)據(jù)，利用 PKPM 建立計(jì)算模型，對(duì)該會(huì)議樓的墻體、混凝土梁板承載能力進(jìn)行驗(yàn)算。結(jié)構(gòu)布置、構(gòu)件截面尺寸等按照實(shí)際檢測(cè)數(shù)據(jù)取值，屋面恒載取值 2.0 kN/m2，不含自重，活載取 0.5 kN/m2；樓面恒載按實(shí)測(cè)取值，活載取 2.0 kN/m2?；炷翉?qiáng)度取 10.8 MPa，結(jié)合同一時(shí)期民國(guó)建筑的鋼筋強(qiáng)度值，鋼筋的抗拉強(qiáng)度取 220 MPa，磚強(qiáng)度取 7.4 MPa，砌筑砂漿強(qiáng)度取 1.3 MPa。經(jīng)過(guò)計(jì)算分析，部分墻體、混凝土梁板承載能力不滿足安全要求。

2.10 鑒定結(jié)論及建議

根據(jù)實(shí)際檢測(cè)數(shù)據(jù)，依據(jù) GB 50292－2015《民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》的有關(guān)規(guī)定［3］，南京某高校會(huì)議樓的主體結(jié)構(gòu)安全性評(píng)定為 Csu。

由于地基基礎(chǔ)已使用近百年，上部結(jié)構(gòu)無(wú)明顯不均勻沉降引起的損傷，因此無(wú)須加固基礎(chǔ)，建議置換“竹格柵+草灰+素混凝土”樓面板，對(duì)承載能力不滿足的混凝土構(gòu)件進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng)措施，對(duì)存在露筋、開(kāi)裂等損傷現(xiàn)象的結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行修復(fù)或加固處理。

3 結(jié)語(yǔ)

1）南京某高校會(huì)議樓建成已近百年，為了保證會(huì)議樓正常使用，對(duì)其進(jìn)行改造前的檢測(cè)鑒定。由于建造年代久遠(yuǎn)、建筑資料缺失，本文中仿古民國(guó)建筑的檢測(cè)工作首先從查清結(jié)構(gòu)體系，確保結(jié)構(gòu)傳力路徑明確，其次對(duì)截面尺寸、材料強(qiáng)度、鋼筋配置等進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)合實(shí)際檢測(cè)數(shù)據(jù)，建立模型，計(jì)算仿古民國(guó)建筑主體結(jié)構(gòu)承載能力，最后，綜合評(píng)定民國(guó)建筑安全性等級(jí)，并給出加固改造建議。

2）作為民國(guó)時(shí)期的首都，南京至今還保存很多民國(guó)建筑。隨著時(shí)間的推移，建筑物也逐漸暴露出各種問(wèn)題，為了更好地留存此類建筑物的風(fēng)貌，對(duì)民國(guó)建筑物進(jìn)行加固改造勢(shì)在必行。不僅需要考慮建筑物的安全性，抗震性、耐久性的檢測(cè)鑒定也應(yīng)深入進(jìn)行。Q