空斗墻房屋抗震鑒定與加固措施探討

孫 波, 陳麗明, 鄭昊然

(浙江榮陽城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計有限公司, 浙江杭州 310023)

0 引言

空斗墻房屋主要分布于我國華東、中南地區(qū),作為一種承重結(jié)構(gòu)形式,常用于不超過3層的住宅、宿舍、辦公樓等。與實砌普通墻體相比,空斗墻具有節(jié)約磚用量、減輕結(jié)構(gòu)自重、隔聲隔熱性能好等優(yōu)勢,但同時也存在豎向承載力較低、整體性較差、墻體容易開裂等缺陷[1-2]。據(jù)調(diào)查統(tǒng)計,在江西、福建、浙江、湖北、湖南等地鄉(xiāng)鎮(zhèn)存在很多空斗墻房屋,且該部分房屋主要建于20世紀(jì)80～90年代,使用年限較長,結(jié)構(gòu)安全風(fēng)險很大。由于城市規(guī)劃、古城保護(hù)以及經(jīng)濟(jì)因素等原因,部分老舊空斗墻房屋不能全部拆除重建,對此部分空斗墻房屋進(jìn)行鑒定加固是一個比較緊迫的課題。本文以浙江省嵊州市崇仁鎮(zhèn)某衛(wèi)生院1#樓鑒定加固為例,對空斗墻房屋的抗震鑒定進(jìn)行分析討論,并提出合適的加固方案。

1 工程概況

浙江省嵊州市崇仁鎮(zhèn)衛(wèi)生院1#樓建于上實際八十年代,建筑面積1 330 m2,總建筑高度約11.6 m,寬度為12 m,高寬比為0.97,建筑外貌及標(biāo)準(zhǔn)層平橫墻承重體系,房間開間大部分為3.5 m,進(jìn)深為4.5 m。根據(jù)現(xiàn)場勘查情況,除樓梯間為實墻外,其余墻體均采用240 mm厚空斗墻,砌筑方式為三斗一眠。樓屋蓋均為預(yù)制混凝土空心板,構(gòu)造柱較少,圈梁尺寸未滿布且截面高度不滿足要求。按照業(yè)主后續(xù)使用要求,本工程擬改造為辦公樓。

2 抗震鑒定

現(xiàn)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)中,GB 50003-2011《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》[3]、GB 50011-2011《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》[4]等均未將空斗墻有關(guān)內(nèi)容列入規(guī)范中,GB 50023-209《建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》[5]中A類砌體房屋有部分關(guān)于空斗墻的規(guī)定。根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于A類砌體房屋抗震鑒定方法,對本工程進(jìn)行兩級鑒定。第一級鑒定以宏觀控制和構(gòu)造鑒定為主及逆行綜合評價,第二級鑒定以抗震驗算為主,結(jié)合構(gòu)造影響進(jìn)行綜合評價。

2.1 一級鑒定

本工程項目所在地抗震設(shè)防烈度為6度,設(shè)計基本地震加速度值為0.05g,設(shè)計地震分組為第一組,建筑使用功能為辦公樓,屬于丙類建筑。按GB 50023-2009《建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》檢測見表1。

表1 一級鑒定結(jié)果

根據(jù)以上鑒定結(jié)果,可以認(rèn)為該空斗墻房屋現(xiàn)有的房屋高度、結(jié)構(gòu)體系、整體性連接等不符合一級鑒定的要求,應(yīng)按照規(guī)定進(jìn)行二級鑒定。

2.2 二級鑒定

目前,現(xiàn)有規(guī)范關(guān)于空斗墻房屋的承載能力計算無相應(yīng)理論支持,大部分計算均是基于實驗結(jié)果的簡化計算。周立朋[6]提出,在建模過程中,將墻體抗壓強度和抗剪強度基于實砌墻體規(guī)范值進(jìn)行折減,同時將材料容重進(jìn)行調(diào)整計算。

王世雄等[7]認(rèn)為在進(jìn)行抗震強度驗算時,對于空斗墻建筑可以將墻體的厚度折減為實砌墻體的1/2進(jìn)行建模計算。以上2種計算方法是當(dāng)前最主要的計算模式,但很大程度是基于經(jīng)驗的判斷,都存在相應(yīng)的不足。結(jié)合周水平[8]的研究結(jié)果和GBJ3-88《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》[9]等要求,建議按以下方法進(jìn)行電算:

(1)砌體材料自重按砌筑方式進(jìn)行比例換算,采用三斗一眠砌筑時,墻體自重值約為14 kN/m3。

(2)墻體厚度按實際厚度240 mm輸入。

(3)根據(jù)GBJ3-88《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》中給出的一磚厚空斗砌體抗壓強度設(shè)計值(表2)和GB50003-2011《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》中燒結(jié)普通磚抗壓強度設(shè)計值(表3),首先按照現(xiàn)場實測的砌體強度和砂漿強度換算為空斗墻砌體的抗壓強度,再與現(xiàn)行規(guī)范砌體和砂漿強度進(jìn)行對照,轉(zhuǎn)換成實砌燒結(jié)磚墻計算。

表2 一磚厚空斗砌體抗壓強度設(shè)計值

表3 燒結(jié)普通磚抗壓強度設(shè)計值

采用上述方法可以用實砌墻體模擬空斗墻運算。圖1為1層墻體抗力與荷載效應(yīng)比值。經(jīng)計算分析可知,該房屋1層大部分墻體抗壓承載能力不足,2層局部墻體抗壓承載能力不足,且大部分墻體高厚比均不滿足要求。

圖1 1層墻體抗力與荷載效應(yīng)比

2.3 鑒定結(jié)論

綜合兩級鑒定的結(jié)果,初步判斷該房屋主要存在問題:

(1)房屋高度、抗震墻間距超限。

(2)1～2層墻體抗壓承載力不足。

(3)整體性連接措施不足,圈梁未拉通,構(gòu)造柱較少,預(yù)制樓板與墻體連接較弱。從鑒定結(jié)果來看,如果按照辦公樓使用,必須進(jìn)行加固,否則無法保證結(jié)構(gòu)安全。

3 加固措施

關(guān)于空斗墻房屋的加固措施,現(xiàn)有規(guī)范無明確規(guī)定。尚卿、錢華君等[10-11]通過試驗研究表明,采用鋼筋網(wǎng)面層加固空斗墻,可以顯著提高結(jié)構(gòu)的延性和抗震性能。湯偉民、田世民等[12-13]研究認(rèn)為,采用外加構(gòu)造柱和圈梁可以有效地提高結(jié)構(gòu)的抗震承載力。結(jié)合抗震鑒定結(jié)論,本項目工程加固以提高墻體抗壓承載力,增強整體性連接為主。

3.1 主要加固措施

3.1.1 增設(shè)構(gòu)造柱

在外墻四角、內(nèi)外墻交接處、內(nèi)縱墻與外墻交接處、樓梯間四角等位置設(shè)置構(gòu)造柱,由底至頂通高設(shè)置,具體位置見圖2,構(gòu)造柱截面300 mm×200 mm,與內(nèi)墻連接做法見圖3。

圖2 構(gòu)造柱、圈梁和拉桿布置

圖3 內(nèi)外墻交接處構(gòu)造柱做法(單位:mm)

3.1.2 增設(shè)外圈梁和內(nèi)墻拉桿

沿每層樓屋蓋設(shè)置外圈梁(圖4),截面尺寸為200 mm×240 mm。內(nèi)墻圈梁采用鋼拉桿代替(圖5),沿每個開間橫墻和內(nèi)縱墻兩側(cè)布置,鋼拉桿規(guī)格為2φ16 mm。

圖4 圈梁與外墻連接(單位:mm)

圖5 鋼拉桿與縱橫墻連接做法(單位:mm)

3.1.3 采用雙面砂漿加固墻體

雙面鋼筋網(wǎng)砂漿加固墻體是當(dāng)前解決砌體承載力偏低、穩(wěn)定性較差等問題的有效方式。本項目縱橫墻全屋高度采用雙面鋼筋網(wǎng)砂漿加固(圖6),縱向受力鋼筋直徑為φ8@200 mm,水平分布筋為φ6@200 mm,鋼筋網(wǎng)通過穿墻的S形筋進(jìn)行拉結(jié),拉結(jié)鋼筋呈梅花狀布置,水平和豎向間距均為400 mm。

圖6 雙面砂漿加固墻體做法

3.1.4 加固預(yù)制樓板

預(yù)制樓板孔洞較多,承載能力低,整體性較差,不符合抗震要求。為加強樓蓋整體性連接,在預(yù)制樓板面層增加一道混凝土現(xiàn)澆疊合層,厚度為50 mm,配筋為φ10@150 mm,雙向通長布置(圖7)。

圖7 預(yù)制樓板混凝土疊合層做法

以上是本工程加固的主要措施,作為空斗墻結(jié)構(gòu)加固,與常規(guī)砌體加固不同的是:一是作為加強連接用的混凝土鍵規(guī)格盡可能與磚的模數(shù)一致,寬度同墻厚;二是所有錨筋及穿墻鋼筋宜通過灰縫穿過,不宜在磚墻上開孔,特別是斗磚不宜直接開孔。

3.2 加固效果評估

按照以上加固措施,對該空斗墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模運算,圖8為加固后1層墻體抗力與荷載效應(yīng)比結(jié)果。從電算結(jié)果看,加固后墻體抗壓承載力大幅提高,基本滿足使用需求。實踐證明本次加固措施比較可行,基本達(dá)到預(yù)期目的。

圖8 加固后1層墻體抗力與荷載效應(yīng)比結(jié)果

4 結(jié)束語

(1)按照現(xiàn)行的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn),空斗墻房屋的抗震鑒定僅能參照GB 50023-2009《建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》A類砌體房屋和GBJ3-88《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》實施。電算結(jié)果顯示,該計算模型是比較可靠的,可以為后續(xù)的加固計算提供依據(jù)。

(2)空斗墻房屋的加固以構(gòu)造措施為主。本文結(jié)合工程實例,提出采用增加圈梁、構(gòu)造柱和雙面砂漿抹灰等多措施結(jié)合進(jìn)行加固,較好地解決空斗墻房屋整體性較差、承載能力不足的缺點。

(3)空斗墻房屋加固與常規(guī)砌體加固有所區(qū)別,在構(gòu)造連接上應(yīng)加強對原墻體保護(hù),不得在空斗墻直接穿孔開洞。