既有房屋鑒定中空斗墻承載力等效驗(yàn)算分析

王慶楊（南京安廈房屋安全鑒定檢測鑒定事務(wù)所有限公司，江蘇 南京 210029）

0 引 言

空斗墻由于其自身優(yōu)點(diǎn)和歷史原因在我國依然具有一定保有量，我國砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范關(guān)于空斗墻驗(yàn)算相關(guān)規(guī)定，最新版本為GBJ 3—88《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》，從GB 50003—2001《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》起取消空斗墻結(jié)構(gòu)的應(yīng)用。目前此類結(jié)構(gòu)的相關(guān)安全鑒定、危房鑒定等工作中依然需要對其結(jié)構(gòu)承載力進(jìn)行復(fù)核驗(yàn)算，且需基于現(xiàn)場實(shí)際砂漿和磚強(qiáng)度檢測結(jié)果。目前各類結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件均沒有相應(yīng)模塊和參數(shù)，工程技術(shù)人員往往需要手動校核，給鑒定工作帶來諸多不便。

根據(jù)對砌體結(jié)構(gòu)相關(guān)規(guī)范、手冊和論文的研究，基于大量實(shí)踐工作，提出利用結(jié)構(gòu)分析軟件“盈建科”對既有空斗墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行直接等效驗(yàn)算的方法。此方法基于現(xiàn)場實(shí)際砂漿和磚強(qiáng)度檢測結(jié)果，通過簡單換算直接在計(jì)算軟件中實(shí)現(xiàn)驗(yàn)算結(jié)果，無須手動校核，為空斗墻結(jié)構(gòu)的相關(guān)鑒定工作提供便利。

1 砌體結(jié)構(gòu)軸心抗壓強(qiáng)度

1.1 普通燒結(jié)磚實(shí)砌墻體軸心抗壓強(qiáng)度

根據(jù)GB 50003—2011《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》和《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊（第四版）》[1]可得到砌體軸心抗壓強(qiáng)度平均值、標(biāo)準(zhǔn)值和設(shè)計(jì)值：

式中：fm——砌體軸心抗壓強(qiáng)度平均值；

f1——磚強(qiáng)度等級值；

f2——砂漿抗壓強(qiáng)度平均值；

α、k1、k2——計(jì)算參數(shù)。

對燒結(jié)普通磚，α＝0.5，k1＝0.78，當(dāng)f2＜1時，k2＝0.6＋0.4f2；當(dāng)f2≥1時，k2＝1.0。

式中：fk——砌體軸心抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值；

σ——標(biāo)準(zhǔn)差；

δf——變異系數(shù)。

對燒結(jié)普通磚，根據(jù)GB 55007—2021《砌體結(jié)構(gòu)通用規(guī)范》，δf取0.17。

式中：f——砌體軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；

γf——材料強(qiáng)度分項(xiàng)系數(shù)。

根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范，對于施工質(zhì)量等級為B級的普通燒結(jié)磚，γf取1.6。

1.2 空斗墻體軸心抗壓強(qiáng)度

根據(jù)GBJ 3—88《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》和《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊（第二版）》[2]，得到一磚厚空斗墻軸心抗壓強(qiáng)度平均值、標(biāo)準(zhǔn)值和設(shè)計(jì)值：

式中：fm——空斗墻軸心抗壓強(qiáng)度平均值；

f1——磚強(qiáng)度等級值；

f2——砂漿抗壓強(qiáng)度平均值；

α、k1、k2——計(jì)算參數(shù)。

α＝1.0，k1＝0.13，當(dāng)f2≠0時，k2＝1；當(dāng)f2＝0時，k2＝0.8。

從GBJ 3—88《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》起，我國規(guī)范對砌體設(shè)計(jì)開始采用以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)，材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值具有不低于95%保證率的，同樣對空斗墻有：

式中：σ——空斗墻抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差；

δf——空斗墻砌體變異系數(shù)。

根據(jù)GBJ 3—88《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》和《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊（第二版）》，對一般砌體變異系數(shù)δf取0.17。

式中：f——空斗墻軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；

γf——材料強(qiáng)度分項(xiàng)系數(shù)。

此分項(xiàng)系數(shù)的取值需根據(jù)既有房屋的鑒定類別、房屋后續(xù)工作年限、鑒定依據(jù)等確定。若按照不低于原設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)且按照原設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為GBJ 3—88《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》，當(dāng)施工質(zhì)量等級為B級時，材料強(qiáng)度分項(xiàng)系數(shù)γf取1.5。

若按照現(xiàn)行設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)或按照GB 50003—2001《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》進(jìn)行鑒定復(fù)核，當(dāng)施工質(zhì)量等級為B級時，材料強(qiáng)度分項(xiàng)系數(shù)γf取1.6。

1.3 砌體結(jié)構(gòu)驗(yàn)算實(shí)測材料強(qiáng)度取值

砌體結(jié)構(gòu)承載力驗(yàn)算時，應(yīng)當(dāng)取材料強(qiáng)度實(shí)測值，可根據(jù)GB/T 50315—2011《砌體工程現(xiàn)場檢測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》、JGJ/T 136—2017《貫入法檢測砌筑砂漿抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，利用直接和間接的檢測方法獲得既有建筑實(shí)際砂漿和磚強(qiáng)度的實(shí)際強(qiáng)度。

對于燒結(jié)磚的抗壓強(qiáng)度，當(dāng)采用回彈法檢測時，GB/T 50315—2011《砌體工程現(xiàn)場檢測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》的15.0.9條根據(jù)實(shí)測抗壓強(qiáng)度平均值、最小值和變異系數(shù)進(jìn)行強(qiáng)度等級推定。此推定要求現(xiàn)場檢測單元不低于10個測區(qū)，每個測區(qū)抽取不少于10塊條磚。對于建筑面積不大的檢測單元，現(xiàn)場檢測條件往往難以滿足上述檢測數(shù)量要求；同時此推定是依據(jù)GB/T 5101—2003《燒結(jié)普通磚》（已廢止）對于燒結(jié)磚的強(qiáng)度評定要求，目前現(xiàn)行GB/T 5101—2017《燒結(jié)普通磚》對于燒結(jié)磚的強(qiáng)度評定要求有所提高，抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值接收系數(shù)由1.80調(diào)整為1.83，且取消變異系數(shù)＞0.21時按強(qiáng)度最小值的評定方法。從安全角度考慮，在現(xiàn)場檢測數(shù)量難以達(dá)到規(guī)范要求，或者檢測數(shù)量達(dá)到規(guī)范要求，但變異系數(shù)＞0.21時，筆者建議直接取磚抗壓強(qiáng)度最小值作為墻體的強(qiáng)度等級進(jìn)行驗(yàn)算，不再以平均值作為驗(yàn)算依據(jù)。

對于砌筑砂漿的抗壓強(qiáng)度，可依據(jù)GB/T 50315—2011《砌體工程現(xiàn)場檢測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》的15.0.5條，結(jié)合測區(qū)數(shù)量、實(shí)測強(qiáng)度進(jìn)行取值。

2 空斗墻結(jié)構(gòu)等效換算

GB 50003—2011《砌體工程現(xiàn)場檢測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》和GBJ 3—88《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》均采用以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法，由現(xiàn)場實(shí)測的砂漿和磚材料強(qiáng)度可以得到砌體的抗壓強(qiáng)度平均值，材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值均具有不低于95%保證率，考慮變異系數(shù)可得到抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，根據(jù)施工質(zhì)量規(guī)范的抗力分項(xiàng)系數(shù)得到強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。通過強(qiáng)度等效原則，對于現(xiàn)場實(shí)測空斗墻的砂漿和磚強(qiáng)度均可以用一組實(shí)砌燒結(jié)普通磚的砂漿和磚強(qiáng)度去等效驗(yàn)算。

在計(jì)算砌體結(jié)構(gòu)軸心受壓和偏心受壓強(qiáng)度時，砌體的穩(wěn)定系數(shù)與砂漿材料強(qiáng)度直接相關(guān)。根據(jù)GB 50003—2011《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》附錄D，對于高厚比β＞3的砌體，計(jì)算方法如式（12）：

式中：φ0——軸心受壓穩(wěn)定系數(shù)；

α——與砂漿強(qiáng)度等級有關(guān)的系數(shù)。

當(dāng)砂漿強(qiáng)度f2≥5.0 MPa時，α＝0.001 5；當(dāng)砂漿強(qiáng)度f2＝2.5 MPa時，α＝0.002；當(dāng)砂漿強(qiáng)度f2＝0時，α＝0.009。

根據(jù)GBJ 3—88《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》，當(dāng)砂漿強(qiáng)度f2＝1.0 MPa時，α＝0.003；當(dāng)砂漿強(qiáng)度f2＝0.4 MPa時，α＝0.004 5。

對于砂漿強(qiáng)度位于以上數(shù)值范圍時，規(guī)范未給出相應(yīng)說明，筆者建議偏安全采用“就小原則”取值，例如現(xiàn)場實(shí)測砂漿強(qiáng)度為1.5 MPa時，就小按f2＝1.0 MPa時，取α＝0.003;當(dāng)現(xiàn)場實(shí)測砂漿強(qiáng)度為3.4 MPa時，就小按f2＝2.5 MPa時，取α＝0.002。

由此可知，等效替換處理時砂漿強(qiáng)度直接影響后續(xù)墻體的承載能力，因此需采用“砂漿不變，磚調(diào)整”的原則，通過調(diào)整磚強(qiáng)度來獲得空斗墻的實(shí)際承載能力。詳細(xì)等效驗(yàn)算流程如圖1所示。

圖1 空斗墻等效驗(yàn)算流程示意圖

3 盈建科驗(yàn)算案例

目前砌體結(jié)構(gòu)分析軟件應(yīng)用較廣泛的為PKPM和盈建科，在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)盈建科砌體計(jì)算模塊關(guān)于砌體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的處理計(jì)算與GB 5003—2011《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》相一致，對于任意的砂漿和磚材料強(qiáng)度均能得到與GB 5003—2011《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》附錄D相符的結(jié)果。PMPM是基于GB 5003—2011《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》第3.2節(jié)相關(guān)表格進(jìn)行處理，對于表格中無直接對應(yīng)的材料強(qiáng)度等級則采用插值方法計(jì)算，該方法對于強(qiáng)度等級不太低的砌體結(jié)構(gòu)的驗(yàn)算結(jié)果與規(guī)范不會有明顯差別，當(dāng)材料強(qiáng)度等級較低時與規(guī)范有一定偏差。

現(xiàn)以一個3層空斗房屋為例利用設(shè)計(jì)軟件盈建科進(jìn)行等效驗(yàn)算。某3層空斗房屋是建于20世紀(jì)80年代的空斗墻承重辦公用房，房屋結(jié)構(gòu)平面示意圖如圖2所示。

圖2 某辦公樓結(jié)構(gòu)平面示意圖

現(xiàn)場采用砂漿貫入法得到測區(qū)砌筑砂漿強(qiáng)度推定值為1.6 MPa，采用磚回彈法得到測區(qū)燒結(jié)磚強(qiáng)度最小值為7.8 MPa，由于測區(qū)數(shù)量不足，按測區(qū)磚抗壓強(qiáng)度最小值作為磚強(qiáng)度等級進(jìn)行驗(yàn)算，得到空斗墻軸心抗壓強(qiáng)度：

f1＝7.8 MPa，f2＝1.6 MPa，fm＝k1f1α(1+0.07f2)k2＝1.13 MPa，f＝0.48fm＝0.54 MPa。

根據(jù)“砂漿不變，磚調(diào)整”的原則，經(jīng)計(jì)算對于燒結(jié)普通磚實(shí)砌墻體，當(dāng)磚強(qiáng)度f1取1.9 MPa，砂漿強(qiáng)度f2取1.6 MPa時，燒結(jié)普通磚實(shí)砌墻的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值f＝0.54 MPa，與空斗墻相同。在砂漿強(qiáng)度f2為1.6 MPa時，按“就小原則”取砂漿強(qiáng)度有關(guān)系數(shù)α＝0.003，在高厚比β＝12.5時，經(jīng)計(jì)算軸心受壓穩(wěn)定系數(shù)φ0＝0.68。

在盈建科砌體結(jié)構(gòu)模塊建立驗(yàn)算模型，磚強(qiáng)度f1取1.9 MPa，砂漿強(qiáng)度f2取1.6 MPa，得到房屋一層空斗墻受壓驗(yàn)算結(jié)果如圖3所示。選取一片墻體查看詳細(xì)驗(yàn)算信息如圖4所示，可見墻體強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為0.54 MPa，軸心受壓穩(wěn)定系數(shù)φ0＝0.68，與手動計(jì)算結(jié)果一致。

圖3 一層空斗墻受壓驗(yàn)算結(jié)果

圖4 單片空斗墻驗(yàn)算信息

4 結(jié) 語

空斗墻對于現(xiàn)場檢測得到的砂漿強(qiáng)度和磚強(qiáng)度均可通過一組燒結(jié)普通磚實(shí)砌墻的砂漿和磚進(jìn)行等效驗(yàn)算，驗(yàn)算中采用“砂漿不變，磚調(diào)整”原則可獲得與GBJ 3—88《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》和GB 50011—2011《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》相一致的驗(yàn)算結(jié)果。此方法在盈建科設(shè)計(jì)軟件中可直接實(shí)現(xiàn)空斗墻的驗(yàn)算結(jié)果，不需再調(diào)整。

在對現(xiàn)場實(shí)際磚的材料強(qiáng)度取值中，建議在檢測數(shù)量不足時或者檢測數(shù)量雖然滿足規(guī)范要求，但變異系數(shù)＞0.21的情況下直接用磚強(qiáng)度實(shí)測最小值進(jìn)行驗(yàn)算。在墻體軸心受壓穩(wěn)定系數(shù)驗(yàn)算中對于與砂漿強(qiáng)度有關(guān)系數(shù)α的取值建議采用“就小原則”以獲得偏安全的結(jié)果。

GBJ 3—88《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》對于空斗墻的計(jì)算是在滿足相應(yīng)施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范基礎(chǔ)上的驗(yàn)算，而現(xiàn)實(shí)中尤其在農(nóng)村自建房中存在各式各樣的空斗墻，比如一眠三斗、兩眠三斗，甚至全斗墻等[3]，不同施工水平、不同類型的空斗墻實(shí)際承載能力有差異，鑒定人員應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況對基于規(guī)范的驗(yàn)算結(jié)果進(jìn)行使用。