近現(xiàn)代歷史建筑結(jié)構(gòu)安全性評估
——以蕪湖內(nèi)思高級工業(yè)職業(yè)學(xué)校舊址為例*

張 輝

(安徽省文物考古研究所 合肥 230601)

中國近現(xiàn)代歷史建筑由于時代與技術(shù)局限,未做抗震設(shè)計,隨著時間推移,因其材料劣化,性能降低,結(jié)構(gòu)可靠性存在安全隱患。因此,對其進(jìn)行結(jié)構(gòu)安全性檢鑒定尤為必要。目前,已經(jīng)有通過計算模型、有限元、模糊層次等分析方法對磚木結(jié)構(gòu)建筑進(jìn)行鑒定并采取相應(yīng)加固措施。2014年國家文物局頒布了《近現(xiàn)代歷史建筑結(jié)構(gòu)安全性評估導(dǎo)則》(WWT 0048-2014)(以下簡稱《導(dǎo)則》),為近現(xiàn)代歷史建筑的保護(hù)提供了科學(xué)的指導(dǎo)。但由于多種原因,文保設(shè)計單位對《導(dǎo)則》運(yùn)用尚處起步階段。筆者以蕪湖內(nèi)思高級工業(yè)職業(yè)學(xué)校舊址——內(nèi)思樓為例,根據(jù)《導(dǎo)則》及現(xiàn)行建筑結(jié)構(gòu)安全性檢測相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對其進(jìn)行檢測評估,并針對存在的結(jié)構(gòu)安全隱患和評估結(jié)果提出保護(hù)建議。

1 工程建筑概述概況

近現(xiàn)代歷史建筑隨著時間推移,因其材料劣化,性能降低,結(jié)構(gòu)可靠性存在安全隱患。目前,已經(jīng)有通過計算模型、有限元、模糊層次等分析方法對磚木結(jié)構(gòu)建筑進(jìn)行鑒定并采取相應(yīng)加固措施。2014年國家文物局頒布《近現(xiàn)代歷史建筑結(jié)構(gòu)安全性評估導(dǎo)則》(WWT 0048-2014)(以下簡稱《導(dǎo)則》),為近現(xiàn)代歷史建筑保護(hù)提供了科學(xué)指導(dǎo)。筆者以蕪湖市一處近現(xiàn)代歷史建筑為例,依據(jù)《導(dǎo)則》,對第八批全國重點(diǎn)文物保護(hù)單位內(nèi)思高級工業(yè)職業(yè)學(xué)校舊址——內(nèi)思樓進(jìn)行安全性鑒定,該建筑位于蕪湖市鏡湖區(qū)吉和南路26號。1934年,由天主教蕪湖教區(qū)西班牙籍蒲蘆主教設(shè)計監(jiān)造,是中西建筑形式完美結(jié)合的實(shí)例之一。

1.1 建筑現(xiàn)狀結(jié)構(gòu)

內(nèi)思樓平面呈“日”字形。樓體以梁柱為骨架,以以磚墻承重為主,局部采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),樓面主要采用木格柵及混凝土現(xiàn)澆板;房屋未設(shè)置圈梁及構(gòu)造柱。所用木材均為西班牙進(jìn)口紅松,防蟲防蝕,使建筑更加堅固耐用?；A(chǔ)未探明,根據(jù)建筑上部結(jié)構(gòu),推測為條形基礎(chǔ)。

1.2 現(xiàn)狀調(diào)查

內(nèi)思樓結(jié)構(gòu)體系未變,整體性較好、節(jié)點(diǎn)與連接穩(wěn)固。但局部存在混凝土酥堿、露筋現(xiàn)象;外墻磚大量酥粉化,大面積水泥砂漿抹面;木屋架保存狀態(tài)較好,局部木構(gòu)件干縮開裂;屋面機(jī)瓦碎裂、滑移,局部滲水。

1.3 材料性能的檢測

(1)磚抗壓強(qiáng)度檢測。根據(jù)GB/T 50315-2011砌體工程現(xiàn)場檢測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和JC/T 796-2013回彈儀評定燒結(jié)普通磚強(qiáng)度等級的方法方法綜合評定測試范圍內(nèi)燒結(jié)普通轉(zhuǎn)的強(qiáng)度等級為MU7.5。

(2)砂漿抗壓強(qiáng)度檢測。參考JGJ/T 136-2017貫入法檢測砌筑砂漿強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程,采用貫入法抽樣測試墻體砌筑砂漿抗壓強(qiáng)度,強(qiáng)度測試值在1.0～2.1 MPa之間,計算時,砂漿強(qiáng)度參考取值為1.2 MPa。

(3)混凝土抗壓強(qiáng)度檢測?，F(xiàn)場使用ZBL-S260型回彈儀對混凝土構(gòu)件抽樣測試,按照J(rèn)GJ/T 23-2011回彈法檢測混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程,現(xiàn)場對混凝土構(gòu)件抽樣測試,進(jìn)行,抗壓強(qiáng)度推定值在17.1～28.6 MPa之間,按單構(gòu)件評定,房屋混凝土強(qiáng)度等級可評定為C15。

1.4 相對不均勻沉降測量

采用全站儀進(jìn)行測量,測量時以二層檐口線為相對水準(zhǔn)面,根據(jù)各測點(diǎn)之間的高差和距離計算其局部傾斜率,結(jié)果表明:房屋南北向檐口底部相對高差無明顯規(guī)律,南北向各測點(diǎn)相對水平差值在0.25‰～3.98‰之間,房屋東西向檐口底部相對高差無明顯規(guī)律,東西向各測點(diǎn)相對水平差值0.10‰～4.40‰之間。采用全站儀測量,以二層檐口線為相對水準(zhǔn)面,根據(jù)各測點(diǎn)間高差和距離計算器局部傾斜率。結(jié)果表明,建筑物檐口底部相對高差無明顯規(guī)律,東西向相對水平差值在0.01‰～4.40‰之間;南北向相對水平差值在0.25‰～3.98‰之間。

1.5 整體傾斜檢測

采用全站儀對房屋進(jìn)行傾斜測量,根據(jù)偏移量和高度來反映房屋傾斜情況。測量結(jié)果表明:房屋各測點(diǎn)南北向傾斜不一致,傾斜率在0.54‰～4.81‰之間;東西向傾斜不一致,傾斜率在0.59‰～3.83‰之間。傾斜測量結(jié)果表面,房屋個別測點(diǎn)傾斜率大于GB 50007-2011建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范中4‰限值,但未超過JGJ 125-2016危險房屋鑒定標(biāo)準(zhǔn)中20‰限值。采用全站儀測量,測量值顯示,房屋傾斜率在0.54‰～4.81‰之間。其結(jié)果表明:個別測點(diǎn)傾斜率大于GB50007-2011建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范中4‰限值,但未超過JGJ 125-2016危險房屋鑒定標(biāo)準(zhǔn)中20‰限值。

2 結(jié)構(gòu)安全性等級評估

2.1 地基基礎(chǔ)

(1)現(xiàn)場檢測表明,未發(fā)現(xiàn)由地基不均勻沉降引起的明顯可見裂縫及其他損傷。

(2)現(xiàn)場檢測表明,相對不均勻沉降0.10‰～4.40‰,傾斜率在0.54‰～4.81‰之間。滿足《導(dǎo)則》6.2.2一級評估條件。

(3)上部結(jié)構(gòu)砌體部分未出現(xiàn)寬度大于5 mm 的沉降裂縫,預(yù)制構(gòu)件之間的連接部位未出現(xiàn)寬度大于2mm 的沉降裂縫。滿足《導(dǎo)則》6.2.1一級評估條件。

依據(jù)《導(dǎo)則》5.2.2.1條,地基基礎(chǔ)安全性等級評為a級。

2.2 上部結(jié)構(gòu)構(gòu)件

2.2.1 磚砌體結(jié)構(gòu)

(1)外觀質(zhì)量。墻的受損主要為表面風(fēng)化酥堿,受損率小于6%;柱的受損率小于4%。滿足《導(dǎo)則》7.

3.2.1一級評估條件。

(2)材料強(qiáng)度。燒結(jié)普通轉(zhuǎn)的強(qiáng)度等級為MU7.5

(3)結(jié)構(gòu)構(gòu)件變形。側(cè)向彎曲矢高(mm)

(4)砌體構(gòu)件的裂縫。無明顯受力裂縫,僅局部存在由于磚體酥堿產(chǎn)生<3 mm 非貫穿壓力裂縫。滿足《導(dǎo)則》7.3.2.4一級評估條件。

(5)構(gòu)造。墻、柱的高厚比在6.2～17.4之間,滿足國家現(xiàn)行設(shè)計規(guī)范要求。連接及砌筑方式正確,主要構(gòu)造基本符合國家現(xiàn)行設(shè)計規(guī)范要求,工作無異常。滿足《導(dǎo)則》7.3.2.5一級評估條件。

2.2.2 混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件

(1)混凝土外觀質(zhì)量?；炷?013 年進(jìn)行了加固及缺陷修補(bǔ),除局部遺漏外,梁、板截面損失率<10%,墻、柱<5%。滿足《導(dǎo)則》7.1.2.1 一級評估條件。

(2)混凝土強(qiáng)度?；炷翉?qiáng)度推定值在17.1～28.6 MPa>C15,鋼筋年久銹蝕不滿足HPB235 強(qiáng)度。不滿足《導(dǎo)則》7.1.2.2一級評估條件。

(3)混凝土構(gòu)件變形。梁、板撓度

(4)混凝土構(gòu)件裂縫。梁、板為非預(yù)應(yīng)力混凝土,裂縫<0.3 cm。滿足《導(dǎo)則》7.1.2.4一級評估條件。

(5)混凝土構(gòu)件鋼筋銹脹。局部遺漏,不滿足梁、板鋼筋截面銹蝕率5%的要求。

(6)混凝土構(gòu)件構(gòu)造。連接(或節(jié)點(diǎn))構(gòu)造連接方式正確,主要構(gòu)造基本符合國家現(xiàn)行鑒定規(guī)范要求,工作無異常。滿足《導(dǎo)則》7.1.2.6一級評估條件。

2.2.3 木結(jié)構(gòu)構(gòu)件

(1)木結(jié)構(gòu)構(gòu)件外觀質(zhì)量。木結(jié)構(gòu)構(gòu)件局部腐朽、蛀蝕、缺陷,其有效面積受損率小于7.5%,滿足《導(dǎo)則》7.4.2.1一級評估條件。

(2)木結(jié)構(gòu)構(gòu)件變形。三角桁架保存狀態(tài)較好,變形

(3)木結(jié)構(gòu)構(gòu)件斜裂縫。木梁架保存較好,無明顯斜裂縫或斜紋理。滿足《導(dǎo)則》7.4.2.3 一級評估條件。

(4)木結(jié)構(gòu)構(gòu)件構(gòu)造。連接(或節(jié)點(diǎn))連接方式正確,主要構(gòu)造基本符合國家現(xiàn)行設(shè)計規(guī)范要求,通風(fēng)良好,工作無異常。屋架起拱值符合國家現(xiàn)行設(shè)計規(guī)范規(guī)定,但未發(fā)現(xiàn)有推力所造成的影響。滿足《導(dǎo)則》7.4.2.4一級評估條件。

2.3 結(jié)構(gòu)靜力承載力驗(yàn)算二級評估

2.3.1 結(jié)構(gòu)靜力承載力驗(yàn)算1材料強(qiáng)度與荷載取值

材料強(qiáng)度:房屋墻體燒結(jié)磚的強(qiáng)度等級取MU7.5,砌筑砂漿的強(qiáng)度參考取值為1.2 MPa,混凝土構(gòu)件的強(qiáng)度等級取C15?；撅L(fēng)壓:0.35 k N/m2;基本雪壓:0.60 k N/m2;地面粗糙度類別:C類。恒荷載:現(xiàn)澆板樓面:4.0 k N/m2;木格柵樓面:1.0 k N/m2;屋面:5.0 k N/m2或1.0 k N/m2;樓梯間:5.0k N/m2?；詈奢d:樓面:2.0 k N/m2(室內(nèi))樓面:2.5 k N/m2(走廊)、樓梯間:3.5 k N/m2;不上人屋面:0.5 k N/m2、上人屋面:2.0 k N/m2。

2.3.2 磚墻受壓承載力驗(yàn)算結(jié)果

房屋僅4層、5層墻體抗力/荷載效應(yīng)比分別為1.72、2.76,其他樓層墻體抗力/荷載效應(yīng)比均低于允許值1。綜合考慮現(xiàn)場實(shí)際情況及承載力驗(yàn)算結(jié)果,結(jié)合2013年墻體加固,認(rèn)為滿足承載力要求。

各層墻體高厚比基本滿足計算要求。

2.3.3 木屋架承載力分析

按照現(xiàn)行GB 50009-2012建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范,屋面恒荷載取值為1.0 k N/m2,活荷載取值為0.5 k N/m2。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查,木材主要采用杉木,木材強(qiáng)度按國家標(biāo)準(zhǔn)GB 50005-2017 木結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)中的TC11級值。綜合分析屋蓋空間穩(wěn)定性基本良好,木屋架基本滿足承載力要求,現(xiàn)處于正常工作狀態(tài)。

2.4 結(jié)構(gòu)安全性綜合評估

根據(jù)公式確定安全性不滿足要求構(gòu)件權(quán)重比Γ。

根據(jù)計算結(jié)果:0.05≥Γ>0,評定為b級。

2.5 建筑整體安全性等級評估

根據(jù)《導(dǎo)則》8.4.1規(guī)定,建筑整體安全性等級評估為C級。

3 建筑抗震性能評估

3.1 場地、地基和基礎(chǔ)

內(nèi)思樓抗震設(shè)防為6 度,根據(jù)GB 50023-2009建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)第4.1.1和第4.2.2條,6、7度時建造于對抗震有利地段建筑,可不進(jìn)行場地對建筑影響、地基和基礎(chǔ)的抗震鑒定。

3.2 房屋抗震構(gòu)造措施分析

該建筑主體結(jié)構(gòu)為混合結(jié)構(gòu),根據(jù)《建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》相關(guān)規(guī)定,按照丙類建筑、6度抗震設(shè)防、A 類砌體房屋、后續(xù)使用年限30年要求,進(jìn)行抗震措施分析。由于縱橫墻布置在平面內(nèi)閉合,縱橫墻相交處無可靠連接;墻體酥堿、粉化,局部混凝土剝落,鋼筋裸露、銹蝕。因此,抗震構(gòu)造措施不滿足相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.3 抗震承載力驗(yàn)算

采用中國建科院PKPM 軟件,結(jié)合現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù),對房屋進(jìn)行地震作用下的結(jié)構(gòu)承載力驗(yàn)算。結(jié)果表明,除5層外,其余各層墻體抗震承載力基本滿足計算要求。

綜上所述,根據(jù)《導(dǎo)則》所進(jìn)行的檢測與評估,內(nèi)思樓整體結(jié)構(gòu)安全性等級評估為C 級建筑整體安全性等級為C級。建議聘請具有相關(guān)文物保護(hù)資質(zhì)的加固施工單位對內(nèi)思樓外墻缺陷以及不滿足要求的構(gòu)件進(jìn)行加固處理;不得改變內(nèi)思樓的結(jié)構(gòu),用途和使用環(huán)境;在日常使用中,確保使用活荷載不超過設(shè)計荷載,定期對其進(jìn)行維修、保養(yǎng)和修繕。