上海沈义生住宅的检测鉴定与加固

上海沈义生住宅的检测鉴定与加固

张德军1，李大华1，黄苏2

(1.安徽建筑大学 土木工程学院，安徽 合肥230601；2.华东建筑设计研究院有限公司，上海200438)

摘要：沈宅建于19世纪60年代，是旧上海董家渡地区码头贸易的见证，是具有保存价值的优秀历史建筑。该建筑为砖木结构，文章介绍了加固前结构检测方法和结果，并用MADIS软件对该建筑进行验算，提出了修缮加固的处理方案，以期对砖木结构古建筑的检测鉴定与加固工作有所帮助。

关键词：优秀历史建筑；检测鉴定；加固；砖木结构

收稿日期：2014-11-02

基金项目：2012年安徽高校省级自然科学研究项目(KJ2012Z048)

作者简介：张德军(1989-),男,硕士生,主要研究方向为工程结构的现代施工技术。

中图分类号：TU476.3；TU-87

Appraisal and Strengthening of Shen Yisheng house in Shanghai

ZHANG De-Jun1,LI Da-hua1,HUANG Su2

(1.School of Civil engineering, Anhui Jianzhu University, Anhui Hefei ,230601;

2East China Architectural Design Institute Corporation, Shanghai, 200438)

Abstract:As one of the outstanding historical buildings, Shen Zhai built in1860s, is a witness of the port trade of Dong Jiadu district in Shanghai, and has the preserved value. Shen Zhai -the brick and wood structure building was researched from three aspects. The testing methods and results of the un-reinforcement structure were introduced and checked computations to Shen-zhai building with MADIS, and putting forward the plan of repairing and reinforcing. A result is helpful to the detection and identification of the ancient brick and wood structure buildings for the reinforcement of building.

Key words:outstanding historical building, Appraisal, Strengthening, brick and wood structure

0引言

历史建筑作为一座城市不同时期发展的见证,体现了我们的传统文明也承载着它建造年代的政治,经济,文化等诸多历史信息。它们是祖先留给我们的宝贵财富,具有重要的历史文化价值,我们有责任将其完整地传给我们的子孙后代,使城市的历史延绵不绝,城市的文化得以继承和发展。这些具有鲜明时代特征的历史建筑大多已经有近百年的历史,长期的风吹日晒,气蚀雨淋,以及一系列人为因素,使得这些建筑存在一些老化失修严重、抗震性能相对较差和不同程度上受到损伤的问题,有的甚至对结构安全构成隐患[1]。

世界范围的历史建筑的保护从19世纪后半叶由西欧一些国家开始的[1]。在1964年的《威尼斯宪章》通过后的几十年里,世界各国对历史建筑的认识在不断进步和发展。在我国,经过建国以来的经济大发展和城市建筑大发展,出现了一系列城市发展和历史建筑保护不协调的问题,特别在上海,许多历史建筑既是近代中国传统建筑的代表也曾深受西式建筑影响,为实现城市发展与保护的统一,历史建筑的改造加固迫在眉睫[2]。本文介绍上海沈义生住宅的综合检测评定,并提出修缮加固方案。

1工程概况

清咸丰十年(19世纪60年代),福建来沪沙船业巨商沈义生,于现在黄浦区花衣街108-120号位置建造了沈氏住宅。沈宅东西向建筑外轮廓线为27.76m,南北向建筑外轮廓线为25.09m,总建筑面积为1250m2。第一、二进范围房屋建筑为一正两厢格局,第三进为座楼。第四进E型布局如图1，2。整个沈宅建筑周边的外立面采用黄砂水泥砂浆抹面,为全面了解这两幢房屋的建筑结构现状,损坏情况、结构性能以及恢复建立基本的房屋图纸档案等,对其进行材料强度,构件损伤情况等各方面检测鉴定。

2结构检测鉴定

2.1砂浆强度检测

沈宅的砌墙砂浆为混合砂浆。根据国家行业标准《贯入法检测砌筑砂浆强度技术规程》(JGJ/T 136-2001),利用SJY800B型贯入式砂浆强度检测仪,并根据现场条件,测试了现场8处砖墙砂浆的强度[3]。随机抽取了几段墙段砂浆强度,强度值都在在0.9～2.0MPa之间(如表1)。

表1　贯入法检测砌筑砂浆强度结果表

根据《贯入法检测砌筑砂浆抗压强度技术规程》(JGJ/T 136-2001)中的公式(5.0.4-2)计算本房屋的砂浆强度:

根据公式(5.0.4-3)计算砂浆强度变异系数:

砂浆强度推定值计算:

所以砂浆强度推定值为min(1.2MPa,1.38MPa)=1.2MPa。

2.2砖强度检测

沈宅的墙砖敲掉一部分粉刷层保护层看出砖为青色粘土砖。本次采用回弹法检测砖的强度,现场采取ZC4型砖回弹仪测试8处承重墙砖的强度[4]。由此得出承重砖墙砌体的砖块的检测结果,强度等级为MU5.0。

2.3木材检测

经现场勘察,沈宅主体结构木构件树种为杉木和美松,其中大部分为杉木[5]。由于切取木材试样对房屋结构损伤较大,本次对房屋内的木材材质、外观、使用现状、使用年限等情况进行综合分析推定后,木构件强度设计值和弹性模量折减系数ψ 均按针叶树种木材TC13-B乘以折减系数0.8取值。

2.4房屋沉降与倾斜检测

根据沈宅目前具备的有效基准点和相对参照物等可观测条件,现场选择对房屋的倾斜情况进行了观测[6]。现场采用J2经纬仪对房屋外墙转角位置进行垂直投影测量,选定房屋观测点测量其相对应于地面层底部的偏移量。房屋设置4个观测点。根据观测结果,可看出房屋西北转角位置的观测点倾斜率最大。最大倾斜率约为8.1‰,朝西偏北方向倾斜;最小倾斜率约为1.0‰,朝南方向倾斜。 倾斜率大于4‰的不满足现行设计规范要求。现场还对该建筑物室内地坪相对高差进行测量,测量数据表明,房屋底层室内地坪相对高差规律不明显,与房屋历经多次装修有关。

2.5结构损伤情况调查

房屋第三进走廊混凝土栏杆、铸铁栏板及挂落大部分已经损坏;6～7×C～D轴线区域二层楼面部分木搁栅已经损坏,现已采用型钢进行替换,并增加一部钢楼梯;部分窗台有不同程度的裂缝;底层室内地坪局部区域发现有裂缝;少许楼面的木结构有不同程度的磨损现象;屋面有渗漏。

2.6基础检查

现场观察到基础与柱子抵承情况良好,没有发现基础和柱子发生明显的错位现象[7]。部分墙体出现细微的竖向裂缝,初步判断原因为基础不均匀沉降,由于周边建筑阻挡,没有进行基础相对高差检测,待以后条件允许时进行补充调查检测。

3结构验算

3.1荷载取值、材料强度及其它技术条件如下:

本次结构验算是根据房屋现有结构的实际状况,按《建筑抗震设计规范》(GB5011-2001)、《砌体结构设计规范》(GB50003-2001)等现行规范标准要求,对沈宅的砖墙结构承载力进行计算复核[8-9]。本次结构验算楼(屋)面恒荷载的取值是根据楼板厚度、建筑构造做法等实际状况予以确定;活荷载的取值按房屋功能需求,现行规范标准《建筑结构荷载规范》(GB50009-2012)予以确定[10]。

沈宅主体为砖木结构,承重结构为砖墙结构,楼盖及屋盖为木结构;木楼盖恒载包括木格栅(梁)和吊顶荷载;木楼盖部分总计0.65kN/m2。混凝土楼盖部分总计3.5kN/m2;木屋盖折算荷载:1.332kN/m2;各层楼面活荷载标准值取为2.0kN/m2;不上人屋面活荷载标准值取为0.5kN/m2,坡屋面区域则根据屋面坡度进行平面投影换算;风荷载为0.55kN/m2;抗震设防烈度:七度,地震加速度值为:0.10g。

3.2屋架计算结果

软件采用MIDAS有限元分析和设计软件对其进行建模并计算。建模时的基本假定为:木屋架构件、木柱与木梁、木柱与木枋的连接节点为铰接点。计算分析模型的分析图和结果如图3-图10所示:

软件模拟结果表明,在屋面局部荷载作用下,不考虑构件的损伤情况,沈宅、陆宅房屋的典型屋架承载力满足要求。

3.3墙肢复核结果

复核沈宅房屋的各楼层墙体的高厚比验算能满足要求;房屋中有一部分墙肢的承载力不足,下表中【 】数据所对应的墙肢不满足现行设计规范的要求。经整理的沈宅有关砖墙结构承载力验算结果如表3，墙肢编号如图11:

表3　沈宅砖墙竖向受压强度和抗震抗剪

图11沈宅墙肢编号示意图

4相应的加固措施与建议

(1)对房屋西北角沉降较大的墙体下面的砖基础下面的土体中埋置土工合成材料,金属板条等形成加筋土垫层,对砖基础采用加砌一圈宽砖,或者在基础截面外侧包一层钢筋混凝土以增大基础截面积,增大压力扩散角,提高地基承载力,减少沉降[11]。

(2)对于酥碎的墙基础,把损坏的墙基剔除,换新砖替代。

(3)对于开裂的墙体:对表面只有小的麻面或掉皮的墙,用抹纯水泥浆的方法抹平即可,抹水泥浆前用钢丝刷刷去混凝土表面的浮渣,并用清水冲洗;对较宽大的裂缝(宽度大于0.5mm)用环氧树脂,环氧砂浆等填缝材料用填补,填充前将沿缝凿成V型槽。对裂缝宽度大于3mm,深度较深的裂缝用压力法将封缝浆液注入裂缝深处。

(4)对于倾斜率大于4‰的外墙,在倾斜处外侧紧贴墙体增设砖柱,以增大墙体的截面面积,增加墙体的稳定性。

(5)对于木屋架杆件的局部损坏或者承载力不足处采用钢箍加固并验算其强度[12]。

(6)对木结构表面用本色清漆涂刷,并加以必要的木材防腐措施,从而减少构件的裂缝的产生。

(7)严格控制楼面上荷载的大小,严禁私改房屋格局。

5结束语

目前,国内有许多年代久远的砖木结构房屋保存下来,它们或改造成宿舍或改造成办房,或仍由原先房主的后代继续居住,如果不采取必要的加固和保护措施,将不仅无法发挥它们本来的使用功能,而且还增加其危险性,给居住在里面的人员带来安全隐患。为拯救这些历史文物,应对这些砖木结构的房屋加以鉴定和修缮,由于历史资料和主观认识上的局限,因此修缮工作以不直接损害历史建筑本身为前提,可满足日后必需时的拆除复原,以便今后更科学和更完整地修缮。尽量选择可逆技术与可再处理的施工措施,避免对历史建筑造成不可逆的干预。

参考文献

1沈吉云,王志浩.历史建筑加固与修缮中对历史文化价值的保护[J].建筑结构,2007,37(增):9-12.

2张鑫,刘涛,董华.济南历史建筑平移保护与加固改造[J].工业建筑,2010,40(增):923-925.

3JGJ/T 136-2001贯入法检测砌筑砂浆抗压强度技术规程[S].

4JC/T796-1999 回弹法评定烧结普通砖强度等级的方法[S].

5GB50005-2003 木结构设计规范[S].

6JGJ/T8-2007 建筑变形测量规程[S].

7DBJ08-11-2010 上海市地基基础设计规范[S].

8GB5011-2001 建筑抗震设计规范[S].

9GB50003-2001 砌体结构设计规范[S].

10GB50009-2012 建筑结构荷载规范[S].

11叶书麟.地基处理工程实例应用手册[M].北京:建筑工业出版社,2002:483-485.

12GB50165-92,古建筑木结构维护与加固技术规范[S].