苏式历史风貌建筑抗震鉴定与加固技术研究

2017-10-13王一中宋建学汤义鹏

河南城建学院学报 2017年4期

关键词：历史风貌圈梁楼层

王一中，宋建学，汤义鹏

(郑州大学土木工程学院，河南郑州 450001)

苏式历史风貌建筑抗震鉴定与加固技术研究

王一中，宋建学，汤义鹏

(郑州大学土木工程学院，河南郑州 450001)

选择苏联援华时期典型历史风貌建筑进行抗震鉴定与加固。通过抗震鉴定与验算发现：从平面上看，工程各层纵横内墙交界处抗震能力最弱，两端横向外墙的抗震能力次之，工程阴角、阳角处墙体抗震性能普遍薄弱；从竖向看，工程顶层内纵墙的抗震性能最好，一二层交界处、梁上部新增内墙部位抗震能力最弱。抗震加固计算表明：仅增设圈梁、构造柱仍不能满足抗震要求，还需要对内、外墙采用钢筋网片粉刷细石混凝土面层加强措施。

土木建筑结构；抗震性能；鉴定加固；历史风貌建筑

Abstract：Seismic identification and reinforcement of earthquake resistance appraisal and reinforcement for the typical Soviet-style historical buildings during the period of close relationship between China and Soviet Union. Through the seismic evaluation and checking, it is found that from the plane, the seismic capability of the horizontal wall at the junction of each layer is weakest, followed by outer lateral walls at both ends, and the walls at internal corners and external corners generally have a poor seismic performance; From the vertical view, the seismic capacity of the borders between the 1st floor and the 2nd floor and the newly added inner walls at the top of beams are the weakest, while the inner longitudinal walls at the top floor have a best seismic performance. The seismic reinforcement design shows that only adding the ring beam and the structural column cannot meet the seismic requirements, but also the reinforcement measures for the internal and external walls using the steel mesh to whitewash the fine stone concrete surface.Keywords：civil engineering architecture; seismic performance; identification and reinforcement; historic buildings

历史风貌建筑包含[1]：建成50 a以上，在建筑样式、结构、施工工艺和工程技术等方面具有建筑艺术特色和科学价值；反映一个区域历史文化和民俗传统，具有时代特色和地域特色；具有异国建筑风格特点；著名建筑师的代表作品；在革命发展史上具有特殊纪念意义；在产业发展史上具有代表性的作坊、商铺、厂房和仓库等；名人故居及其他具有特殊历史意义的建筑。

历史风貌建筑一般为砌体结构[2]。由于结构材料强度偏低、整体性差且通常没有考虑地震作用影响等，特别是随着时间推移，这类建筑往往存在腐蚀、不均匀沉降、裂缝等病害，有的已成为危险房屋[3]。对这类建筑进行鉴定、加固具有社会意义和工程价值。本文通过洛阳市苏联援华时期某风貌建筑的抗震鉴定与加固实例，介绍相关工作及成果。

1 抗震鉴定

1.1工程实例

某苏联援华时期历史风貌建筑位于洛阳市涧西区，3层砖混结构，砖砌条形基础，建筑面积2 352 m2，建造时间1954年9月，目前仍在使用中。本工程室内外高差0.3 m，层高3.3 m，房屋总高度9.9 m，屋盖采用木屋架形式。工程加固前实景如图1所示。

经现场调查和资料收集，获得以下基本参数：

(1) 基本风压、雪压：基本风压为0.4 kN/m2，雪压为0.35 kN/m2；

(2) 设计地震分组：设计地震分组为第二组；抗震设防烈度为7度；设计基本地震加速度值为0.10 g；

(3) 建筑场地类别：建筑场地类别为Ⅱ类；特征周期值为0.30 s。

图1 工程实景图

1.2抗震鉴定步骤

进行抗震鉴定与加固的步骤为[4]：

(1) 依据建造年代确定工程的后续使用年限；

(2) 确定工程的后续使用年限后，选择相应的鉴定方法；

(3) 先进行第一级鉴定，根据鉴定结果和标准决定是否需要进行第二级鉴定，最后对工程的抗震能力做出最终评价；

(4) 根据鉴定结果，确定是否需要加固；

(5) 选择加固方案，进行加固设计；

(6) 对加固后的工程进行抗震性能验算。

既有建筑物的后续使用年限是指在不进行加固维修的情况下可以使用的最短年限，根据《建筑抗震鉴定标准》(GB50023-2009)[5]第1.0.4、1.0.5规定，后续使用年限通常分为三类，分别是30 a、40 a、50 a。20世纪70年代及以前建筑，强制规定其后续使用年限不应少于30年[6]。

1.2.1 第一级抗震鉴定

工程的抗震鉴定应该按照鉴定标准逐级进行，依据文献[5]中第5.1、5.2的有关规定，对该建筑进行以宏观控制、构造鉴定为主的综合评价，对房屋总高度和层数、结构体系、材料强度、整体连接构造、局部易倒塌部位、外观和内在质量按照抗震鉴定要求进行第一级鉴定。

将该建筑基础挖开2处，其位置为1-3-10轴、16-18-15轴，所检测基础未发现裂缝、腐蚀、酥碱等破坏特征。基础截面尺寸如图2所示。

图2 开挖检测的建筑物基础

经检测发现，该建筑砌体基础存在砌筑方法不当现象，多处出现瞎缝。

该建筑主体结构中顶层设置有圈梁，未设置构造柱；梁下没有设置混凝土或钢筋混凝土垫块；木屋架中大部分木质构件存在劈裂现象。前墙体已产生多条八字形裂缝。八字形裂缝位于该建筑1层墙体阳角两侧，测量到的最大宽度达4 mm，该裂缝长度已超出《危险房屋鉴定标准》(JGJ125-2004)[7]的要求，已构成危险构件。

采用回弹法检测该建筑材料强度，其现龄期混凝土抗压强度推定值最大为39.1 MPa，最小为20.3 MPa。墙体用砖抽取8面墙体，其抗压强度推定值均大于7.5 MPa。墙体砌筑砂浆抽取8面墙体，其现龄期抗压强度推定值最大为10.0 MPa，最小为0.8 MPa。

经现场检测，该建筑混凝土构件中钢筋直径不符合设计要求。检测结果见表1。综合分析可知，该建筑物进行第一级抗震鉴定时，共有4项指标不符合抗震鉴定标准的要求。因此，依据文献[5]第5.1.5条的规定，需要对建筑进行第二级抗震鉴定。

表1 混凝土中钢筋直径检测结果

1.2.2第二级抗震鉴定

采用PKPM系列设计软件2010版的鉴定加固模块进行抗震验算[8]，计算模型如图3所示。

图3 计算模型

对后续使用年限为30 a的砌体房屋采用楼层综合抗震能力指数法进行验算[9]。

楼层平均抗震能力指数：

βi=Ai/Abiξoi

(1)

楼层综合抗震能力指数：

βci=φ1φ2βi

(2)

式中：βi—第i楼层纵向或横向墙体平均抗震能力指数；βci—第i楼层的纵向或横向墙体综合抗震能力指数；Ai—第i楼层的纵向或横向抗震墙在层高1/2净截面的总面积；Abi—第i楼层的建筑面积；ξoi—第i楼层的纵向或横向抗震墙的基准面积率；φ1—体系影响系数，按文献[5]第5.2.14条第2款确定；φ2—局部影响系数，按文献[5]第5.2.14条第3款确定。

从工程的第二级抗震计算结果分析，工程最危险的楼层是第一层，顶层安全。工程的第二级鉴定计算结果见表2，各层抗震计算结果见表3。

表2 工程第二级鉴定计算结果

表3 各层抗震计算结果

根据文献[5]对7度设防烈度、丙类设防标准、A类房屋的二级鉴定标准的规定，需要增加圈梁、构造柱并对工程纵墙、横墙等部位采取相应的构造措施。本工程各楼层抗震指标值如图4所示。鉴定结果表明，需进行加图。

图4 工程各楼层抗震指标值对比图

通过抗震鉴定可知：从平面上看，工程各层纵横内墙交界处抗震能力最弱，两端横向外墙的抗震能力次之，一二层内纵墙的抗震能力指标值普遍比内横墙大0.1左右，内纵墙抗震性能要强于内横墙，工程阴角、阳角处墙体抗震性能普遍薄弱；从竖向看，工程顶层内纵墙的抗震能力指标值最大，抗震性能最好，一二层交界处、梁上部新增内墙部位抗震能力最弱。鉴定结果表明，需进行加固。

2 历史风貌建筑抗震加固

2.1加固设计

依据现有加固规范《砖混结构加固与修复》(03SG611)[10]，对工程采取以下加固措施：

(1)楼层结构为现浇混凝土板，对楼板混凝土强度低于C25的部位，以及楼板强度不满足现行规范规定荷载要求的部位，采用粘贴碳纤维布进行加固。

(2)对于原结构检测混凝土等级小于C25的梁采用粘钢加固。

(3)内外墙体两侧采用钢筋网片粉刷细石混凝土面层加强，单侧面层厚度为60 mm，面层材料采用C25细石混凝土，竖向钢筋直径8 mm，间距150 mm，类别为HRB400级钢筋；水平向钢筋直径6 mm，间距150 mm，类别为HRB400级钢筋。

(4)拟采用外包钢筋混凝土承台加钢管桩的加固方案，同时增设地圈梁对内外墙基础进行加固，基础加固如图5所示。

(5)对所有内外墙体顶部增设圈梁，分段施工，浇筑高强无收缩性灌浆料。

(6)在外墙转角处和楼梯间转角处和沿外纵墙不超过12 m的内外墙交接处增加构造柱。对上述部位进行剔凿，留出马牙槎，然后浇筑不低于C25的混凝土。

图5 基础加固图

2.2加固验算

工程加固前后各层抗震指数对比图如图6、图7所示。

图6加固前后各楼层纵向综合抗震能力指数对比图图7加固前后各楼层横向综合抗震能力指数对比图

由图6和图7可以看出：工程加固后的纵向综合抗震能力指标、横向综合抗震能力指标比加固前明显增大；如果仅增设圈梁、构造柱，房屋的抗力与效应的比值虽有明显增大，但是各楼层综合抗震能力指数增加不多，说明该工程只增设圈梁、构造柱不能满足抗震要求。通过对第一级鉴定结果发现墙体砌筑砂浆不满足规范最低强度要求，对建筑物外、内墙采用钢筋网片粉刷细石混凝土面层加强措施后，建筑物各楼层的综合抗震能力指标均大于1，满足要求。