多层砌体结构建筑外墙窗洞改造对墙体安全性及抗震性的影响

李大川

（北京市朝阳区教育国有资产管理中心，北京 100026）

0 引言

工程质量直接关系到建设工程的安全性、适用性和耐久性。工程建设从立项、可行性研究、总体规划与布局、结构选型与设计、工程施工到房屋建筑使用与管理维护等，构成了建设工程项目的“全寿命周期”，工程质量与建筑安全则贯穿于“全寿命”的始终。

到目前为止，我国作为建筑大国已经形成了“政府监督质量、建筑参与单位担责”的新型工程质量管理模式。这一模式虽通过一些先进的验收技术，如建筑规划、工程设计和质量监督等等在一定的程度上提高了我国建筑的整体质量，但不可否认的是它对于阶段性维护管理的重视不够，其耐久性问题及其合理使用年限得不到保证，导致部分使用 40 年左右的房屋建筑就已经到了该拆除的状态，有少量房屋建筑在正常使用阶段就出现了结构方面的安全隐患甚至发生倒塌事故。

在城镇中随处可见沿街店铺和商店，在市场经济发展的浪潮中发挥了极大的积极性，促进了我国城镇商业的飞速发展，然而其中的个别商店为了方便经营对多层砌体房屋外纵墙进行局部墙体拆除或增开墙洞，这些行为严重危害了建筑的结构安全与使用安全。在个别既有房屋的装修改造中存在随意拆除承重墙、窗洞改门洞等拆改结构主体的情况，这些都对结构的安全性与抗震性形成了很大的安全隐患。

本文通过探讨多层砌体房屋外纵墙窗洞改门洞对结构安全与抗震性的影响，着重分析拆除改装建筑合理结构的不良影响，以避免此行为的发生。

1 装修拆改中的典型行为及危害

目前，我国在房屋建筑装修活动中对建筑结构及建筑功能的损伤是非常严重的，已成为对结构主体造成危害的主要因素之一。而在北京市统计数据中，住户与装修公司不按照国家有关规定随意拆改结构主体构件、拆改卫生间、拆除楼面找平层和焦渣层以增加层高等行为是最为主要的表现形式。

1）拆改阳台配重墙。有住户在高层剪力墙住宅中拆除阳台配重墙以实现房间和阳台的连通，这种行为大大削弱了该道配重墙的压重能力和平衡能力，使得与其相连接的剪力墙的整体性能被削弱还减弱了与之相连接的剪力墙的抗震性能。在使用中，随着阳台荷载逐渐增加极有可能导致阳台失稳甚至整体掉落，另外，在施工中也会对附近混凝土构件造成开裂等损伤。

2）拆改剪力墙。有住户在装修中对剪力墙开设门洞，由于开设单侧的洞口需要把该墙体边缘的构件箍筋剪断，不仅减弱了剪力墙的硬度还降低了其承受力，同时，在施工中对周边混凝土构件造成损伤。

3）拆改多层砌体结构的外纵墙。随着城镇商业化的不断发展，自 20 世纪 80 年代开始，大量沿街的多层砌体房屋底层被改造，使得住宅变身成为小型商店。改造中最常见的就是将外纵墙的窗洞改造为门洞。

4）拆除屋内承重墙。在一些房屋装修中，施工单位为了满足住户的需要而拆除部分室内承重墙体，这样做给结构埋下了极大的安全隐患。拆除承重墙体不仅直接破坏和削弱了墙体的承载能力，同时也破坏了房屋的整体性和抗震性［1］；而在拆除承重墙体的过程中，施工单位所做的防护措施很难有效保证施工过程的安全，由此导致在拆除过程中造成房屋整体或局部垮塌的案例时有发生；另外，拆除墙体过程中的振动和冲击还会造成相邻纵墙开裂以及楼板开裂等结构损伤［2］。

5）拆除楼面装修层（找平层和焦渣层）。有些住户在装修中拆除楼面找平层和焦渣层以增加层高，破坏了楼板原有的保温隔音层，属于变动建筑主体行为。拆除采用的风镐一方面会造成混凝土楼板振动或开裂，另一方面也可能会造成钢筋混凝土楼板被打穿等现象，给楼板造成了极大的损伤［3］。

6）装修中的开槽施工对结构造成损伤。为了埋设管线而进行的开槽施工是现代装修施工中常见的内容。有的管线埋设于砌体墙内，若施工操作振动过大可导致墙体出现开裂。有的管线埋设在混凝土墙、梁上，开槽可导致混凝土构件出现裂缝、酥松、钢筋外漏锈蚀甚至打断钢筋等情况，使构件受到损伤。

2 多层砌体建筑底层外纵墙窗洞改门洞的影响分析

近些年来，由于在城市沿街的多层砖砌体建筑中将建筑底层窗台下方墙体（以下简称“窗下墙”）拆除后改造成门洞或者将整个开间的外纵墙整体拆除而造成社会危害的案例层出不穷，引起了社会各界广泛的关注和讨论，此方面在违法拆改行为中的所占比例也越来越大，不容忽视；另外关于多层砌体结构本身的理论研究越来越丰富，在横墙承重的结构体系中，窗下墙与窗间墙具有较好的刚度和稳定性也逐渐被证明，同时，窗下墙与窗间墙共同形成了该道纵墙抵御地震力的能力。因此，本文把多层砌体建筑底层外纵墙窗洞改门洞这一行为作为侧重点，分析其带来的影响并阐明禁止该行为的必要性。

2.1 对结构安全性的影响

2.1.1 使用安全隐患

2014 年哈尔滨邮政街济华医院私拆承重墙扒窗户改门洞造成坍塌在地上砸出 4 m 深坑；2018 年哈市南岗区承重墙砸出 10 个窗户，房产、物业、执法局三不管；2020 年广州越秀区环市东路 445 号的市民们把民宅一楼临街商铺告上了法庭，原因是私自改建居民楼承重建筑结构。近年来，社会上多层砌体建筑底层外纵墙窗洞改门洞导致房屋坍塌甚至致人死亡的案例屡见不鲜，其安全隐患不能忽视。

2.1.2 力学安全性

拆除窗下墙对结构的影响是十分巨大的，早在2014 年，郭猛［4］在论文中阐述拆除窗下墙后，不仅砌体墙的长宽高和比例发生变化，其墙体的约束结构与状态也会不同，改建后墙体在正常的荷载作用下就能看到变形的破坏结构形态。对拆除窗下墙前后的安全性与抗震性能进行了试验之后，不难发现在科学的层面上，改建后的墙体在力学理论体系里是不合理不安全的，无论是改变单侧还是双侧，都会使得破坏面集体形态不稳定，原有设计师的安全设置也就不复存在。

2.2 对结构抗震性的影响

纵墙一般开洞较多且开洞率比较大，其刚度的计算较为复杂。文献［2］给出了开洞墙体整个轴线的刚度计算方法。按照该计算方法，可以计算把窗洞改为门洞的轴线墙体刚度以及该轴线开窗洞与开门洞的刚度比较，通过比较数据证明对结构抗震性的影响。

2.2.1 墙体开洞的计算公式

1）开洞墙体的整体刚度计算方法为，首先沿墙高分段求出各墙段在单位水平力作用下的侧移，求和得到整个墙片在单位水平力作用下的顶端侧移值，然后求得其倒数即为该墙片的侧移刚度［5］，如图 1 所示。

图1 规则开窗洞的墙体

此方法能较好地考虑不同开洞和开洞率对墙侧移刚度的影响。一片砖墙上有一个以上且高度和宽度相同的开窗洞，可沿墙高分段求出各墙段在单位水平力作用下的侧移δi，求和得整个墙片在单位力作用下的顶端侧移值δ，其倒数为墙片侧移刚度K，见式（1）～式（3）。

当l=1 或 3 时：

当l=2 时：

式中：δi为第i墙段水平位移，m；K为水平砖带的侧移刚度，N/m；K1、3为第 1、第 3 水平砖带的侧移刚度；K2j为第 2 墙段中第j墙肢的侧移刚度。

2）开窗洞与把窗洞改为门洞的抗侧力刚度比较。墙体开窗洞的立面图，如图 2 所示，尺寸单位为 mm。以一个 4 开间的纵向墙体为例说明，原来为开1.5 m×1.5 m 的窗洞，后来把窗洞均改为门洞。开窗洞时的墙体抗侧力刚度计算，见式（4）～式（7）。

图2 墙体开窗洞的立面图（单位：mm）

3）把开窗洞改为开门洞时的墙体抗侧力刚度计算，见式（8）～（10）。墙体开门洞的立面图，如图 3 所示。

图3 墙体开门洞的立面图（单位：mm）

式中：E为砌体墙的弹性模量，MPa；G为剪变模量，MPa；ρ为墙段的净高宽比（ρ=h/b，h为层高，m；b为墙长，m）；t为墙厚，m；A为墙横截面积，m2。

2.2.2 比较结果

从上述计算结果可以看出，把窗洞改为门洞后的抗侧力刚度与开窗洞的抗侧力刚度之比γ为：γ=K2（1）/K1（1）=0.49E1t/0.88E1t=0.56。

以此可以看出，把窗洞改为门洞后的抗侧力刚度为开窗洞时墙体抗侧力刚度的 56 %，其抗侧力刚度的降低非常明显。

通过总结实验研究和对拆改墙体的抗侧力刚度分析，可以得出明确的结论：在多层砌体结构的外纵墙拆除窗下墙形成门洞的做法，对该道墙体的稳定性和抗震承载能力以及抗侧力刚度等均会造成较大的影响。

3 建议

3.1 加强避免拆改建筑主体结构的安全意识宣传

加强对随意拆改建筑主体结构的管理和杜绝随意拆改主体结构事件的发生是切实实施房屋建筑全寿命管理、保证房屋建筑使用安全和结构安全的重要环节。应把房屋建筑随意拆改纳入建筑工程全寿命的质量与安全管理中，加大对关于不得随意变动结构主体有关法律法规以及装修拆改结构对结构安全造成危害等知识的宣传力度，使广大群众了解和掌握相关规定及要求，使房屋所有权人认识到擅自拆改结构主体属于违法行为。

3.2 建立健全装修备案制度

积极探索房屋装修向所在物业公司申报装修方案和装修图纸备案制度，以及物业公司巡查和监督装修公司不得变动结构主体和建筑功能的途径。

3.3 加大违法拆改的处罚力度

加大对擅自拆改主体结构的执法和处罚力度，物业公司应及时发现和制止擅自拆改主体结构的事件，并报告建设行政主管部门和所属的街道办事处，由各属地建设行政主管部门协调所属办事处进行查证和处罚。

3.4 督促建筑的后期恢复

对随意拆改和变动结构主体者除根据造成的直接和潜在危害进行处罚外，还应按照基本建设程序的规定进行恢复。对于擅自拆改和变动结构主体的恢复，应在确保结构安全与抗震能力的原则下，针对不同情况按照先检测鉴定、后加固设计、最后施工并进行质量验收的程序进行。

4 结语

近年来，北京市根据《北京市房屋建筑使用安全管理办法》（北京市人民政府第 229 号令）对沿街多层砌体结构房屋的外纵墙开洞情况进行了整治，对市容市貌、房屋结构安全和使用安全起到了重要作用，但在住宅装修中，拆改结构主体的现象仍时有发生。房屋安全是社会安全的重要组成部分，需要全社会的监督与维护，在提高全民重视房屋安全意识的同时更需要结合地区的实际情况制定相应的房屋安全管理措施，从而切实提高房屋的安全监督与管理水平。本文通过计算、查阅文献等方式探讨研究多层砌体结构建筑外墙窗洞改造，得出了改造不仅影响稳定性还影响安全性和抗震性，还提出了一些措施，建议房屋建筑行政管理部门除加大国家和地方法律法规的宣传和认真管理外，还应进行装修拆改结构主体对结构安全和抗震性能影响的宣传。希望广大市民认识到随意拆改的危害，提高大家的安全意识以减少随意拆改建筑工程结构的危险行为，同时也希望能够推动相关领域研究更加深入发展。Q