某空旷房屋的抗震性能鉴定方法研究

2022-09-22夏敬婵

四川建筑 2022年4期

夏敬婵

(甘肃省建筑科学研究院(集团)有限公司，甘肃兰州 730070)

由砖墙承重的空旷房屋是我国20世纪60～70年代的一种建筑形式，这种建筑形式多被用于礼堂、食堂、影剧院等，其中有些建筑基于其历史意义，需要继续保留，所以要确定该建筑目前的抗震性能。但是在这期间随着规范标准的不断更新，此类建筑与现行规范之间存在着一定差异，以至于鉴定程序和方法不能按照常规方法进行。本文通过规范理论结合单层空旷房屋实例，阐述了此类房屋的抗震鉴定程序和方法。

1 工程概况

某部队礼堂建造于20世纪70年代，为单层空旷房屋，采用砖墙承重。檐口高度为10.2 m。平面布置分为①轴～④轴前厅、⑤轴～轴观众厅、轴～轴舞台3部分(图1)组成。前厅为2层砌体结构，底层为大厅，2层为活动室，左、右两侧各设有双跑楼梯，楼屋面采用预制空心楼板，前厅外面设6根等距混凝土廊柱。观众厅和舞台为砖墙垛承重、屋架采用三角形钢屋架，上设混凝土预制槽型板。舞台两侧翼房以舞台中轴对称布置，为2层砌体结构，1层为休息室、2层为办公室，楼屋面采用预制空心楼板，两侧翼房由舞台后游廊连接。礼堂基础采用混凝土条形基础，墙体采用普通砖和混合砂浆砌筑，外墙厚度均为370 mm，内墙部分采用370 mm，部分采用240 mm，壁柱尺寸为500 mm×1 000 mm。

根据规范[2]要求，该礼堂所在地区抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度值为0.2g，地震分组为第三组。经与委托方协商，该礼堂后续使用年限为40年，按B类单层空旷房屋进行抗震性能鉴定[1]，抗震设防类别为丙类。

2 现场调查与检测

2.1 地基基础检查

该礼堂建成至今已有50多年，经调查得知，该礼堂的右上方区域属于填方区，加之在使用过程中的维护不当，观众厅的上部结构墙体中，～×M～K轴线、M×～轴线、×M～1/P轴线墙体出现斜向贯通裂缝，裂缝宽度在2.0～15.0 mm之间，开裂最大宽度在×M～1/P轴线位置。前厅、舞台区域无沉降裂缝、变形，该地基基础无明显静载缺陷。

2.2 构件损伤检查

2.3 砖和砂浆强度检测

现场对该礼堂抽取10片墙采用贯仪法进行砌筑砂浆抗压强度检测，经检测：砂浆的抗压强度值为M0.8，采用ZC4型回弹仪，进行砖抗压强度检测，经检测，砖抗压强度值为M7.5。

2.4 钢屋架检测

根据现场情况，将每榀屋架所抽取杆件表面的油漆打磨干净后，采用卷尺、数显卡尺和超声波测厚仪检测屋架杆件的尺寸。三角形屋架高为3.5 m，跨度为28 m，下弦杆采用两不等边角钢(长肢相连)组成的T形截面，角钢截面尺90 mm×60 mm×6 mm，上弦杆采用两等边角钢组成的T形截面，角钢截面尺寸为110 mm×8 mm，腹杆采用等边单角钢，截面尺寸为60 mm×6 mm，檩条采用等边角钢，截面尺寸为45 mm×45 mm。在⑥轴～⑦轴、轴～轴、轴～轴间屋架上下弦分别设有横向支撑。钢屋架上下弦杆、腹杆和水平支撑等构件节点连接良好，未发现有螺栓松动情况，部分杆件表面有轻微锈蚀，檩条节点连接可靠，无位移现象。

3 抗震性能鉴定

该礼堂后续使用年限为40年，按B类单层空旷房屋进行抗震性能鉴定[2]。对于B类单层空旷房屋，其抗震鉴定要求根据GB 50023-2009《建筑抗震鉴定标准》第9章要求，应检查结构布置和构造并按规定进行抗震承载力验算，然后综合评价其抗震能力。

图1 礼堂建筑平面示意

3.1 抗震措施鉴定

3.1.1 结构布置

经核查，大厅的跨度为28 m，未采用钢筋混凝土结构；大厅和前厅之间未设防震缝，大厅和舞台之间设有防震缝；大厅的砖柱为无筋壁柱墙体，根据鉴定标准要求，单层空旷房屋的大厅，支承屋盖的承重结构，8度时，有挑台或跨度大于18 m或柱顶标高大于8 m，应为钢筋混凝土结构；大厅和前后厅之间不宜设防震缝，大厅与两侧附属房屋可不设防震缝，但应加强相互的连接；大厅的砖柱宜为组合柱。所以，结构布置不满足鉴定标准的要求。

3.1.2 材料强度

经检测，砖强度等级为M7.5，满足鉴定标准要求；砂浆强度等级为M0.8。根据鉴定标准要求，砖实际达到的强度等级，不宜低于MU7.5；砌筑砂浆实际达到的强度等级，不宜低于2.5。所以，不满足鉴定标准的要求。

3.1.3 整体性连接

经现场调查，未设置圈梁，大厅与附属房屋不设缝情况下，未在同一标高处设置封闭圈梁。根据鉴定标准要求，大厅柱顶标高处应有现浇圈梁，并宜沿墙高每隔3 m左右有一道圈梁；大厅与附属房屋不设防震缝时，应在同一标高处设置有封闭圈梁并在交接处拉通，墙体交接处应沿墙高每隔不大于500 mm有2φ6 mm拉结钢筋，且每边伸入墙内不宜小于1 m。所以，整体性连接不满足鉴定标准的要求。

3.1.4 易损部位

3.1.5 屋盖

综上分析，由于结构布置、材料强度、整体性连接、易损部位不满足抗震鉴定标准的要求，故需进行抗震承载力验算。

3.2 抗震承载力验算

依据GB 50023-2009《建筑抗震鉴定标准》，抗震承载力验算时按现行国家标准[3]的规定进行纵、横向抗震分析。将礼堂分为前厅、观众厅和舞台3个独立部分，分别进行分析。

3.2.1 横向抗震计算

无披屋观众厅的横向分析是以单排架(图2)的计算结果为基础，根据整个房屋的横向空间分析结果分别对单排架的基本周期和地震内力乘以修正系数，从而获得近似空间分析结果的排架柱地震内力。

取观众厅的一个开间作为计算单元，由于结构是以纵轴为对称轴，可取半榀排架进行横向抗震承载力验算，屋盖自重按2.5 kN/m2计算，雪荷载按0.15 kN/m2计算，砖墙容重按22 kN/m2。

图2 观众厅排架计算(单位:mm)

3.2.1.1 自振周期计算

(1)

式中:φT为房屋整体工作的调整系数，当为钢筋混凝土无檩屋盖，非焊接时，取0.7。

G为集中到柱顶的半榀排架的重力荷载代表值，G=0.25GW+0.5Gr，GW为壁柱自重，Gr为屋盖和雪荷载总重，屋盖上恒荷载取静力设计值的100%，雪荷载取50%；GW=10.2×1.04×22=233.38 kN，Gr=2.5×4×28+0.15×4×28×0.5=288.4 kN。

G=0.25×233.38+0.5×288.4=202.55 kN

3.2.1.2 水平地震作用

0.5×288.4=260.89 kN

3.2.1.3 壁柱柱底截面设计内力和验算结果

M=±1.3×12.05×10.2=±159.78 kN·m

N=1.2×260.89=313.07 kN

经过计算分析，该壁柱横向水平地震作用偏心距大于0.6倍的截面重心至轴向力所在偏心方向截面边缘的距离y1，不满足鉴定要求。

3.2.2 纵向抗震计算

由于观众厅对称与纵轴，可取一片纵墙进行抗震计算。沿墙高分段集中为4个质点，作为确定水平地震作用的计算简图(图3)。

图3 纵墙计算简(单位:mm)

3.2.2.1 集中到各质点的重力荷载代表值

沿墙高度分段集中为4个质点，质点的重力荷载代表值计算如下：

G1={[0.5×(3.0+2.4)×32-1.8×0.9×2-

1.1×2×8]×0.36+0.5×(3.0+2.4)×

0.642×8}×22=713.88 kN

同上得出，G2=477.1kN,G3=591.2kN,G4=390.6 kN。

3.2.2.2 结构底部地震剪力

因为砖结构影剧院的纵向自振周期很短，所以确定观众厅的结构底部地震剪力时，地震影响系数可取最大值αmax。

591.2+390.6)=1846.86 kN

FEk=αmaxGeq=0.16×1846.86=295.50 kN

3.2.2.3 质点水平地震作用

由式(2)确定各质点地震力:

(2)

Gi，Gj分别为集中于质点i,j重力荷载代表值；Hi，Hj分别为质点i,j的计算高度。

×295.5=47.53 kN

同以上算法得出，F2=57.18 kN,F3=102.35 kN,F4=88.43 kN。

3.2.2.4 各墙段的水平地震剪力

由式(3)确定各墙段水平地震剪力:

(3)

V1=295.49 kN，V2=247.96 kN，

V3=190.78 kN，V4=88.43 kN。

3.2.2.5 抗震承载力验算

沿高度划分的每段墙的各墙肢按刚度分配地震剪力，即：

(4)

某计算高度处各墙肢按规范[4]的规定进行抗震承载力验算，即：

V≤fVEA/γRE

(5)

其中抗震承载力调整系数γRE取0.9。

根据墙体开洞情况，可得知，沿墙高第2段的墙肢属于受剪最不利位置，各墙肢抗震承载力验算结果见表2。

经过计算分析，观众厅的壁柱不能满足鉴定要求，需采取必要的加固措施。

前厅或舞台部分横向抗震计算时，砖墙所承担的水平地震力包括：该部分自身质量所引起的地震力和通过房屋空间作用传来的观众厅的部分地震力。前者可采用底部剪力法计算得到，后者可近似地取观众厅部分的总地震力扣除观众厅排架所承担的地震力。

表2 纵向地震作用下抗震承载力验算

前厅部分纵向地震作用下的变形仍以层间剪切变形为主，因而确定楼层水平地震作用时仍可采用底部剪力法。楼层纵向地震剪力也是按各片纵墙的刚度比例分配。纵墙若被门窗洞口分割成多个墙肢时，该片纵墙承担的地震剪力按各墙肢的刚度比例分配到墙肢。舞台的主体结构若是观众厅的延伸，则其纵向计算可以和观众厅合并进行，若舞台部分宽于观众厅，或舞台部分的屋架布置方向同观众厅屋架方向垂直，则根据结构特点分别进行抗震验算。