老舊磚砌體房屋有效墻體面積分析

張辰悅，熊海貝

（1.同濟大學，上海 200092；2.浙江核力建筑特種技術有限公司，浙江 杭州 314000）

0 引言

根據資料顯示，浙江省已經登記在冊的 2000 年前住宅房屋共計約 38.6 萬幢，經過初步排查評定為丙類住宅房屋約 29 760 幢。由于 2000 年以前的普通住宅基本都為磚混結構，這些房屋到目前為止大部分已經服役 30～40 年，加上當時的設計和施工水平有限，多數房屋已經出現了局部的安全隱患；再加上改革開發以來，人民的生活水平不斷提高，百姓對居住房屋的要求也與日俱增，伴隨著二次裝修帶來的墻體拆改給房屋安全帶來了極大的危害；另一方面房屋的安全管理的嚴重缺失，導致部分的房屋已出現了結構安全問題，極少數房屋已經存在房屋倒塌風險，圖 1 為浙江省寧波奉化市居敬小區某幢倒塌現場。

圖1 房屋倒塌

1 房屋安全排查

大量磚混房屋缺乏有效的安全管理手段，失修失養，房屋健康狀況每況愈下，各地房屋倒塌事故頻發，對人民的生命財產安全造成了極大的威脅，社會影響惡劣。面對如此頻發的房屋安全事故，各省、市政府對房屋安全管理工作逐步重視，出臺了一系列的政策性文件，希望通過加強對房屋安全的管理來遏制房屋安全事故的發生。房屋安全管理工作首先要完成的是將本地區所有的老舊房屋進行排摸建檔，掌握基礎數據及房屋的安全隱患。現階段浙江省內各市、縣主要采用的是以下幾種房屋安全排查方式。

2016 年住房和城鄉建設部頒布的《城鎮房屋結構安全排查技術要點（試行）》，對危險點進行描述，根據房屋所呈現的危險點數量對房屋進行分級，分為危險房屋、潛在危險房屋、暫無危險房屋。

2016 年浙江省建設廳《浙江省城鎮既有住宅房屋結構安全排查技術導則》，列出了不同結構體系的危險點描述，現場排查人員根據現場的情況勾選危險點，然后根據危險點的數量對房屋進行分級，主要分為甲類、乙類、丙類。劃為甲類為檢查中未發現結構安全問題、可以正常使用的；乙類為檢查中發現存在比較嚴重問題、不影響安全使用的房屋；丙類為檢查中發現比較嚴重的結構安全問題、影響安全使用的房屋。

2015 年寧波市政府出臺《寧波市房屋安全排查指南》，主要按照房屋建造年代、損壞程度、房屋傾斜程度將房屋分成一級、二級、三級、四級，對于不同房屋安全等級進行周期性的房屋安全巡檢。地方一般做法為四級房屋 15 d 巡檢一次，三級房屋 30 d 巡檢一次。

以上三種排查標準都是浙江省內常用的，當然有些地區會采用第三方的企業標準，看過這些排查文件后不難發現，這些條款需要專業技術人員根據經驗判斷，缺少量化的判斷依據。為此，本文針對老舊磚混住宅房屋提出量化的判定標準，建立一套切實可行的砌體結構住宅房屋安全健康評價系統，應用于各地方的房屋安全排查工作，在體量較大的情況下，能充分調動街道社區工作人員的力量，來協助建立房屋安全健康數據庫，在條件允許的情況下，開發相關電腦端和手機端的應用程序，加快數據匯總及數據收集的速度。對房屋在正常使用狀態下的安全性進行量化，為大范圍的房屋安全普查提供可靠的數據。

2 房屋安全健康評價體系簡述

影響房屋安全健康評價的因子有許多，如基本信息因子，包括：建造年代、房屋外部輪廓、周邊環境、周邊施工、陽臺形式、雨檐形式、物業情況、房屋使用歷史情況；結構信息因子，包括混凝土保護層剝落及鋼筋銹脹情況、圈梁布置、構造柱布置、砂漿強度、磚塊強度；調整因子；墻體因子。確定各因子的占比及評價方式便能得出房屋的安全健康指數。其中墻體因子是影響最為大的因子，本文通過對房屋墻體數據的分析，對房屋的墻體信息進行梳理并確定評價方式。由于篇幅原因，本文僅介紹有效墻體面積信息評價方法。

諸多國內外學者對砌體結構中的墻體因子的作用進行了大量研究，楊穎斐［10］提出墻體的抗震可靠度指標，評價墻體的抗震性能，美國規范《建筑潛在震害快速觀察判定手冊》對建筑物抗震性能鑒定采用量化的計評分的方式，其中在砌體結構類型部分出于對墻體的考慮，分為柔性樓板和屋頂密肋梁的有筋砌體建筑、剛性樓板和屋頂密肋梁的有筋砌體建筑、無筋砌體承重墻的建筑。但這些大部分都是針對砌體結構抗震的研究內容，由于老舊磚混結構的倒塌基本發生在正常使用情況下，因此筆者試圖通過對正常使用下老舊磚混結構房屋中墻體的分析，得到對墻體因子的評價方法。某公司的企業標準 QB 001－2019《磚混結構房屋短期倒塌風險評估標準》在砌體結構的安全評估領域具有一定代表性，標準中對墻體承載力評估采用了冗余系數的方法。按照墻體的重要性對墻體進行了分類，計算自承重墻體面積時也采用折減的方法，本文希望借鑒此部分內容，在此基礎上對墻體的安全評估方式進行優化，并得出新的有效墻體面積評價方式。

3 有效墻體基本信息及有限元分析

有效墻體面積主要是以實際墻體面積為基礎，在計算時做一定程度的修正，并根據砌筑形式、塊體形式對該值進行一定程度的修正。

涉及到的信息：實際墻體面積、墻體厚度、墻體砌筑形式、磚塊形式、房屋層數、房屋建筑面積。

基本假設：房屋為橫墻承重體系。縱墻對于豎向樓面荷載的分擔情況，本文采用有限線元軟件進行模擬分析，建立 T 字形墻體模型，在橫墻上施加荷載，分析縱墻的受力情況，如圖 2 所示。根據應力圖顯示，縱墻承受的荷載非常有限。但同時參考GB 5003－2011《砌體結構設計規范》4.2.8 條第一款，多層房屋，當無門窗洞口時，每側翼墻寬度可取壁柱高度（層高）的 1/3，一般老舊住宅房屋層高＜3 m，按照規范應取縱墻約 1 m 寬度，但對比有限元計算結果兩者并不完全符合，因此本文將該值修正為 0.5 m。

圖2 縱橫墻應力圖

對于窗下墻對墻體的影響本文采用有限元軟件進行模擬分析，對比墻體新開窗洞口和墻體新開門洞口的受力情況。根據分析結果確定當墻體存在門洞或窗洞時的有效墻體計算方式。根據分析結果，窗下墻對墻體的應力分布影響不大，因此對有效墻體的計算不考慮窗下墻影響，如圖 3、圖 4 所示。

圖3 墻體應力圖（門洞口）

4 有效墻體計算規則

根據墻體在房屋中分布的不同，本文將橫墻面積分為三類，以 QA 表示（見表 1）；將縱墻面積分為四類，以 QB 表示（見表 2）。

圖4 墻體應力圖（窗洞口）

表1 橫墻有效墻體分類

表2 縱墻有效墻體分類

計算墻體面積時應注意以下幾點：

①樓梯間、主臥間、山墻部位的橫墻按照連續考慮，如有洞口計算時按照實際墻體面積計入；

②隔墻不計入；

③厚度≤240 mm 的墻體不計入；

④＜150 mm 的單獨墻肢不計入；

⑤墻體長度取 120 mm 的倍數；

⑥建筑面積不包含陽臺范圍；

⑦為統一標準，計算時僅計入首層墻體有效墻體面積；

⑧有效墻體面積不應計入失效墻體面積。

5 有效墻體面積因子評價

根據以上墻體計算規則，并分析墻肢在房屋中的重要性，得出單層有效墻體面積 SYX，見式（1）。

式中：SYX為單層有效墻體面積，m2；

根據 SYX及房屋建筑面積得出有效墻體面積系數，見式（2）：

式中：aYX為有效墻體面積系數；S 為房屋建筑面積，m2。

對杭州、寧波、嘉興等地的老舊房屋進行了實地查勘，并采集了 71 幢典型房屋的墻體信息，將房屋墻體信息進行處理，得出有效墻體面積系數（見圖 5）。

圖5 有效墻體系數分布圖

根據相關數據得出有效墻體系數 aYX密度函數，見式（3）：

將一般正態分布函數轉換為標準正態分布函數，見式（4）：

結合圖 5 的有效墻體面積系數，采用 MATLAB 軟件擬合有效墻體系數 aYX正態分布密度函數，其中σ=0.005 3，μ=0.0214，如圖 6 所示。根據有效墻體曲線便可對房屋墻體面積進行評價分析。

圖6 有效墻體系數——密度函數曲線

6 結論

本文采用有限元軟件模擬磚混結構房屋在橫墻承重體系下的受力情況，確定縱墻及橫墻的受力特點，縱墻基本不承受荷載；模擬承重墻體存在窗洞或者墻洞時的受力情況，窗下墻對墻體的承載力影響非常小，在采集有效墻體信息時不予以考慮。

采集 71 幢典型老舊房屋的墻體信息，對墻體信息進行處理后得出每幢房屋的有效墻體系數，采用MATLAB 軟件得到正態分布密度函數，根據正態分布密度函數便可對房屋的墻體情況進行定量評價，為后續建立整幢房屋安全健康評價體系提供墻體模塊的評價手段。