多層砌體結構建筑外墻窗洞改造對墻體安全性及抗震性的影響

李大川

（北京市朝陽區教育國有資產管理中心，北京 100026）

0 引言

工程質量直接關系到建設工程的安全性、適用性和耐久性。工程建設從立項、可行性研究、總體規劃與布局、結構選型與設計、工程施工到房屋建筑使用與管理維護等，構成了建設工程項目的“全壽命周期”，工程質量與建筑安全則貫穿于“全壽命”的始終。

到目前為止，我國作為建筑大國已經形成了“政府監督質量、建筑參與單位擔責”的新型工程質量管理模式。這一模式雖通過一些先進的驗收技術，如建筑規劃、工程設計和質量監督等等在一定的程度上提高了我國建筑的整體質量，但不可否認的是它對于階段性維護管理的重視不夠，其耐久性問題及其合理使用年限得不到保證，導致部分使用 40 年左右的房屋建筑就已經到了該拆除的狀態，有少量房屋建筑在正常使用階段就出現了結構方面的安全隱患甚至發生倒塌事故。

在城鎮中隨處可見沿街店鋪和商店，在市場經濟發展的浪潮中發揮了極大的積極性，促進了我國城鎮商業的飛速發展，然而其中的個別商店為了方便經營對多層砌體房屋外縱墻進行局部墻體拆除或增開墻洞，這些行為嚴重危害了建筑的結構安全與使用安全。在個別既有房屋的裝修改造中存在隨意拆除承重墻、窗洞改門洞等拆改結構主體的情況，這些都對結構的安全性與抗震性形成了很大的安全隱患。

本文通過探討多層砌體房屋外縱墻窗洞改門洞對結構安全與抗震性的影響，著重分析拆除改裝建筑合理結構的不良影響，以避免此行為的發生。

1 裝修拆改中的典型行為及危害

目前，我國在房屋建筑裝修活動中對建筑結構及建筑功能的損傷是非常嚴重的，已成為對結構主體造成危害的主要因素之一。而在北京市統計數據中，住戶與裝修公司不按照國家有關規定隨意拆改結構主體構件、拆改衛生間、拆除樓面找平層和焦渣層以增加層高等行為是最為主要的表現形式。

1）拆改陽臺配重墻。有住戶在高層剪力墻住宅中拆除陽臺配重墻以實現房間和陽臺的連通，這種行為大大削弱了該道配重墻的壓重能力和平衡能力，使得與其相連接的剪力墻的整體性能被削弱還減弱了與之相連接的剪力墻的抗震性能。在使用中，隨著陽臺荷載逐漸增加極有可能導致陽臺失穩甚至整體掉落，另外，在施工中也會對附近混凝土構件造成開裂等損傷。

2）拆改剪力墻。有住戶在裝修中對剪力墻開設門洞，由于開設單側的洞口需要把該墻體邊緣的構件箍筋剪斷，不僅減弱了剪力墻的硬度還降低了其承受力，同時，在施工中對周邊混凝土構件造成損傷。

3）拆改多層砌體結構的外縱墻。隨著城鎮商業化的不斷發展，自 20 世紀 80 年代開始，大量沿街的多層砌體房屋底層被改造，使得住宅變身成為小型商店。改造中最常見的就是將外縱墻的窗洞改造為門洞。

4）拆除屋內承重墻。在一些房屋裝修中，施工單位為了滿足住戶的需要而拆除部分室內承重墻體，這樣做給結構埋下了極大的安全隱患。拆除承重墻體不僅直接破壞和削弱了墻體的承載能力，同時也破壞了房屋的整體性和抗震性［1］；而在拆除承重墻體的過程中，施工單位所做的防護措施很難有效保證施工過程的安全，由此導致在拆除過程中造成房屋整體或局部垮塌的案例時有發生；另外，拆除墻體過程中的振動和沖擊還會造成相鄰縱墻開裂以及樓板開裂等結構損傷［2］。

5）拆除樓面裝修層（找平層和焦渣層）。有些住戶在裝修中拆除樓面找平層和焦渣層以增加層高，破壞了樓板原有的保溫隔音層，屬于變動建筑主體行為。拆除采用的風鎬一方面會造成混凝土樓板振動或開裂，另一方面也可能會造成鋼筋混凝土樓板被打穿等現象，給樓板造成了極大的損傷［3］。

6）裝修中的開槽施工對結構造成損傷。為了埋設管線而進行的開槽施工是現代裝修施工中常見的內容。有的管線埋設于砌體墻內，若施工操作振動過大可導致墻體出現開裂。有的管線埋設在混凝土墻、梁上，開槽可導致混凝土構件出現裂縫、酥松、鋼筋外漏銹蝕甚至打斷鋼筋等情況，使構件受到損傷。

2 多層砌體建筑底層外縱墻窗洞改門洞的影響分析

近些年來，由于在城市沿街的多層磚砌體建筑中將建筑底層窗臺下方墻體（以下簡稱“窗下墻”）拆除后改造成門洞或者將整個開間的外縱墻整體拆除而造成社會危害的案例層出不窮，引起了社會各界廣泛的關注和討論，此方面在違法拆改行為中的所占比例也越來越大，不容忽視；另外關于多層砌體結構本身的理論研究越來越豐富，在橫墻承重的結構體系中，窗下墻與窗間墻具有較好的剛度和穩定性也逐漸被證明，同時，窗下墻與窗間墻共同形成了該道縱墻抵御地震力的能力。因此，本文把多層砌體建筑底層外縱墻窗洞改門洞這一行為作為側重點，分析其帶來的影響并闡明禁止該行為的必要性。

2.1 對結構安全性的影響

2.1.1 使用安全隱患

2014 年哈爾濱郵政街濟華醫院私拆承重墻扒窗戶改門洞造成坍塌在地上砸出 4 m 深坑；2018 年哈市南崗區承重墻砸出 10 個窗戶，房產、物業、執法局三不管；2020 年廣州越秀區環市東路 445 號的市民們把民宅一樓臨街商鋪告上了法庭，原因是私自改建居民樓承重建筑結構。近年來，社會上多層砌體建筑底層外縱墻窗洞改門洞導致房屋坍塌甚至致人死亡的案例屢見不鮮，其安全隱患不能忽視。

2.1.2 力學安全性

拆除窗下墻對結構的影響是十分巨大的，早在2014 年，郭猛［4］在論文中闡述拆除窗下墻后，不僅砌體墻的長寬高和比例發生變化，其墻體的約束結構與狀態也會不同，改建后墻體在正常的荷載作用下就能看到變形的破壞結構形態。對拆除窗下墻前后的安全性與抗震性能進行了試驗之后，不難發現在科學的層面上，改建后的墻體在力學理論體系里是不合理不安全的，無論是改變單側還是雙側，都會使得破壞面集體形態不穩定，原有設計師的安全設置也就不復存在。

2.2 對結構抗震性的影響

縱墻一般開洞較多且開洞率比較大，其剛度的計算較為復雜。文獻［2］給出了開洞墻體整個軸線的剛度計算方法。按照該計算方法，可以計算把窗洞改為門洞的軸線墻體剛度以及該軸線開窗洞與開門洞的剛度比較，通過比較數據證明對結構抗震性的影響。

2.2.1 墻體開洞的計算公式

1）開洞墻體的整體剛度計算方法為，首先沿墻高分段求出各墻段在單位水平力作用下的側移，求和得到整個墻片在單位水平力作用下的頂端側移值，然后求得其倒數即為該墻片的側移剛度［5］，如圖 1 所示。

圖1 規則開窗洞的墻體

此方法能較好地考慮不同開洞和開洞率對墻側移剛度的影響。一片磚墻上有一個以上且高度和寬度相同的開窗洞，可沿墻高分段求出各墻段在單位水平力作用下的側移δi，求和得整個墻片在單位力作用下的頂端側移值δ，其倒數為墻片側移剛度K，見式（1）～式（3）。

當l=1 或 3 時：

當l=2 時：

式中：δi為第i墻段水平位移，m；K為水平磚帶的側移剛度，N/m；K1、3為第 1、第 3 水平磚帶的側移剛度；K2j為第 2 墻段中第j墻肢的側移剛度。

2）開窗洞與把窗洞改為門洞的抗側力剛度比較。墻體開窗洞的立面圖，如圖 2 所示，尺寸單位為 mm。以一個 4 開間的縱向墻體為例說明，原來為開1.5 m×1.5 m 的窗洞，后來把窗洞均改為門洞。開窗洞時的墻體抗側力剛度計算，見式（4）～式（7）。

圖2 墻體開窗洞的立面圖（單位：mm）

3）把開窗洞改為開門洞時的墻體抗側力剛度計算，見式（8）～（10）。墻體開門洞的立面圖，如圖 3 所示。

圖3 墻體開門洞的立面圖（單位：mm）

式中：E為砌體墻的彈性模量，MPa；G為剪變模量，MPa；ρ為墻段的凈高寬比（ρ=h/b，h為層高，m；b為墻長，m）；t為墻厚，m；A為墻橫截面積，m2。

2.2.2 比較結果

從上述計算結果可以看出，把窗洞改為門洞后的抗側力剛度與開窗洞的抗側力剛度之比γ為：γ=K2（1）/K1（1）=0.49E1t/0.88E1t=0.56。

以此可以看出，把窗洞改為門洞后的抗側力剛度為開窗洞時墻體抗側力剛度的 56 %，其抗側力剛度的降低非常明顯。

通過總結實驗研究和對拆改墻體的抗側力剛度分析，可以得出明確的結論：在多層砌體結構的外縱墻拆除窗下墻形成門洞的做法，對該道墻體的穩定性和抗震承載能力以及抗側力剛度等均會造成較大的影響。

3 建議

3.1 加強避免拆改建筑主體結構的安全意識宣傳

加強對隨意拆改建筑主體結構的管理和杜絕隨意拆改主體結構事件的發生是切實實施房屋建筑全壽命管理、保證房屋建筑使用安全和結構安全的重要環節。應把房屋建筑隨意拆改納入建筑工程全壽命的質量與安全管理中，加大對關于不得隨意變動結構主體有關法律法規以及裝修拆改結構對結構安全造成危害等知識的宣傳力度，使廣大群眾了解和掌握相關規定及要求，使房屋所有權人認識到擅自拆改結構主體屬于違法行為。

3.2 建立健全裝修備案制度

積極探索房屋裝修向所在物業公司申報裝修方案和裝修圖紙備案制度，以及物業公司巡查和監督裝修公司不得變動結構主體和建筑功能的途徑。

3.3 加大違法拆改的處罰力度

加大對擅自拆改主體結構的執法和處罰力度，物業公司應及時發現和制止擅自拆改主體結構的事件，并報告建設行政主管部門和所屬的街道辦事處，由各屬地建設行政主管部門協調所屬辦事處進行查證和處罰。

3.4 督促建筑的后期恢復

對隨意拆改和變動結構主體者除根據造成的直接和潛在危害進行處罰外，還應按照基本建設程序的規定進行恢復。對于擅自拆改和變動結構主體的恢復，應在確保結構安全與抗震能力的原則下，針對不同情況按照先檢測鑒定、后加固設計、最后施工并進行質量驗收的程序進行。

4 結語

近年來，北京市根據《北京市房屋建筑使用安全管理辦法》（北京市人民政府第 229 號令）對沿街多層砌體結構房屋的外縱墻開洞情況進行了整治，對市容市貌、房屋結構安全和使用安全起到了重要作用，但在住宅裝修中，拆改結構主體的現象仍時有發生。房屋安全是社會安全的重要組成部分，需要全社會的監督與維護，在提高全民重視房屋安全意識的同時更需要結合地區的實際情況制定相應的房屋安全管理措施，從而切實提高房屋的安全監督與管理水平。本文通過計算、查閱文獻等方式探討研究多層砌體結構建筑外墻窗洞改造，得出了改造不僅影響穩定性還影響安全性和抗震性，還提出了一些措施，建議房屋建筑行政管理部門除加大國家和地方法律法規的宣傳和認真管理外，還應進行裝修拆改結構主體對結構安全和抗震性能影響的宣傳。希望廣大市民認識到隨意拆改的危害，提高大家的安全意識以減少隨意拆改建筑工程結構的危險行為，同時也希望能夠推動相關領域研究更加深入發展。Q