某優(yōu)秀歷史保護建筑木樓梯損傷評估*

楊 三

(上海市建筑科學(xué)研究院有限公司，上海 200032)

1 工程概況

上海市某優(yōu)秀歷史保護建筑建成于1908年，采用英國古典主義建筑風(fēng)格，為4層磚木結(jié)構(gòu)(局部為混凝土結(jié)構(gòu))房屋，采用木屋架雙坡屋面，原有基礎(chǔ)為磚砌大放腳條形基礎(chǔ)，2009年進行房屋修繕時，采用錨桿靜壓鋼管樁對基礎(chǔ)進行托換加固。房屋主體豎向承重構(gòu)件基本為磚墻，即采用縱橫墻承重體系，2009年利用鋼筋網(wǎng)砂漿面層對承重磚墻進行加固。水平承重構(gòu)件主要為木梁、木擱柵，基本為原有歷史構(gòu)件。混凝土結(jié)構(gòu)分為2009年修繕前的原結(jié)構(gòu)與2009年修繕后的新增結(jié)構(gòu)，其中，原結(jié)構(gòu)梁、板于2009年采用碳纖維布加固。木屋架構(gòu)件通過榫接的方式連接，并輔以扁鋼、鐵銷和螺栓進行固定。木屋架下弦兩側(cè)于2009年采用夾鋼板加固。

圖1 2層建筑平面

2層半至3層斜梯段木梁與2層半休息平臺木梁采用槽口榫連接(見圖2)，2層半至3層斜梯段側(cè)面扶手下方木梁通過槽口榫插接在2層半休息平臺木柱上(見圖3)，木柱卡接在休息平臺木梁上。休息平臺木擱柵一端擱置在休息平臺木梁上，一端插入承重磚墻內(nèi)。

圖2 斜梯段木梁與休息平臺木梁連接

圖3 扶手下方木梁與休息平臺木柱連接

2 檢測鑒定

2007年進行綜合檢測鑒定時，房屋整體向北、西傾斜，平均向北傾斜5.28‰，平均向西傾斜5.42‰。樓面?zhèn)€別木構(gòu)件端部嚴重腐爛，木屋架端部基本完好，無明顯腐爛現(xiàn)象，承重磚墻未見明顯開裂等結(jié)構(gòu)性損傷。樓梯間裝飾基本保存完好，未見節(jié)點松動脫開跡象。

2.1 木樓梯損傷檢測

現(xiàn)場檢測人員對木樓梯節(jié)點脫開處進行局部損傷檢測，以了解承重構(gòu)件節(jié)點連接質(zhì)量與腐蝕、蟲蛀等情況。此外，還對整個樓梯進行外觀檢查，包括外露構(gòu)件節(jié)點連接情況、樓梯外觀質(zhì)量等。

檢測結(jié)果表明，木樓梯除2層半休息平臺損傷嚴重外，其余位置外觀質(zhì)量正常，外露構(gòu)件節(jié)點連接處無明顯脫開跡象。

2層半休息平臺損傷具體表現(xiàn)為：①連接節(jié)點及裝飾板脫開 2層半至3層斜梯段木梁與休息平臺木梁連接處脫開，脫開深度為18～28mm；2層半至3層斜梯段側(cè)面扶手下方木梁與2層半休息平臺木柱連接處脫開，脫開深度為12～32mm；2層半至3層斜梯段底部裝飾板與2層半休息平臺底部裝飾板連接處脫開，脫開深度為8～35mm；2層半休息平臺少量木擱柵與休息平臺木梁連接處脫開，脫開深度約為21mm；2層半休息平臺西側(cè)木地板與踢腳線脫開，脫開深度約為13mm。②木構(gòu)件蟲蛀 2層半休息平臺南側(cè)存在較嚴重的蟲蛀情況，個別木擱柵及局部裝飾板蟲蛀嚴重，休息平臺木梁蟲蛀較嚴重，并伴有一定腐蝕，且在該區(qū)域發(fā)現(xiàn)白蟻糞便。③木構(gòu)件腐蝕 2層半休息平臺北側(cè)存在較嚴重的腐蝕情況，個別木擱柵腐蝕嚴重，休息平臺木梁腐蝕較嚴重。

2.2 休息平臺木梁撓度測量

現(xiàn)場測量木樓梯整層、半層高度處休息平臺木梁撓度，由于休息平臺木梁上方覆蓋木地板，下方設(shè)有裝飾板，木梁撓度不具備直接測量條件，為此通過測量木地板相對高差近似反映木梁撓度。

現(xiàn)場測量結(jié)果表明，除2層半休息平臺木梁撓跨比(1/196)超過正常使用極限狀態(tài)撓跨比限值(1/250)外，其余整層、半層高度處休息平臺木梁撓跨比(1/636～1/287)均在限值范圍內(nèi)，可知2層半休息平臺木梁撓度過大。

此外，還對2層半休息平臺相對高差進行測量，結(jié)果表明，休息平臺東側(cè)高度低于西側(cè)25.4～33.8mm，南北向中間高度低于兩側(cè)25.2～26.8mm。

2.3 其余區(qū)域損傷檢測

除木屋架少量桿件及個別檁條出現(xiàn)干裂外，其余承重結(jié)構(gòu)構(gòu)件使用正常，未見明顯結(jié)構(gòu)性損傷。抽查的木屋架及樓面木擱柵等與墻體連接節(jié)點未見明顯松動脫開跡象。底層承重墻使用正常，未見明顯潮濕、滲水發(fā)霉跡象。

2.4 房屋整體變形測量

房屋整體向西、北傾斜，向西傾斜率為3.09‰～9.31‰，平均傾斜率為5.52‰；向北傾斜率為4.24‰～7.91‰，平均傾斜率為6.13‰。

房屋整體相對高差測量結(jié)果表明，房屋東、西側(cè)面南高北低，最大相對高差分別為193，165mm，換算傾斜率分別為8.91‰，5.82‰；房屋北側(cè)面東高西低，最大相對高差為26mm，換算傾斜率為2.24‰。

3 結(jié)構(gòu)承載力驗算

現(xiàn)場實測黏土磚強度等級為MU7.5，砌筑砂漿強度等級為M1.0，磚墻面層加固砂漿強度等級為M20，新、舊混凝土強度等級分別為C30，C18。根據(jù)材料強度測試結(jié)果，結(jié)合房屋使用功能，采用結(jié)構(gòu)設(shè)計分析軟件盈建科對主體結(jié)構(gòu)在靜力作用下的承載力進行驗算。

木樓梯承載力驗算過程中，木材取為美松，等級取為TC17B，考慮強度折減系數(shù)0.8。驗算結(jié)果表明，在不考慮木樓梯木構(gòu)件已有腐蝕、蟲蛀、下?lián)献冃蔚戎T多不利因素影響下，木構(gòu)件承載力滿足要求，2層半休息平臺木梁最大應(yīng)力比為0.97，承載力富余量較小。

4 損傷評估

2層半休息平臺木梁西側(cè)支撐休息平臺的木擱柵，東側(cè)支撐2層至2層半、2層半至3層的斜梯段木梁與扶手下方木梁屬于木樓梯重要構(gòu)件，2層半構(gòu)件連接節(jié)點脫開的主要原因如下。

1)2層半休息平臺木梁端部出現(xiàn)較嚴重的蟲蛀及腐蝕，使構(gòu)件受力性能受到明顯削弱，包括構(gòu)件抗彎剛度、承載力等，進而在相同荷載作用下產(chǎn)生較正常情況下更大的撓度。

2)木梁端部損傷影響節(jié)點連接質(zhì)量，如端部節(jié)點約束減弱、節(jié)點產(chǎn)生一定轉(zhuǎn)動等，這在一定程度上加大了木梁跨中撓度，并使木梁產(chǎn)生一定量的向下位移。

3)2層半休息平臺兩側(cè)木擱柵蟲蛀或腐蝕嚴重，構(gòu)件已基本失效，導(dǎo)致休息平臺上的荷載主要由中間木擱柵承擔(dān)，而作為休息平臺木擱柵一端支撐點的木梁受到更大的跨中荷載作用，導(dǎo)致木梁跨中彎矩增加，進而加大木梁撓度。

4)2層半休息平臺部分木擱柵受力失效后，導(dǎo)致休息平臺木梁一側(cè)的側(cè)向約束削弱，木梁易產(chǎn)生側(cè)向位移。

由于2層半至3層斜梯段木梁或扶手下方木梁僅通過槽口榫(僅受壓)連接在休息平臺木梁或木柱上，無其他連接加強措施，當(dāng)2層半休息平臺木梁產(chǎn)生過大撓度及一定量的向下、側(cè)向位移時，2層半至3層斜梯段木梁或扶手下方木梁將從休息平臺木梁或木柱上的孔洞中拔出。

由于現(xiàn)狀測量與2007年測量時考慮的因素不同，2次測量結(jié)果存在一定差異。但總體來講，2次測量結(jié)果反映的傾斜規(guī)律基本一致，即房屋整體向西、北傾斜，2007—2020年房屋傾斜變化不明顯。由于房屋承重結(jié)構(gòu)與圍護結(jié)構(gòu)未見明顯變形損傷，可推斷房屋沉降基本穩(wěn)定。

5 結(jié)語

1)損傷檢測結(jié)果表明，木樓梯除局部存在嚴重損傷外，其余主體承重結(jié)構(gòu)與構(gòu)件基本正常。抽查的樓面木構(gòu)件與木屋架端部未見明顯松動脫開跡象，房屋存在一定量的不均勻沉降(推測沉降已穩(wěn)定)，綜合評定該房屋為基本完好。

2)建議更換木樓梯2層半休息平臺木梁，替換蟲蛀、腐蝕的木擱柵，并對其余木構(gòu)件進行全面蟻蝕、腐蝕病害普查與防治。

3)優(yōu)秀歷史保護建筑具有重要的歷史、文化與藝術(shù)價值，在日常使用過程中，應(yīng)加強對建筑的保護與檢查，發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)及時處理，確保房屋使用安全。