砌體結(jié)構(gòu)房屋初始等級評價方法研究

■ 陳利展 Chen lizhan 周 穎 ZHOU Ying 李 玲 LI Ling 姚曉璐 YAO Xiaolu

0 引言

自2012 年浙江省寧波市江東區(qū)徐戎二村發(fā)生房屋倒塌事故以后，在寧波范圍內(nèi)統(tǒng)一組織了城鎮(zhèn)住宅房屋排查建檔工作，建立了城鎮(zhèn)住宅房屋的常態(tài)化、網(wǎng)格化監(jiān)管制度。為科學(xué)確定日常巡查頻率，合理分配管理資源，對建檔房屋進(jìn)行分級：按照房屋建造時間評定房屋初始等級，按照承重結(jié)構(gòu)損壞情況評定房屋損壞等級，并由初始等級和損壞等級按表判定房屋綜合等級[1]。

房屋初始等級是房屋綜合等級判斷的重要基礎(chǔ)，現(xiàn)行的房屋初始等級評定方法是由寧波市人民政府辦公廳于2014 年出臺的[2]，主要根據(jù)按建造時間將初始等級分為4 級：Ⅰcs 級（2000 年及以后建造的房屋）、Ⅱcs（1995—1999 年建造的房屋）、Ⅲcs（1980—1994 年建造的房屋）、Ⅳcs（1980 年以前建造的房屋）。由于出臺時比較倉促，未進(jìn)行專題研究，基本只考慮了存量多層住宅房屋在不同年代的總體數(shù)量占比情況，在應(yīng)用和實施過程中，存在考慮因素單一、時間段劃分不夠科學(xué)、地區(qū)建設(shè)水平存在差異等問題，亟待改進(jìn)。

本文以科學(xué)的方法確定房屋建造時間和結(jié)構(gòu)安全相關(guān)性，結(jié)合房屋的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，分析影響房屋初始等級的主要參數(shù)，建立合理的評判模型，以進(jìn)一步優(yōu)化現(xiàn)行多層砌體結(jié)構(gòu)房屋初始等級評定方法。

1 砌體結(jié)構(gòu)房屋初始等級影響因素

結(jié)構(gòu)設(shè)計、施工質(zhì)量、抗震構(gòu)造措施等因素都會對房屋結(jié)構(gòu)的可靠性產(chǎn)生影響，其薄弱環(huán)節(jié)在一定外力作用下不堪一擊。通過影響因素，對砌體結(jié)構(gòu)房屋初始等級進(jìn)行評定，必須給每個因素打分，即賦予各因素不同情況一定的分值，且分值越高代表房屋初始情況越好。

1.1 建造年代

對所有需備案的房屋進(jìn)行全覆蓋砂漿強(qiáng)度測量，會造成資源浪費(fèi)，且短時間內(nèi)無法完成。為此，結(jié)合寧波地區(qū)的建筑行業(yè)規(guī)范、規(guī)章制度、發(fā)展情況及已有鑒定報告，對不同年代竣工房屋的砂漿強(qiáng)度進(jìn)行歸納總結(jié)，進(jìn)而根據(jù)竣工年代，近似推斷期間建造砌體房屋的砂漿強(qiáng)度等級，將不易直接獲取的砂漿強(qiáng)度轉(zhuǎn)化為直觀的竣工年代數(shù)值（圖1）。

圖1 已鑒定多層砌體房屋砂漿強(qiáng)度與竣工年代對應(yīng)關(guān)系統(tǒng)計圖

不同建造年代的制造水平與房屋質(zhì)量密切相關(guān)，且材料強(qiáng)度也會隨著使用年限的增長不斷降低，因此，應(yīng)將建造年代作為房屋初始等級評定的參考因素?？紤]到寧波部分地區(qū)（如慈溪）90 年代前后的建造質(zhì)量相對80 年代更差，可對初始評定分?jǐn)?shù)進(jìn)行調(diào)整。故設(shè)置評分等級為：2000年及以后為4 分，1995—1999 年為3 分，1980—1994 年為2 分（慈溪為1 分），1980 年以前為1 分（慈溪為2 分）。

1.2 層數(shù)

多層砌體結(jié)構(gòu)房屋恒載和活荷載都隨著房屋層數(shù)的增加而增加，房屋的安全性與層數(shù)息息相關(guān)。根據(jù)大量調(diào)研，以砌體結(jié)構(gòu)每一樓層作為一個質(zhì)點(diǎn)，其具有的地震作用按照倒三角分布，且隨著層數(shù)增加，所需的抗傾覆要求也相應(yīng)提高。由于砌體材料的抗拉強(qiáng)度極低，砌體結(jié)構(gòu)要做到這點(diǎn)有一定難度[3]。因此，可考慮將層數(shù)作為房屋初始等級評定的參考因素之一。其評分等級設(shè)置為：2 層及以下為4 分，3～5 層為3 分，6 層為2分，6 層以上為1 分。

1.3 砌筑方式

砌體是一種由塊體和砂漿砌合而成的整體材料，在我國的應(yīng)用歷史悠久。隨著磚規(guī)格趨向統(tǒng)一，砌筑方式組合出了許多不同形式，如一順一丁、三順一丁、十字式等。按照磚墻之間是否有空氣間層，可將墻體分為空斗墻和實心墻。其中，空斗墻可以節(jié)省工料、減低造價，在南方應(yīng)用較為普遍。但是由于空斗墻脆性大、剛度退化快、抗剪能力弱，這種結(jié)構(gòu)的承載力較低；加上在地質(zhì)條件較差的南方地區(qū)又容易發(fā)生基礎(chǔ)沉降，墻體開裂的情況時有發(fā)生，且層數(shù)對此類房屋的整體抗震性能影響較大[4]。如2005 年江西九江地震中，空斗墻房屋震害嚴(yán)重。因此，在評分中設(shè)置：無空斗墻4 分，25%空斗墻3 分，50%空斗墻2分，75%空斗墻0分，100%空斗墻0 分。

1.4 構(gòu)造措施

脆性破壞對砌體結(jié)構(gòu)影響很大。在進(jìn)行抗震設(shè)計時，圈梁構(gòu)造柱的加入可以極大地改善砌體房屋構(gòu)件的破壞順序。非承重構(gòu)件需要盡可能耗散地震的能量，以延緩或減輕承重構(gòu)件的破壞情況[5]。

在進(jìn)行房屋初始等級評判時，應(yīng)考慮圈梁和構(gòu)造柱的因素，進(jìn)行評分。同時，從震害調(diào)查中也已發(fā)現(xiàn)，構(gòu)造柱約束墻體的范圍是有限的。因此，采用下列評分方法：兩者都具有的為4 分，只有圈梁為3 分，只有局部圈梁或只有構(gòu)造柱為2 分，兩者都沒有為1 分。

2 層次分析法

70 年代初，Saaty 等人提出了一種實用的數(shù)學(xué)方法，即層次分析法（AHP）。該方法將定性和定量分析相結(jié)合，是系統(tǒng)分析的重要工具，被廣泛應(yīng)用于經(jīng)濟(jì)管理領(lǐng)域和工程技術(shù)領(lǐng)域。

層次分析法分析的是不同因素對同一目標(biāo)的影響比重，因此，需首先建立遞階層次結(jié)構(gòu)，以上一層次某個元素對下一層次其他因素的支配關(guān)系，通過兩兩比較元素之間的相對重要性，并賦予分值來構(gòu)造判斷矩陣

[6]。比較第i個元素與第j元素的相對重要性時，使用數(shù)量化的相對權(quán)重aij來描述。假設(shè)共有n個元素參與比較，則C=(aij)n×n為成對比較矩陣（aij在1～9 及其倒數(shù)中進(jìn)行取值）。

本文中，房屋初始等級的評價包含4 個因素，分別為建造年代、層數(shù)、砌筑方式和是否有圈梁構(gòu)造柱，其兩兩元素之間的相對權(quán)重值計算如下：

由此可得4 個元素的權(quán)重向量ω=[0.3333 0.3333 0.1667 0.1667]。經(jīng)校驗，該式滿足一致性要求。

此時，采用層次分析法的房屋初始等級評價計算公式為：

式中，S為加權(quán)后分值；D為建造年代評分；E為層數(shù)評分；F為砌筑方法評分：G為圈梁構(gòu)造柱評分。

3 房屋初始等級評分方法

3.1 結(jié)構(gòu)承載力評判法

對典型砌體結(jié)構(gòu)房屋進(jìn)行建模計算，通過各墻體的計算結(jié)果，確定抗力與荷載效應(yīng)比值，明確構(gòu)件的安全程度。上部結(jié)構(gòu)荷載隨樓層增加而成倍增大，可作為荷載變量的主要參數(shù)。結(jié)合實際情況，在建模計算中，取樓面恒載3.5 kN/m2、活載2.0 kN/ m2。通常情況下，多層砌體結(jié)構(gòu)住宅開間3.8 m、進(jìn)深5 m、墻厚240 mm、層高3.0 m；砂漿強(qiáng)度一般為M0.4、M1.0、M1.5、M2.0、M2.5、M5.0；樓層層數(shù)為2層、4 層、6 層、7 層。計算模型簡圖如圖2 所示。

圖2 計算模型簡圖

對計算結(jié)果進(jìn)行分析，可總結(jié)出以下規(guī)律：①現(xiàn)澆板抗力與荷載效應(yīng)的比值普遍大于1.0，僅在樓層較高、砂漿強(qiáng)度偏低的情況下，出現(xiàn)略低于1.0 的情況。其中，當(dāng)砂漿強(qiáng)度為M0.4、樓層為6 層時，抗力與荷載效應(yīng)比值最低（僅為0.6），存在較大安全隱患。②預(yù)制板由于導(dǎo)荷面積增大，其抗力與荷載效應(yīng)的比值比現(xiàn)澆板更差。

后續(xù)統(tǒng)計中，也將現(xiàn)澆板和預(yù)制板的問題進(jìn)行融合，即：從2000 年開始采用現(xiàn)澆板承載力評級，之前則采用預(yù)制板承載力評級。綜合各種參數(shù)組合情況下的計算結(jié)果，最后形成多參數(shù)承載力評判表（表1）。

表1 不同建造年代多層砌體結(jié)構(gòu)房屋承載力及結(jié)構(gòu)體系初始等級情況

3.2 基數(shù)調(diào)整法

在基數(shù)調(diào)整法中，將一部分情況定義為Ⅲcs，按照砂漿強(qiáng)度等級、層數(shù)、砌筑方式、圈梁及構(gòu)造柱的情況，對初始等級進(jìn)行調(diào)整。例如，對于1980 年前建造的6 層及以上房屋，砂漿強(qiáng)度在M1.0 左右，無圈梁和構(gòu)造柱，若其頂層或者頂部兩層均為空斗墻，初始評定等級為Ⅲcs；若無空斗墻，則可相應(yīng)調(diào)整其初始等級為Ⅱcs；其余情況以此類推。部分評級為Ⅲcs 的1～2 層房屋情況如表2 所示。

表2 Ⅲcs 房屋（1～2 層）情況表

3.3 評判分值取值

按照上述兩種不同的等級評分方法，剔除一些明顯不可能存在的情況后，選取其中等級一致情況下的評分，采用層次分析法來劃定房屋初始等級的評級區(qū)間（表3）。

表3 房屋初始等級評級區(qū)間

4 案例應(yīng)用

至此，我們從理論上得到了“寧波市多層砌體結(jié)構(gòu)房屋初始等級評級表”。為了使評級表能更好地應(yīng)用于評級工作中，在對評級表進(jìn)行推廣應(yīng)用前，根據(jù)寧波市房屋實際情況，有必要對評定表格選取實際案例進(jìn)行驗證。在已鑒定的報告中，選取有代表性的實際案例，重新進(jìn)行初始等級評定。

4.1 1980—1994 年案例分析

根據(jù)“寧波市城鎮(zhèn)房屋安全信息檔案系統(tǒng)”管理辦法，對于1980—1994 年建造的房屋，其房屋初始等級評分均為Ⅲcs 級。采用本文的初始等級評價模式，對這期間的大量案例重新進(jìn)行評定。通過層次分析法評定后，部分房屋的初始等級保持原狀，相當(dāng)一部分房屋初始等級被下調(diào)為Ⅳcs，另有小部分房屋的初始等級可調(diào)整為Ⅱcs。因篇幅所限，僅列出典型結(jié)果（表4）。

表4 房屋初始等級評定因素列表（1980—1994）

4.2 1995—1999 年案例分析

根據(jù)“寧波市城鎮(zhèn)房屋安全信息檔案系統(tǒng)”的管理辦法，對于1995—1999 年建造的房屋，其房屋初始等級評分均為Ⅱcs 級。在已經(jīng)完成的鑒定報告中，選取相應(yīng)年代的案例重新進(jìn)行初始等級評定，按照層次分析法的原則，重新評定其初始等級。評定后，部分房屋的初始等級保持不變，另有部分房屋的初始等級調(diào)整為Ⅲcs。因篇幅所限，本文僅列出典型結(jié)果（表5）。

表5 房屋初始等級評定因素列表（1995—1999）

由此可以看出，引入層數(shù)、砌筑方式、圈梁構(gòu)造柱等不同因素后，房屋初始等級的劃分因房屋實際情況呈現(xiàn)梯度變化，使得房屋初始等級的評定更為科學(xué)、合理，為后續(xù)房屋動態(tài)監(jiān)測工作提供了資源配置的依據(jù)，同時，也極大地提高了工作效率。

5 結(jié)語

根據(jù)寧波地區(qū)現(xiàn)行的房屋建檔管理制度，由房屋初始等級和損壞等級來綜合判定房屋的綜合等級。然而，目前的房屋初始等級評定方法只按照房屋建造時間來確定，參考因素單一，與實際情況存在偏差，并不能準(zhǔn)確反應(yīng)房屋的初始情況。本文在科學(xué)確定房屋建造時間和結(jié)構(gòu)安全相關(guān)性的基礎(chǔ)上，結(jié)合房屋的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及大量檢測鑒定報告，建立了包含建造年代、層數(shù)、砌筑方式、構(gòu)造措施的評判模型，并采用層次分析法，得出各影響因素在房屋初始等級評價中的權(quán)重系數(shù)；同時，結(jié)合實際工程案例，對本文所述初始等級評定方法較原評判方法的優(yōu)勢進(jìn)行分析。研究成果對寧波市多層砌體結(jié)構(gòu)房屋初始等級的評判有一定的指導(dǎo)意義，可進(jìn)一步優(yōu)化城鎮(zhèn)住宅房屋的常態(tài)化網(wǎng)格化監(jiān)管制度。