老舊建筑安全分析研究與探討

李杭杭

摘要：隨著老舊房屋使用時(shí)間延長，老舊建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件存在局部破損開裂現(xiàn)象，只有對老舊建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件損傷成因精準(zhǔn)分析后，才能對其進(jìn)行準(zhǔn)確維護(hù)與加固。老舊建筑檢測鑒定過程中，應(yīng)對結(jié)構(gòu)使用現(xiàn)狀及荷載變化情況進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查，裂縫檢測是一個(gè)極為重要且相對復(fù)雜的技術(shù)問題，直接影響房屋整體安全性評估及后續(xù)處理。老舊建筑結(jié)構(gòu)通過現(xiàn)場實(shí)際情況調(diào)查、缺陷分析及綜合安全性鑒定評估，對建筑后續(xù)加固處理具有重要意義。文章通過工程實(shí)例，針對老舊建筑結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)及使用現(xiàn)狀，系統(tǒng)分析研究其現(xiàn)狀的結(jié)構(gòu)安全，為建筑加固改造設(shè)計(jì)工作提供借鑒。

關(guān)鍵詞：老舊建筑；裂縫分析；結(jié)構(gòu)安全性鑒定

中圖分類號(hào)：TU241??????????????????????????? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0引言

經(jīng)市場調(diào)查，大多數(shù)老舊砌體結(jié)構(gòu)建筑已接近或超出使用年限，存在設(shè)計(jì)材料強(qiáng)度低、結(jié)構(gòu)綜合整體性差、結(jié)構(gòu)材料強(qiáng)度偏差大等缺點(diǎn)，同時(shí)老舊建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件存在開裂現(xiàn)象，準(zhǔn)確判斷結(jié)構(gòu)構(gòu)件裂縫是否影響結(jié)構(gòu)安全對房屋安全評估尤為重要。老舊建筑裂縫檢測與分析是工程技術(shù)人員不可避免的技術(shù)難題，建筑結(jié)構(gòu)的破壞和倒塌大多數(shù)始于裂縫早期出現(xiàn)及后期發(fā)展的程度，但并不是所有裂縫都會(huì)危及房屋結(jié)構(gòu)安全，裂縫成因比較復(fù)雜，準(zhǔn)確分析判斷裂縫成因?yàn)樵u估房屋安全及后續(xù)處理提供直接依據(jù)。通過墻體裂縫分析、現(xiàn)狀結(jié)構(gòu)構(gòu)件材料強(qiáng)度、材料耐久使用情況，綜合評估房屋安全性及修繕意見，故而老舊建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件裂縫成因分析，評估房屋安全對老舊建筑后續(xù)修繕和保護(hù)人民生命財(cái)產(chǎn)具有重要意義。

1結(jié)構(gòu)安全分析工作程序

1.1結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀調(diào)查

1.1.1? 地基基礎(chǔ)現(xiàn)狀調(diào)查

通過查閱有關(guān)圖紙資料，查閱圖紙?jiān)O(shè)計(jì)荷載、現(xiàn)場實(shí)際使用荷載調(diào)查、地基基礎(chǔ)、上部結(jié)構(gòu)、維護(hù)結(jié)構(gòu)破損情況調(diào)查。

1.1.2 上部結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀調(diào)查

調(diào)查結(jié)構(gòu)體系是否改變，結(jié)構(gòu)連接部位是否出現(xiàn)破損，對承重墻體局部拆除破損情況調(diào)查，承重墻體有無明顯變形，結(jié)構(gòu)間的連系構(gòu)造、圈梁和構(gòu)造柱體系。木屋架腐朽、蟲蛀及開裂現(xiàn)象。

墻體厚度、墻垛尺寸及開裂情況調(diào)查，應(yīng)包括結(jié)構(gòu)構(gòu)件的剛性連接情況。

砌體結(jié)構(gòu)材料和施工缺陷、縱橫墻連接處開裂情況，砌體機(jī)構(gòu)砂漿的粉化、酥堿。

1.2裂縫檢測

老舊建筑裂縫檢測分析過程中，首先要判斷裂縫是否穩(wěn)定，若裂縫穩(wěn)定，只需做一次檢測，其他情況應(yīng)持續(xù)周期性觀測，每次觀測應(yīng)做好裂縫變化記錄。

首先需要根據(jù)圖紙及房屋改擴(kuò)建歷史初步了解房屋基本結(jié)構(gòu)形式、其易產(chǎn)生裂縫及其成因等相關(guān)信息，根據(jù)現(xiàn)場初步調(diào)查結(jié)構(gòu)裂縫形式，判斷裂縫類型，對干縮裂縫、地基下沉裂縫、溫度裂縫、應(yīng)力集中裂縫、凍漲裂縫等進(jìn)行判斷分類。根據(jù)初步判斷結(jié)果分析重點(diǎn)檢測及調(diào)查內(nèi)容。

當(dāng)初步判斷是受力裂縫時(shí)，需重點(diǎn)調(diào)查結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖紙及計(jì)算書，調(diào)查實(shí)際荷載情況、檢測構(gòu)件實(shí)際強(qiáng)度等，進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算。當(dāng)初步判斷是沉降裂縫時(shí)，需要對裂縫整體分布情況、變化趨勢并結(jié)合必要檢測，綜合評估裂縫形成原因。

裂縫檢測過程中繪制裂縫整體分布圖，對裂縫的大小、長度及具體位置進(jìn)行詳細(xì)繪制。

結(jié)構(gòu)裂縫測量儀器有：塞尺、裂縫卡、裂縫顯微鏡等。

1.3結(jié)構(gòu)檢測

根據(jù)GB/T 50344-2019《建筑結(jié)構(gòu)檢測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》[1]，砌體結(jié)構(gòu)建筑檢測主要內(nèi)容：磚強(qiáng)度檢測、砂漿強(qiáng)度檢測、結(jié)構(gòu)垂直度檢測、地基沉降檢測等。

1.3.1? 磚強(qiáng)度檢測

根據(jù) GB/T 50315-2011《砌體工程現(xiàn)場檢測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》[2]的規(guī)定并結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，每層分別隨機(jī)抽取6片承重墻采用回彈法對磚抗壓強(qiáng)度進(jìn)行檢測，并判斷是否滿足相關(guān)規(guī)范要求。

1.3.2 砂漿強(qiáng)度檢測

根據(jù) GB/T 50315-2011《砌體工程現(xiàn)場檢測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》[2]的規(guī)定并結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，每層分別隨機(jī)抽取6片承重墻、每片墻上布置5個(gè)測區(qū)，采用回彈法對墻體砌筑砂漿抗壓強(qiáng)度進(jìn)行檢測，在進(jìn)行砂漿強(qiáng)度檢測的每個(gè)墻段測區(qū)內(nèi)隨機(jī)選取3處灰縫進(jìn)行砂漿碳化深度測量。評定砂漿強(qiáng)度時(shí)，已考慮實(shí)測碳化深度的影響。

1.3.3 結(jié)構(gòu)垂直度檢測

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，對該樓進(jìn)行傾斜觀測，觀測上部承重結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)側(cè)向位移，判斷是否滿足 GB 50292-2015《民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》[3]相關(guān)限值的要求。頂點(diǎn)位移是以該樓轉(zhuǎn)角部位為基準(zhǔn)取得的，采用經(jīng)緯儀進(jìn)行觀測。

1.3.4 地基沉降觀測

根據(jù) JGJ 8-2016《建筑變形測量規(guī)范》[4]的規(guī)定并結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，采用水準(zhǔn)儀對該樓地基進(jìn)行沉降觀測判斷局部傾斜滿足 GB 50070-2011《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》[5]相關(guān)要求。

結(jié)構(gòu)檢測儀器有：DS3型水準(zhǔn)儀，經(jīng)緯儀，磚回彈儀，砂漿回彈儀，激光測距儀。

1.4結(jié)構(gòu)負(fù)荷計(jì)算

（1）結(jié)構(gòu)分析軟件：采用中國建筑科學(xué)研究院開發(fā)的 PKPM 結(jié)構(gòu)分析軟件（2010版）。

（2）計(jì)算模型：按現(xiàn)場實(shí)測建立。

（3）構(gòu)件截面尺寸及強(qiáng)度：構(gòu)件截面尺寸按照現(xiàn)場實(shí)測值進(jìn)行取值，構(gòu)件強(qiáng)度按照實(shí)測強(qiáng)度進(jìn)行取值。

（4）荷載取值：按照實(shí)際情況及荷載規(guī)范要求。

1.5裂縫分析

（1）首先應(yīng)對建筑裂縫進(jìn)行分類，根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查結(jié)構(gòu)初步判斷裂縫形成原因及變化情況，排除非結(jié)構(gòu)荷載裂縫、沉降裂縫。對沉降裂縫及荷載裂縫進(jìn)行綜合分析，分析裂縫時(shí)通過初步判斷裂縫成因，補(bǔ)充相應(yīng)檢測方法，準(zhǔn)確判斷裂縫類別，對沉降裂縫通過局部探井開挖，檢測地基土、基礎(chǔ)情況；對荷載裂縫進(jìn)行現(xiàn)場實(shí)際荷載調(diào)查，局部計(jì)算分析的方法。裂縫應(yīng)先進(jìn)行單片墻體分析再進(jìn)行整體分析，但均應(yīng)考慮房屋結(jié)構(gòu)的整體性。

（2）應(yīng)在結(jié)構(gòu)構(gòu)件裂縫宏觀觀測的基礎(chǔ)上，繪制典型或主要裂縫分布圖，結(jié)合設(shè)計(jì)文件、維修記錄等綜合分析裂縫產(chǎn)生的原因，以及對結(jié)構(gòu)安全性、適用性、耐久性影響，初步確定裂縫的嚴(yán)重程度[7]。

1.6結(jié)構(gòu)安全分析

安全分析以 GB 50292-2015《民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》[2]的規(guī)定為基礎(chǔ)，結(jié)合該樓現(xiàn)場實(shí)際情況，核查并測取相關(guān)數(shù)據(jù)，作出安全性鑒定評級分別為 Asu 級、Bsu級、Csu級及Dsu級。

2工程實(shí)例

2.1工程概況

某住宅樓建造于1950年，該樓為三層磚木結(jié)構(gòu)，平面布置呈“一”字型，一、二層樓蓋采用混凝土現(xiàn)澆板，三層采用木屋蓋，一～三層層高均為2.7 m，建筑總長度為50.08 m，總寬度為8.88 m，結(jié)構(gòu)主體高度為8.1 m，建筑面積約為1336.0 m2，室內(nèi)外高差為0.30 m。該樓基礎(chǔ)采用磚條形基礎(chǔ)，一～三層墻體采用磚和混合砂漿砌筑，外墻厚度均為370 mm，內(nèi)墻厚度均為240 mm 。建筑四周散水局部破損，年久失修。該建筑整體地勢較低，采用無組織排水，雨季容易形成集水坑。

該建筑已超出正常使用年限，部分墻體出現(xiàn)嚴(yán)重斜裂縫，木屋蓋挑檐局部輕微破損，木屋架局部腐朽，存在蟲蛀現(xiàn)象。頂板底部局部粉層脫落，墻體底部水刷石層脫落及泛堿現(xiàn)象。

2.2結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀調(diào)查

2.2.1? 基礎(chǔ)情況調(diào)查

為查明該樓基礎(chǔ)情況，在該樓外縱墻處布置探井進(jìn)行開挖，經(jīng)檢測，該樓基礎(chǔ)采用磚條形基礎(chǔ)，未設(shè)置地圈梁，基礎(chǔ)埋置深度約為0.54 m，不滿足規(guī)范凍土標(biāo)準(zhǔn)凍結(jié)深度1.0 m 的要求。通過探井觀察地基土，地基土有浸水現(xiàn)象。

2.2.2 地基相對沉降觀測

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，采用水準(zhǔn)儀對該建筑物基礎(chǔ)進(jìn)行沉降觀測，檢測結(jié)果如圖1所示。從圖1看出，該樓的地基相對沉降量為0～47 mm，基礎(chǔ)局部傾斜率為0.00038～0.00618，基礎(chǔ)局部傾斜率不滿足 GB50007-2011《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》[5]第5.3.4條中關(guān)于“砌體承重結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的局部傾斜不大于0.002”的要求。

2.2.3 上部結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀調(diào)查

該建筑未設(shè)置圈梁及構(gòu)造柱，平面成“一”字型布置規(guī)則對稱，豎向承重墻體連續(xù)，沿高度沒有變化。水平構(gòu)件未發(fā)現(xiàn)裂縫，構(gòu)件之間連接完好，對房屋結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行全面檢查，均滿足原設(shè)計(jì)要求。承重墻體未進(jìn)行隨意改造，樓層使用荷載符合原設(shè)計(jì)要求。承重墻體局部存在酥堿、粉化現(xiàn)象，木屋架局部腐朽。

2.3結(jié)構(gòu)檢測

2.3.1? 砂漿強(qiáng)度檢測

根據(jù)《砌體工程現(xiàn)場檢測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50315-2011）[2]的規(guī)定及現(xiàn)場實(shí)際情況，采用回彈法在該樓隨機(jī)抽取承重墻進(jìn)行砂漿強(qiáng)度檢測，抽取樣本數(shù)量滿足要求，檢測結(jié)果見表1所列。

從表1看出，所抽檢的墻體砂漿強(qiáng)度推定值均不滿足 GB50011-2010（2016年版）《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》[6]第3.9.2條關(guān)于“砌筑砂漿強(qiáng)度等級不應(yīng)低于M5”的要求。抽檢砂漿碳化深度，在評定砂漿強(qiáng)度時(shí)，已考慮實(shí)測碳化深度的影響。

2.3.2 磚強(qiáng)度檢測

根據(jù) GB/T50315-2011《砌體工程現(xiàn)場檢測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》[2]的規(guī)定及現(xiàn)場實(shí)際情況，在該樓每層分別隨機(jī)抽取承重墻，采用回彈儀對磚強(qiáng)度進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果見表2所列。

從表2看出，所抽檢的一層～三層墻體磚推定強(qiáng)度等級為 MU7.5，均不滿足 GB50011-2010（2016年版）《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》[6]第3.9.2條中關(guān)于“普通磚和多孔磚的強(qiáng)度等級不應(yīng)低于 MU10”的要求。

2.3.3 傾斜觀測

對主體結(jié)構(gòu)四角及突出部位進(jìn)行沉降觀測，采用自上而下引垂線法進(jìn)行垂直度觀測。從圖2中看出，該樓上部承重結(jié)構(gòu)平面內(nèi)的頂點(diǎn)側(cè)向位移在5～56 mm，不滿足 GB 50292-2015《民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》[3]第7.3.10條“砌體結(jié)構(gòu)（H≤10 m）平面內(nèi)的頂點(diǎn)側(cè)向位移不大于 H/330（為33 mm）”的要求。

2.4裂縫檢測

經(jīng)現(xiàn)場裂縫檢測，裂縫主要為斜向裂縫，現(xiàn)場對該住宅樓出現(xiàn)的裂縫進(jìn)行了測繪，裂縫的分布具有如下特點(diǎn)：

（1）裂縫分布：在縱墻和橫墻上均有不同程度裂縫出現(xiàn)，主要體現(xiàn)在南北側(cè)縱墻上；

（2）裂縫形式：墻體裂縫形式以斜向裂縫為主；

（3）裂縫寬度：墻體裂縫寬度大部分在0.5～5.0 mm，最大裂縫寬度為6.5 mm。

2.5裂縫分析

2.5.1? 磚墻裂縫情況

該建筑結(jié)構(gòu)墻體存在不同程度裂縫，從裂縫的形狀看，分為兩類裂縫：一類為豎向裂縫；一類為斜向裂縫。從裂縫的特點(diǎn)看，斜縫多于豎縫，下部多于上部，且多為楔形裂縫，磚墻裂縫一般寬度在0.5～6.5 mm，經(jīng)分析絕大部分磚墻斜向裂縫與地基沉降有關(guān)，經(jīng)核查，墻體開裂嚴(yán)重部分地基有浸水現(xiàn)象，經(jīng)探查，地溝池壁嚴(yán)重裂縫，地溝內(nèi)管道銹蝕嚴(yán)重，曾出現(xiàn)漏水情況。裂縫整體分布如圖3所示。

2.5.2 地基下沉墻體開裂原因分析

從該樓調(diào)查與檢測結(jié)果可以看出，造成地基下沉，地基磚墻開裂的主要原因是地基浸水，由于該樓地基軟弱，壓縮變形較大，加之處于Ⅱ級自重濕陷性黃土地段，遇水濕陷更加敏感，累計(jì)的不均勻變形較大。

室內(nèi)外地溝未按設(shè)計(jì)采取防水措施，室外管網(wǎng)排水坡度、室外地坪排水坡度等皆不滿足規(guī)范要求，部分散水破損未及時(shí)修復(fù)，容易使雨水倒灌至基礎(chǔ)。這些因素是造成下沉的“內(nèi)因”，漏水是在成地基下沉的“外因”。

2.6計(jì)算負(fù)荷

2.6.1? 結(jié)構(gòu)驗(yàn)算的基本參數(shù)

（1）結(jié)構(gòu)分析軟件：采用中國建筑科學(xué)研究院開發(fā)的 PKPM 結(jié)構(gòu)分析軟件。

（2）計(jì)算模型：按現(xiàn)場實(shí)測建立。

（3）構(gòu)件截面尺寸及強(qiáng)度：構(gòu)件截面尺寸按照現(xiàn)場實(shí)測值進(jìn)行取值，構(gòu)件強(qiáng)度按照實(shí)測強(qiáng)度進(jìn)行取值。

（4）荷載取值：不上人屋面活荷載取0.5 kN/m2，住宅樓活荷載取2.0 kN/m2，樓梯間活荷載取2.0 kN/m2。

（5）地震參數(shù)：抗震設(shè)防烈度為8度，基本地震加速度為0.2 g，該建筑地震分組為第三組。

2.6.2 驗(yàn)算結(jié)果

通過對該樓墻體的承載能力進(jìn)行驗(yàn)算，該樓部分墻段的抗力與效應(yīng)之比小于1.0，根據(jù)承載力計(jì)算負(fù)荷結(jié)果：該樓一層砌體構(gòu)件bu級含量為81.8%；二層砌體構(gòu)件du級含量為77.0%。墻體承載力驗(yàn)算結(jié)果見表2所列。

2.7鑒定評級

根據(jù) GB50292-2015《民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》[3] 規(guī)定，結(jié)合沉降觀測結(jié)果及上部結(jié)構(gòu)中墻體裂縫情況，綜合分析：該樓地基基礎(chǔ)安全性等級評定為 Cu 級，該住宅樓上部結(jié)構(gòu)承載功能的安全性為 Du 級。

將該樓作為一個(gè)鑒定單元，根據(jù)地基基礎(chǔ)及上部承重結(jié)構(gòu)的鑒定評級結(jié)果，及GB50292-2015《民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》[3]第9.1條的規(guī)定，該建筑安全鑒定為Dsu。

3結(jié)論與展望

文章通過對老舊建筑現(xiàn)狀調(diào)查分析，老舊磚木結(jié)構(gòu)建筑砂漿實(shí)測強(qiáng)度低，結(jié)構(gòu)承載能力較低，存在較大安全隱患。老舊建筑年久失修，部分結(jié)構(gòu)構(gòu)件長期處于干濕循環(huán)環(huán)境，材料強(qiáng)度變化較大。老舊建筑安全分析評估對保障人民生命財(cái)產(chǎn)安全具有重要意義，針對老舊建筑安全評定及改造措施選取應(yīng)全方位、多方面整體準(zhǔn)確的綜合評判。

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