農村典型砌體結構房屋安全性能分析

米志敏

（山西人居土木工程檢測有限公司，山西 太原 030000）

0 引言

我國現有的農村居民房以磚混結構為主，且多為單層樓建筑。由于成本和施工技術水平的限制，大部分農村居民住房沒有遵循我國安全抗震規范進行施工，且鄉村施工企業往往依照傳統施工方案進行施工，部分施工原材料也存在不合格現象。我國廣大鄉村傳統農村居民住房不能達到當地應有的抗震要求，在發生緊急情況時會對鄉村民眾的生命安全產生影響，特別是在大型地震帶地區，更應該注重磚混結構的安全性能。

1 工程概況

在山西太原某村單層磚混結構房屋安全性能鑒定工作中，對農村居民住房承重結構子單元進行抗震檢驗，利用東華試驗系統對房屋抗震強度進行測試。山西太原某村地區抗震烈度均為7級。該農村居民房首次建成時間為1992年，在2010年得到了整體翻修，采用木瓦坡屋頂，屋頂框架采用木框架，縱向為檁條，橫向為木椽，上部為木護壁和瓦片[1]。架構平面如圖1所示。

圖1 山西太原某村某單坡屋頂砌體房屋建筑平面圖

2 農村典型砌體結構房屋安全性檢測

該課題從房屋外觀質量檢測、房屋側向位移檢測、房屋墻體磚和砌筑砂漿強度檢測、房屋混凝土構件強度檢測、房屋混凝土構件鋼筋配置情況、房屋震動測試等方面分析了農村典型砌體結構房屋的安全性檢測方法。

2.1 房屋外觀質量檢測

首先應對房屋外觀進行周密地檢查，檢查內容包含屋頂、地表、外墻結構、結構柱、環梁等構件的完好程度。本工程在進行外觀質量普查時發現本農村居住房外觀完整，沒有明顯損壞點、主體結構完整且具備一定強度。屋頂未發現缺磚缺瓦及裂縫；外墻磚塊無裂隙且狀態良好，但存在砂漿未填滿現象。結構柱和環梁沒有顯示任何損傷，如暴露的鋼筋生銹，混凝土開裂，蜂巢點蝕。門窗無腐蝕變形現象。地面基本狀況良好，但房屋內部存在一條主要裂隙，裂隙寬度最大處達到近3cm。現場人員推斷裂隙是因地基發生沉降而產生的，房屋主人應盡快處理該裂隙，以免突發情況導致危險。雖然該農村居民住房建成時間較長，但在2010年進行了翻新，即使房子的整體外觀還不錯，也需要對該農村居民住房進行進一步的抗震測試[2]。

2.2 房屋側向位移檢測

本項目測量人員按照《建筑變形測量規范》要求，使用經緯儀對農村居民住房進行變形監測，變形監測結果如表1所示。由表1可知，房屋轉角最大傾斜率為3.23‰，屋面最大橫向位移為10mm。而《民用建筑可靠性鑒定標準》中H≤7m，側向位移極限為25mm。該農村居民住房的橫向位移滿足要求，該農村居民住房的傾斜處于正常范疇之內[3]。

表1 橫向位移檢測結果

2.3 房屋墻體磚和砌筑砂漿強度檢測

抗震監測人員選擇回彈檢測法對該農村居住房建筑原料強度進行測試，選取六堵墻，共劃分36個測區。除去墻面灰泥表層，使磚塊和灰泥暴露于表面，并對磚塊和灰泥進行強度檢測[4]，見表2。

表2 磚塊和灰泥強度檢測結果

在本次試驗中，磚塊的平均抗壓強度為10.62MPa，標準抗壓強度為9.73MPa。根據《砌體工程現場檢測技術標準》，當磚塊平均抗壓強度超過10MPa時，磚塊的抗壓強度為MU10，超出《建筑物抗震評價標準》中對B類建筑磚塊抗壓強度的規定。根據《砌體工程現場試驗技術標準》的要求，對該農村居民住房建筑墻體的灰漿進行測驗，墻體砂漿平均強度為1.9MPa，而B級建筑要求砂漿平均強度為2.5MPa，該農村居民房砂漿強度不滿足居住要求[5]。

2.4 房屋混凝土構件強度檢測

根據《回彈法測試混凝土抗壓強度技術規范》，對結構柱和環梁進行強度測試，去掉室內裝飾面層，讓混凝土暴露于外界并進行測量，檢測結果如表3所示。

表3 混凝土強度檢測結果

由表3可知，被試混凝土結構柱和環梁混凝土回彈性強度假設值分別為19.2MPa和19.7MPa，滿足《建筑抗震鑒定標準》5.3.4中對B型建筑結構柱和環梁混凝土強度的最低要求C15。后續所建柱和環梁混凝土強度的建模和計算均基于此處的假定值[6]。

2.5 房屋混凝土構件鋼筋配置情況

根據《混凝土中鋼筋檢測技術規范》，采用鋼筋探測器對結構柱和環梁的鋼筋配置進行檢測，并對2-A結構柱和A-2-3環梁的鋼筋配置進行采樣。檢測結果如表4所示。

表4 混凝土構件實際鋼筋配置情況

由表4可知，受試結構柱和環梁的配筋配置均滿足設計要求。

2.6 房屋震動測試

采用東華試驗分析系統對農村居住房振動狀況和振動頻率進行監測。由于該農村居住房屋頂存在傾斜角度，測點布置存在一些局限性，所以只在屋頂懸挑設置9個測量點[7]實測出房屋震動曲線，如圖2和圖3所示。

圖2 豎向震動曲線

圖3 橫向震動曲線

由圖2和圖3可知，房屋縱向速度峰值為0.23mm/s，橫向速度峰值為0.11mm/s。同時，建筑縱向一階自振頻率為8.50Hz，橫向為14.76Hz。兩者都表明房屋的橫向抗側剛度均大于其縱向抗側剛度。

3 農村典型砌體結構房屋結構抗震承載力驗算

該農村居住房房屋主體結構抗震承載力驗算的計算模型如圖4所示。

圖4 主體結構計算模型

該農村居住房房屋主體結構和構件尺寸應進行實際測量，磚強度、砂漿強度和混凝土強度應以實驗結果為準。該農村居住房的屋頂具備一定坡度，但在建模時不對坡頂進行考慮，輸入農村居民房高度4m，屋面恒載為4.5kN/m2，活載為0.5kN/m2。地面層級為b級，抗震設計烈度根據本地抗震烈度計算書確定為7級。利用PKPM建筑施工安全計算軟件的殼元理論三維組合結構有限元分析模塊計算房屋自振頻率，得到該農村居民房豎向振動頻率約為9Hz，橫向振動頻率約為16Hz，實測豎向振動頻率和橫向振動頻率分別為8.5Hz和14.8Hz[8]。

質心與剛心位置計算結果表明，以A軸與1軸交點為原點時，該農村居住房質心與剛心位置較為接近。這表明該農村居住房結構的布置科學且合理，在遭遇劇烈震動時不易出現變形，能夠全方位展現出該農村居住房原材料的抗震性能。

通過PKPM建筑施工安全計算軟件的殼元理論三維組合結構有限元分析模塊對該農村居民住房結構進行抗震性能計算。該農村居民住房處于抗震設防烈度為7度的基本設防烈度下，墻體的抗震效果與抗震抗力之比如圖5所示。由圖5可以看出，該農村居民住房抗震驗算抗力與效應比值均大于1，滿足B類建筑《建筑物抗震鑒定標準》的要求。8度地震烈度下墻體的抗力和效應比如圖6所示。由圖6可知，在8地震烈度下，墻體的抗力和效應比仍然大于1。結果表明，該農村居民住房結構具有良好的抗震性能，超過了原有的7級抗震烈度，達到了8級抗震烈度的水平，能夠抵御住較為強烈的地震。現場測量人員還對該農村居民住房結構墻的承載力進行了測試，該農村居民住房結構墻的阻荷比處于7.5～27.5之間，遠大于1，滿足《砌體結構設計規范》對墻體承載能力的要求。該農村居民住房結構墻的高厚比處于6.0～11范圍之內，低于要求高厚比，符合《砌體結構設計規范》的要求[9]。

圖5 7度抗震驗算抗力和效應比

圖6 8度抗震驗算抗力和效應比

4 農村典型砌體結構房屋安全性能鑒定

農村典型砌體結構房屋安全性能鑒定包括房屋安全性鑒定和抗震檢測鑒定。

4.1 房屋安全性鑒定

根據《民用建筑可靠性鑒定標準》中上部承重結構安全鑒定的有關規定，對上部結構構件的安全性、結構完整性和結構側向位移進行了檢測，得出以下結論：

（1）在構件水平方面，結構柱和環梁的配筋滿足設計要求；混凝土強度滿足《民用建筑可靠性評價標準》標準要求；結構柱橫向位移滿足《民用建筑可靠性評價標準》標準要求，評價為Au級。墻體的抗壓承載力、高厚比滿足《砌體結構設計規范》的要求，墻體磚的強度滿足《建筑物抗震鑒定標準》的要求，但墻體砌體砂漿的強度不滿足《建筑物抗震鑒定標準》的要求。根據《民用建筑可靠性鑒定標準》的規定，評定為Au級。地面上發現從主入口內地板一直延伸到室外水域的裂隙，但未發現其他明顯裂隙，等級為Au級。

（2）結構完整性方面：本農村居住房主體結構合理，承重墻質量和剛度均達到要求，評價為A級；本農村居住房建筑長細比滿足《砌體結構設計規范》要求，墻體砌體質量達到優秀，構件狀態均良好，評定為A級。環梁品質、鋼筋混凝土品質均符合《砌體結構設計規范》要求，但該農村居民住房建筑沒有設置基礎環梁，評定為B級。根據《民用建筑可靠性評價標準》6.3.4規定，結構完整性評價為A級。

（3）結構側向位移：結構最大側向位移為10mm，低于6的限值。達到《民用建筑可靠性評價標準》5級，被評為Au級。

綜上所述，因為該農村居民房的砂漿強度沒有達到《砌體結構設計規范》，墻體不能被評為Cu級。而墻體作為該農村居民住房的主體承重構件，對整個結構的承重和抗震起著至關重要的作用，因此整個上層建筑子單元的安全識別等級定位在Cu級。根據現場檢查評價結果，建議對墻體進行重新加固，并對地基抗震程度進行抗震驗算[10]。

4.2 房屋抗震檢測鑒定

根據《建筑工程抗震設防分類標準》，該建筑抗震能力屬于C類，應按照當地標準抗震烈度進行計算。本區域設防烈度要求為7，對抗震措施進行校核和抗震計算。根據《建筑物抗震鑒定標準》中B型抗震鑒定方法，主要從抗震措施和抗震承載力兩個方面對其抗震性能進行評價：

（1）在結構抗震措施方面：通過現場檢驗結果與《建筑抗震識別標準》要求的對比，得出房屋的高度、層數、結構體系、整體連接結構均滿足《建筑抗震識別標準》要求，墻體砌體灰漿平均強度為1.9MPa，低于《砌體結構設計規范》的最低限值M2.5。本農村居住房承重墻和門洞間的最小寬度為0.37m，未達到《建筑物地震識別標準》中1.0m的最小限制。因此，還應該對建筑物的抗震承載力進行檢查[11]。

（2）抗震承載力方面：采用PKPM建筑施工安全計算軟件的殼元理論三維組合結構有限元分析模塊對該農村居住房的抗震能力進行校核，計算值與實測值接近，驗證了計算模型的精準性。結果表明，該農村住房的結構墻滿足7度和8度抗震力度要求，確保該農村居住房的抗震性能足夠優秀，能夠保證在高烈度地震下的人民生命安全。

5 結束語

總之，農村典型砌體結構房屋安全性能分析包括房屋安全性鑒定和抗震檢測鑒定。房屋安全性鑒定包括房屋外觀質量檢測、房屋側向位移檢測、房屋墻體磚和砌筑砂漿強度檢測、房屋混凝土構件強度檢測、房屋混凝土構件鋼筋配置情況、房屋震動測試等方面；抗震檢測鑒定主要是通過結構抗震承載力驗算來進行。該項目現場檢查評價認為，應對墻體進行重新加固；依據抗震驗算分析，房屋結構墻滿足7度和8度抗震力度要求。