空斗墻房屋抗震鑒定與加固措施探討

孫 波, 陳麗明, 鄭昊然

(浙江榮陽城鄉規劃設計有限公司, 浙江杭州 310023)

0 引言

空斗墻房屋主要分布于我國華東、中南地區,作為一種承重結構形式,常用于不超過3層的住宅、宿舍、辦公樓等。與實砌普通墻體相比,空斗墻具有節約磚用量、減輕結構自重、隔聲隔熱性能好等優勢,但同時也存在豎向承載力較低、整體性較差、墻體容易開裂等缺陷[1-2]。據調查統計,在江西、福建、浙江、湖北、湖南等地鄉鎮存在很多空斗墻房屋,且該部分房屋主要建于20世紀80～90年代,使用年限較長,結構安全風險很大。由于城市規劃、古城保護以及經濟因素等原因,部分老舊空斗墻房屋不能全部拆除重建,對此部分空斗墻房屋進行鑒定加固是一個比較緊迫的課題。本文以浙江省嵊州市崇仁鎮某衛生院1#樓鑒定加固為例,對空斗墻房屋的抗震鑒定進行分析討論,并提出合適的加固方案。

1 工程概況

浙江省嵊州市崇仁鎮衛生院1#樓建于上實際八十年代,建筑面積1 330 m2,總建筑高度約11.6 m,寬度為12 m,高寬比為0.97,建筑外貌及標準層平橫墻承重體系,房間開間大部分為3.5 m,進深為4.5 m。根據現場勘查情況,除樓梯間為實墻外,其余墻體均采用240 mm厚空斗墻,砌筑方式為三斗一眠。樓屋蓋均為預制混凝土空心板,構造柱較少,圈梁尺寸未滿布且截面高度不滿足要求。按照業主后續使用要求,本工程擬改造為辦公樓。

2 抗震鑒定

現行規范標準中,GB 50003-2011《砌體結構設計規范》[3]、GB 50011-2011《建筑抗震設計規范》[4]等均未將空斗墻有關內容列入規范中,GB 50023-209《建筑抗震鑒定標準》[5]中A類砌體房屋有部分關于空斗墻的規定。根據該標準關于A類砌體房屋抗震鑒定方法,對本工程進行兩級鑒定。第一級鑒定以宏觀控制和構造鑒定為主及逆行綜合評價,第二級鑒定以抗震驗算為主,結合構造影響進行綜合評價。

2.1 一級鑒定

本工程項目所在地抗震設防烈度為6度,設計基本地震加速度值為0.05g,設計地震分組為第一組,建筑使用功能為辦公樓,屬于丙類建筑。按GB 50023-2009《建筑抗震鑒定標準》檢測見表1。

表1 一級鑒定結果

根據以上鑒定結果,可以認為該空斗墻房屋現有的房屋高度、結構體系、整體性連接等不符合一級鑒定的要求,應按照規定進行二級鑒定。

2.2 二級鑒定

目前,現有規范關于空斗墻房屋的承載能力計算無相應理論支持,大部分計算均是基于實驗結果的簡化計算。周立朋[6]提出,在建模過程中,將墻體抗壓強度和抗剪強度基于實砌墻體規范值進行折減,同時將材料容重進行調整計算。

王世雄等[7]認為在進行抗震強度驗算時,對于空斗墻建筑可以將墻體的厚度折減為實砌墻體的1/2進行建模計算。以上2種計算方法是當前最主要的計算模式,但很大程度是基于經驗的判斷,都存在相應的不足。結合周水平[8]的研究結果和GBJ3-88《砌體結構設計規范》[9]等要求,建議按以下方法進行電算:

(1)砌體材料自重按砌筑方式進行比例換算,采用三斗一眠砌筑時,墻體自重值約為14 kN/m3。

(2)墻體厚度按實際厚度240 mm輸入。

(3)根據GBJ3-88《砌體結構設計規范》中給出的一磚厚空斗砌體抗壓強度設計值(表2)和GB50003-2011《砌體結構設計規范》中燒結普通磚抗壓強度設計值(表3),首先按照現場實測的砌體強度和砂漿強度換算為空斗墻砌體的抗壓強度,再與現行規范砌體和砂漿強度進行對照,轉換成實砌燒結磚墻計算。

表2 一磚厚空斗砌體抗壓強度設計值

表3 燒結普通磚抗壓強度設計值

采用上述方法可以用實砌墻體模擬空斗墻運算。圖1為1層墻體抗力與荷載效應比值。經計算分析可知,該房屋1層大部分墻體抗壓承載能力不足,2層局部墻體抗壓承載能力不足,且大部分墻體高厚比均不滿足要求。

圖1 1層墻體抗力與荷載效應比

2.3 鑒定結論

綜合兩級鑒定的結果,初步判斷該房屋主要存在問題:

(1)房屋高度、抗震墻間距超限。

(2)1～2層墻體抗壓承載力不足。

(3)整體性連接措施不足,圈梁未拉通,構造柱較少,預制樓板與墻體連接較弱。從鑒定結果來看,如果按照辦公樓使用,必須進行加固,否則無法保證結構安全。

3 加固措施

關于空斗墻房屋的加固措施,現有規范無明確規定。尚卿、錢華君等[10-11]通過試驗研究表明,采用鋼筋網面層加固空斗墻,可以顯著提高結構的延性和抗震性能。湯偉民、田世民等[12-13]研究認為,采用外加構造柱和圈梁可以有效地提高結構的抗震承載力。結合抗震鑒定結論,本項目工程加固以提高墻體抗壓承載力,增強整體性連接為主。

3.1 主要加固措施

3.1.1 增設構造柱

在外墻四角、內外墻交接處、內縱墻與外墻交接處、樓梯間四角等位置設置構造柱,由底至頂通高設置,具體位置見圖2,構造柱截面300 mm×200 mm,與內墻連接做法見圖3。

圖2 構造柱、圈梁和拉桿布置

圖3 內外墻交接處構造柱做法(單位:mm)

3.1.2 增設外圈梁和內墻拉桿

沿每層樓屋蓋設置外圈梁(圖4),截面尺寸為200 mm×240 mm。內墻圈梁采用鋼拉桿代替(圖5),沿每個開間橫墻和內縱墻兩側布置,鋼拉桿規格為2φ16 mm。

圖4 圈梁與外墻連接(單位:mm)

圖5 鋼拉桿與縱橫墻連接做法(單位:mm)

3.1.3 采用雙面砂漿加固墻體

雙面鋼筋網砂漿加固墻體是當前解決砌體承載力偏低、穩定性較差等問題的有效方式。本項目縱橫墻全屋高度采用雙面鋼筋網砂漿加固(圖6),縱向受力鋼筋直徑為φ8@200 mm,水平分布筋為φ6@200 mm,鋼筋網通過穿墻的S形筋進行拉結,拉結鋼筋呈梅花狀布置,水平和豎向間距均為400 mm。

圖6 雙面砂漿加固墻體做法

3.1.4 加固預制樓板

預制樓板孔洞較多,承載能力低,整體性較差,不符合抗震要求。為加強樓蓋整體性連接,在預制樓板面層增加一道混凝土現澆疊合層,厚度為50 mm,配筋為φ10@150 mm,雙向通長布置(圖7)。

圖7 預制樓板混凝土疊合層做法

以上是本工程加固的主要措施,作為空斗墻結構加固,與常規砌體加固不同的是:一是作為加強連接用的混凝土鍵規格盡可能與磚的模數一致,寬度同墻厚;二是所有錨筋及穿墻鋼筋宜通過灰縫穿過,不宜在磚墻上開孔,特別是斗磚不宜直接開孔。

3.2 加固效果評估

按照以上加固措施,對該空斗墻結構進行建模運算,圖8為加固后1層墻體抗力與荷載效應比結果。從電算結果看,加固后墻體抗壓承載力大幅提高,基本滿足使用需求。實踐證明本次加固措施比較可行,基本達到預期目的。

圖8 加固后1層墻體抗力與荷載效應比結果

4 結束語

(1)按照現行的規范標準,空斗墻房屋的抗震鑒定僅能參照GB 50023-2009《建筑抗震鑒定標準》A類砌體房屋和GBJ3-88《砌體結構設計規范》實施。電算結果顯示,該計算模型是比較可靠的,可以為后續的加固計算提供依據。

(2)空斗墻房屋的加固以構造措施為主。本文結合工程實例,提出采用增加圈梁、構造柱和雙面砂漿抹灰等多措施結合進行加固,較好地解決空斗墻房屋整體性較差、承載能力不足的缺點。

(3)空斗墻房屋加固與常規砌體加固有所區別,在構造連接上應加強對原墻體保護,不得在空斗墻直接穿孔開洞。