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        古建筑木結(jié)構(gòu)抽樣檢測(cè)和安全性評(píng)估方法

        2020-11-16 08:09:06郭運(yùn)勇
        四川建筑 2020年5期
        關(guān)鍵詞:安全性影響檢測(cè)

        郭運(yùn)勇,徐 帥

        (1.德州德達(dá)城市建設(shè)投資運(yùn)營(yíng)有限公司,山東德州 253000;2.建筑經(jīng)濟(jì)雜志社,北京 100044))

        安全性鑒定與評(píng)估是保護(hù)古建筑木結(jié)構(gòu)這類文化遺產(chǎn)的重要舉措。古建筑木結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)中,一般會(huì)存在部分構(gòu)件受檢測(cè)設(shè)備、空間條件等因素影響而無(wú)法進(jìn)行檢測(cè),同時(shí),一般會(huì)因工作量、人員和設(shè)備數(shù)量等原因而采用抽樣檢測(cè)。因此,古建筑木結(jié)構(gòu)一般都是以有限的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行安全性評(píng)估。當(dāng)前,古建筑木結(jié)構(gòu)安全性評(píng)估方法主要有殘損點(diǎn)法[1]、評(píng)級(jí)法[2]和評(píng)分法[3]等,這些方法均從構(gòu)件殘損點(diǎn)開(kāi)始,逐步評(píng)估得出建筑物的安全等級(jí)。將抽樣檢測(cè)結(jié)果和安全性評(píng)估方法有機(jī)結(jié)合起來(lái),對(duì)于利用有限檢測(cè)結(jié)果對(duì)古建筑木結(jié)構(gòu)進(jìn)行安全性評(píng)估并獲得可靠的評(píng)估結(jié)果有著重要意義。

        本文通過(guò)對(duì)現(xiàn)有古建筑木結(jié)構(gòu)安全性評(píng)估方法的評(píng)估流程及要點(diǎn)進(jìn)行剖析,給出應(yīng)用抽樣檢測(cè)和安全性評(píng)估方法對(duì)古建筑木結(jié)構(gòu)進(jìn)行安全評(píng)估的建議。

        1 抽樣檢測(cè)和安全性評(píng)估

        影響評(píng)估結(jié)果可靠性的因素主要有:

        (1)檢測(cè)項(xiàng)目及評(píng)定標(biāo)準(zhǔn);

        (2)受檢構(gòu)件數(shù)量、類別和所在位置;

        (3)是否考慮檢測(cè)設(shè)備和操作等引起的誤差;

        (4)是否考慮不同構(gòu)件對(duì)整體安全性的貢獻(xiàn)差異;

        (5)是否考慮不同殘損類型及殘損程度對(duì)構(gòu)件安全性的影響差異;

        (6)是否考慮無(wú)法檢測(cè)構(gòu)件的健康狀況對(duì)整體安全性的影響;

        (7)是否對(duì)充分考慮檢測(cè)結(jié)果對(duì)整體安全性的影響。

        采用抽樣檢測(cè)方法,古建筑木結(jié)構(gòu)安全性評(píng)估就轉(zhuǎn)化為用樣本安全性去估計(jì)總體安全性的問(wèn)題。上述因素1和因素2決定樣本空間的可靠性,因素3決定檢測(cè)手段的可靠性,因素4~因素7決定評(píng)估方法的可靠性,因此,采用抽樣檢測(cè)方法評(píng)估古建筑木結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵在于:樣本、檢測(cè)手段和評(píng)估方法。

        2 鑒定因子安全性評(píng)估

        目前古建筑木結(jié)構(gòu)安全性評(píng)估方法主要有:殘損點(diǎn)法、評(píng)級(jí)法和評(píng)分法。這些評(píng)估方法均以定性鑒定為主,以定量鑒定為主,將建筑物劃分為不同級(jí)別和不同類別的鑒定因子,先分別對(duì)鑒定因子進(jìn)行安全性評(píng)估,再綜合得出建筑物的安全等級(jí)。因此,抽樣檢測(cè)和評(píng)估的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是利用有限的檢測(cè)結(jié)果對(duì)鑒定因子的安全等級(jí)做出合理的評(píng)價(jià)。

        2.1 構(gòu)件的安全性評(píng)估

        2.1.1 評(píng)定方法

        構(gòu)件安全等級(jí)的評(píng)定方法主要有:

        (1)根據(jù)檢測(cè)項(xiàng)目的最壞殘損程度評(píng)定構(gòu)件的安全等級(jí);

        (2)根據(jù)達(dá)到各殘損程度的檢測(cè)項(xiàng)目數(shù)量評(píng)定構(gòu)件的安全等級(jí);

        (3)分別指定各檢測(cè)項(xiàng)目一個(gè)權(quán)重,根據(jù)各檢測(cè)項(xiàng)目的殘損程度評(píng)分求構(gòu)件的綜合安全評(píng)估值,評(píng)定其安全等級(jí)。這些方法對(duì)抽樣檢測(cè)的適用性為方法1>方法2>方法3。

        2.1.2 評(píng)定注意要點(diǎn)

        對(duì)于構(gòu)件的安全等級(jí)評(píng)定應(yīng)注意以下幾點(diǎn):

        (1)同一檢測(cè)項(xiàng)目的同一殘損程度(除au級(jí)外)對(duì)于不同受力狀態(tài)構(gòu)件的安全性的影響是不同的;不同構(gòu)件的同一安全等級(jí)(除Au級(jí)外)所對(duì)應(yīng)的同一檢測(cè)項(xiàng)目的殘損程度應(yīng)是不同的。例如裂縫對(duì)于梁構(gòu)件的影響要遠(yuǎn)大于柱,因此梁構(gòu)件安全等級(jí)為Cu級(jí)所對(duì)應(yīng)的裂縫殘損程度與柱構(gòu)件安全等級(jí)為Cu級(jí)所對(duì)應(yīng)的裂縫殘損程度應(yīng)該是不相同的。因此構(gòu)件的各個(gè)檢測(cè)項(xiàng)目殘損程度應(yīng)根據(jù)構(gòu)件的類型設(shè)定不同的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)。

        (2)若按單一檢測(cè)項(xiàng)目進(jìn)行安全性評(píng)定,均得到同一安全等級(jí),那么這些檢測(cè)項(xiàng)目的殘損程度對(duì)構(gòu)件安全性的影響應(yīng)是等價(jià)的;當(dāng)構(gòu)件達(dá)到某一殘損程度(除au級(jí)外)的檢測(cè)項(xiàng)目達(dá)到某一數(shù)量時(shí),會(huì)使構(gòu)件的安全性繼續(xù)降低。例如對(duì)于承重柱構(gòu)件,殘損程度均為cu級(jí)的開(kāi)裂和腐朽等檢測(cè)項(xiàng)目,應(yīng)分別能夠使構(gòu)件安全性達(dá)到Cu級(jí),但當(dāng)殘損程度達(dá)到cu級(jí)的檢測(cè)項(xiàng)目達(dá)到某一數(shù)量時(shí),宜讓構(gòu)件的安全等級(jí)降至Du級(jí)。因此,在構(gòu)件安全性評(píng)估時(shí)應(yīng)考慮檢測(cè)項(xiàng)目類型、數(shù)量及殘損程度對(duì)其安全等級(jí)的綜合影響。

        (3)對(duì)于未檢測(cè)的殘損類型,應(yīng)不計(jì)入其殘損程度對(duì)構(gòu)件安全等級(jí)的影響。當(dāng)采用抽樣檢測(cè)或受到檢測(cè)設(shè)備、檢測(cè)條件等限制而部分檢測(cè)項(xiàng)目無(wú)法檢測(cè)時(shí),在評(píng)定構(gòu)件的安全等級(jí)時(shí),可認(rèn)為這些殘損類型不存在殘損點(diǎn)而不計(jì)其影響。

        2.2 子單元的安全性評(píng)估

        2.2.1 評(píng)定方法

        子單元安全等級(jí)的評(píng)定方法主要有:

        (1)根據(jù)構(gòu)件的最低安全等級(jí)評(píng)定子單元的安全等級(jí);

        (2)根據(jù)處于各安全等級(jí)的構(gòu)件的數(shù)量或比重評(píng)定子單元的安全等級(jí);

        (3)指定各構(gòu)件一個(gè)權(quán)重,根據(jù)構(gòu)件的綜合安全評(píng)估值求子單元的綜合安全評(píng)估值,評(píng)定其安全等級(jí)。這些方法對(duì)抽樣檢測(cè)的適用性為方法3>方法2>方法1。

        2.2.2 評(píng)定注意要點(diǎn)

        對(duì)于子單元的安全性評(píng)定應(yīng)注意以下幾點(diǎn):

        (1)不同構(gòu)件的同一安全等級(jí)(除Au級(jí)外)對(duì)于同一子單元安全等級(jí)的影響是不同的。例如對(duì)于承重木構(gòu)架,安全等級(jí)為Cu級(jí)的承重柱和隨梁枋對(duì)承重木構(gòu)架的安全性影響不同。因此,在子單元的安全性評(píng)定中,可將構(gòu)件按其對(duì)結(jié)構(gòu)承載能力和變形能力的影響程度分為重要構(gòu)件、一般構(gòu)件或構(gòu)造等,也可通過(guò)指定權(quán)重來(lái)反映這一點(diǎn)。

        (2)同一構(gòu)件的同一安全等級(jí)對(duì)不同結(jié)構(gòu)形式的同類子單元的影響可能不同。如穿斗式木結(jié)構(gòu)中的枋對(duì)結(jié)構(gòu)整體性和承載能力的影響要大于抬梁式木結(jié)構(gòu)中的枋。因此,在子單元的安全性評(píng)定中,可根據(jù)不同結(jié)構(gòu)類型的建筑物劃定不同的重要構(gòu)件集、一般構(gòu)件集,或建立不同的權(quán)重向量。

        (3)當(dāng)采用抽樣檢測(cè)時(shí),宜計(jì)入未檢測(cè)構(gòu)件的安全等級(jí)對(duì)子單元安全等級(jí)的影響(尤其是當(dāng)未檢測(cè)構(gòu)件為重要構(gòu)件時(shí)),未檢測(cè)的構(gòu)件應(yīng)按不低于所檢測(cè)構(gòu)件的最低安全等級(jí)和不高于Bu級(jí)處理。若不考慮未檢測(cè)構(gòu)件的安全等級(jí),則評(píng)估結(jié)果具有很強(qiáng)的片面性。木結(jié)構(gòu)古建筑均年代久遠(yuǎn),構(gòu)件的安全等級(jí)基本不會(huì)達(dá)到au級(jí);對(duì)于未檢測(cè)構(gòu)件來(lái)說(shuō),其安全等級(jí)的下限取值不應(yīng)低于已檢測(cè)構(gòu)件的最低安全等級(jí),從而保證鑒定和檢測(cè)的必要性和合理性。本文建議,未檢測(cè)構(gòu)件的安全等級(jí)可取其相鄰或接近的相同受力狀態(tài)的構(gòu)件中的最高安全等級(jí),但不宜為au級(jí)。

        2.3 鑒定單元的安全性評(píng)估

        鑒定單元安全等級(jí)宜取子單元中的最低安全等級(jí)。一般地,鑒定單元可劃分為承重子單元和非承重子單元,鑒定單元的安全等級(jí)宜主要由承重子單元的安全等級(jí)決定,而非承重子單元的安全等級(jí)宜用于修正最后的評(píng)估結(jié)果。

        3 工程案例

        本文選用工程為某皇陵隆恩門(mén)。隆恩門(mén)為五開(kāi)間兩進(jìn)七架梁木構(gòu)架,重檐歇山黃琉璃頂,有斗栱鋪?zhàn)鲗?,山墻為下肩腰線石干擺上身城磚糙砌抹灰,臺(tái)基為青白色石須彌座,南北各連三連面六級(jí)垂帶踏跺,立面圖見(jiàn)圖1。

        隆恩門(mén)于1953年揭瓦屋頂維修,1979年裝修明柱,2010年檐柱、中柱表層清理,并補(bǔ)做脫落缺失地仗。

        圖1 隆恩門(mén)南立面

        3.1 檢測(cè)和評(píng)估方案

        本文以隆恩門(mén)整棟建筑物為1個(gè)鑒定單元,再分為地基和臺(tái)基、承重木構(gòu)架和圍護(hù)結(jié)構(gòu)3個(gè)子單元,本次檢測(cè)以構(gòu)件的殘損為主。根據(jù)初步調(diào)查情況發(fā)現(xiàn),木構(gòu)件的殘損類型主要為材質(zhì)糟朽疏松、干縮裂縫,部分構(gòu)件缺失,存在少量脫榫和偏移情況。所以構(gòu)件取糟朽疏松、開(kāi)裂和偏移作為檢測(cè)項(xiàng)目,木構(gòu)架的整體性根據(jù)構(gòu)件的脫榫、缺失等情況進(jìn)行判定,由于當(dāng)前還沒(méi)有關(guān)于古建筑木結(jié)構(gòu)的安全性評(píng)定標(biāo)準(zhǔn),因此按GB 50292-1999《民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》[2]中關(guān)于木構(gòu)件安全等級(jí)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測(cè)和鑒定。

        現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)設(shè)備有卡尺、橡皮錘、FAKOPP應(yīng)力波、ILM阻抗儀(進(jìn)針?biāo)俣?00)、三維激光掃描儀等。受檢測(cè)設(shè)備和檢測(cè)空間的限制,只對(duì)柱、七架梁、五架梁等構(gòu)件使用儀器進(jìn)行檢測(cè)。斗栱、檁、椽的安全等級(jí)依據(jù)相鄰構(gòu)件的安全等級(jí)和現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)情況進(jìn)行判斷。

        3.2 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果

        現(xiàn)場(chǎng)部分檢測(cè)結(jié)果列于表1。

        表1 檢測(cè)結(jié)果

        3.3 安全評(píng)估結(jié)果

        采用評(píng)分法計(jì)算承重木構(gòu)架的綜合安全評(píng)估值。按1為完好無(wú)損、0.9為存在不影響功能的殘損、0.7為輕度殘損、0.5為中度殘損、0.3為重度殘損、0.1為喪失功能、0為破壞或缺失的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)對(duì)構(gòu)件的安全性進(jìn)行打分,安全等級(jí)與評(píng)分值的對(duì)應(yīng)關(guān)系為[0.9,1]-au級(jí)、[0.7,0.9)-bu級(jí)、[0.3,0.7)-cu級(jí)、[0,0.3)-du級(jí)。

        取構(gòu)件集空間(角柱,檐柱,金柱,七架梁,五架梁,三架梁,平身科斗拱,柱頭科斗拱,角科斗拱,檐檁,下金檁,上金檁,脊檁),每個(gè)構(gòu)件集中最低評(píng)分分別為(0.7,0.3,0.9,0.5,0.7,0.9,0.5,0.3,0.3,0.9,0.9,0.9,0.9),根據(jù)標(biāo)度法求得各構(gòu)件集的權(quán)重分別為(0.12,0.10,0.10,0.08,0.07,0.05,0.05,0.07,0.8,0.08,0.07,0.07,0.08),按加權(quán)求和法計(jì)算得承重木構(gòu)架的綜合安全評(píng)估值為0.66,安全等級(jí)為Cu級(jí),與殘損點(diǎn)法和評(píng)級(jí)法的評(píng)估結(jié)果相同。上述計(jì)算過(guò)程中,構(gòu)件集的劃分越細(xì),結(jié)果的可靠性越高。

        根據(jù)地基和臺(tái)基和圍護(hù)結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查情況,均未出現(xiàn)顯著影響其承載功能和變形功能的殘損,因此均評(píng)為Bu級(jí),則隆恩門(mén)的安全等級(jí)為Csu級(jí)。

        3.4 加固維修建議

        本次檢測(cè)發(fā)現(xiàn)部分柱根部木材疏松槽朽嚴(yán)重,建議進(jìn)行墩接;部分梁的鐵箍上的銷(xiāo)釘脫落,建議補(bǔ)全,并對(duì)梁表面的裂縫進(jìn)行嵌補(bǔ)或注膠修復(fù)。存在瓜柱碎裂,應(yīng)替換新構(gòu)件。還應(yīng)補(bǔ)全缺失的兩根枋和斗拱上的零件。對(duì)槽朽的椽條,應(yīng)進(jìn)行替換。

        4 結(jié)論

        (1)當(dāng)采用抽樣檢測(cè)方法對(duì)古建筑木結(jié)構(gòu)進(jìn)行安全性鑒定和評(píng)估時(shí),樣本空間、檢測(cè)手段和評(píng)估方法地選擇對(duì)安全性評(píng)估結(jié)果的可靠性影響較大。

        (2)采用抽樣檢測(cè)時(shí),檢測(cè)項(xiàng)目應(yīng)根據(jù)相關(guān)資料和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研選擇容易出現(xiàn)殘損點(diǎn)的殘損類型;構(gòu)件應(yīng)選取對(duì)建筑物整體安全性影響較大且易于檢測(cè)的構(gòu)件。

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