夏敬嬋

(甘肅省建筑科學(xué)研究院(集團(tuán))有限公司， 甘肅蘭州 730070)

由磚墻承重的空曠房屋是我國(guó)20世紀(jì)60～70年代的一種建筑形式，這種建筑形式多被用于禮堂、食堂、影劇院等，其中有些建筑基于其歷史意義，需要繼續(xù)保留，所以要確定該建筑目前的抗震性能。但是在這期間隨著規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的不斷更新，此類(lèi)建筑與現(xiàn)行規(guī)范之間存在著一定差異，以至于鑒定程序和方法不能按照常規(guī)方法進(jìn)行。本文通過(guò)規(guī)范理論結(jié)合單層空曠房屋實(shí)例，闡述了此類(lèi)房屋的抗震鑒定程序和方法。

1 工程概況

某部隊(duì)禮堂建造于20世紀(jì)70年代，為單層空曠房屋，采用磚墻承重。檐口高度為10.2 m。平面布置分為①軸～④軸前廳、⑤軸～軸觀眾廳、軸～軸舞臺(tái)3部分(圖1)組成。前廳為2層砌體結(jié)構(gòu)，底層為大廳，2層為活動(dòng)室，左、右兩側(cè)各設(shè)有雙跑樓梯，樓屋面采用預(yù)制空心樓板，前廳外面設(shè)6根等距混凝土廊柱。觀眾廳和舞臺(tái)為磚墻垛承重、屋架采用三角形鋼屋架，上設(shè)混凝土預(yù)制槽型板。舞臺(tái)兩側(cè)翼房以舞臺(tái)中軸對(duì)稱(chēng)布置，為2層砌體結(jié)構(gòu)，1層為休息室、2層為辦公室，樓屋面采用預(yù)制空心樓板，兩側(cè)翼房由舞臺(tái)后游廊連接。禮堂基礎(chǔ)采用混凝土條形基礎(chǔ)，墻體采用普通磚和混合砂漿砌筑，外墻厚度均為370 mm，內(nèi)墻部分采用370 mm，部分采用240 mm，壁柱尺寸為500 mm×1 000 mm。

根據(jù)規(guī)范[2]要求，該禮堂所在地區(qū)抗震設(shè)防烈度為8度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.2g，地震分組為第三組。經(jīng)與委托方協(xié)商，該禮堂后續(xù)使用年限為40年，按B類(lèi)單層空曠房屋進(jìn)行抗震性能鑒定[1]，抗震設(shè)防類(lèi)別為丙類(lèi)。

2 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查與檢測(cè)

2.1 地基基礎(chǔ)檢查

該禮堂建成至今已有50多年，經(jīng)調(diào)查得知，該禮堂的右上方區(qū)域?qū)儆谔罘絽^(qū)，加之在使用過(guò)程中的維護(hù)不當(dāng)，觀眾廳的上部結(jié)構(gòu)墻體中，～×M～K軸線、M×～軸線、×M～1/P軸線墻體出現(xiàn)斜向貫通裂縫，裂縫寬度在2.0～15.0 mm之間，開(kāi)裂最大寬度在×M～1/P軸線位置。前廳、舞臺(tái)區(qū)域無(wú)沉降裂縫、變形，該地基基礎(chǔ)無(wú)明顯靜載缺陷。

2.2 構(gòu)件損傷檢查

2.3 磚和砂漿強(qiáng)度檢測(cè)

現(xiàn)場(chǎng)對(duì)該禮堂抽取10片墻采用貫儀法進(jìn)行砌筑砂漿抗壓強(qiáng)度檢測(cè)，經(jīng)檢測(cè)：砂漿的抗壓強(qiáng)度值為M0.8，采用ZC4型回彈儀，進(jìn)行磚抗壓強(qiáng)度檢測(cè)，經(jīng)檢測(cè)，磚抗壓強(qiáng)度值為M7.5。

2.4 鋼屋架檢測(cè)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，將每榀屋架所抽取桿件表面的油漆打磨干凈后，采用卷尺、數(shù)顯卡尺和超聲波測(cè)厚儀檢測(cè)屋架桿件的尺寸。三角形屋架高為3.5 m，跨度為28 m，下弦桿采用兩不等邊角鋼(長(zhǎng)肢相連)組成的T形截面，角鋼截面尺90 mm×60 mm×6 mm，上弦桿采用兩等邊角鋼組成的T形截面，角鋼截面尺寸為110 mm×8 mm，腹桿采用等邊單角鋼，截面尺寸為60 mm×6 mm，檁條采用等邊角鋼，截面尺寸為45 mm×45 mm。在⑥軸～⑦軸、軸～軸、軸～軸間屋架上下弦分別設(shè)有橫向支撐。鋼屋架上下弦桿、腹桿和水平支撐等構(gòu)件節(jié)點(diǎn)連接良好，未發(fā)現(xiàn)有螺栓松動(dòng)情況，部分桿件表面有輕微銹蝕，檁條節(jié)點(diǎn)連接可靠，無(wú)位移現(xiàn)象。

3 抗震性能鑒定

該禮堂后續(xù)使用年限為40年，按B類(lèi)單層空曠房屋進(jìn)行抗震性能鑒定[2]。對(duì)于B類(lèi)單層空曠房屋，其抗震鑒定要求根據(jù)GB 50023-2009《建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》第9章要求，應(yīng)檢查結(jié)構(gòu)布置和構(gòu)造并按規(guī)定進(jìn)行抗震承載力驗(yàn)算，然后綜合評(píng)價(jià)其抗震能力。

圖1 禮堂建筑平面示意

3.1 抗震措施鑒定

3.1.1 結(jié)構(gòu)布置

經(jīng)核查，大廳的跨度為28 m，未采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；大廳和前廳之間未設(shè)防震縫，大廳和舞臺(tái)之間設(shè)有防震縫；大廳的磚柱為無(wú)筋壁柱墻體，根據(jù)鑒定標(biāo)準(zhǔn)要求，單層空曠房屋的大廳，支承屋蓋的承重結(jié)構(gòu)，8度時(shí)，有挑臺(tái)或跨度大于18 m或柱頂標(biāo)高大于8 m，應(yīng)為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；大廳和前后廳之間不宜設(shè)防震縫，大廳與兩側(cè)附屬房屋可不設(shè)防震縫，但應(yīng)加強(qiáng)相互的連接；大廳的磚柱宜為組合柱。所以，結(jié)構(gòu)布置不滿足鑒定標(biāo)準(zhǔn)的要求。

3.1.2 材料強(qiáng)度

經(jīng)檢測(cè)，磚強(qiáng)度等級(jí)為M7.5，滿足鑒定標(biāo)準(zhǔn)要求；砂漿強(qiáng)度等級(jí)為M0.8。根據(jù)鑒定標(biāo)準(zhǔn)要求，磚實(shí)際達(dá)到的強(qiáng)度等級(jí)，不宜低于MU7.5；砌筑砂漿實(shí)際達(dá)到的強(qiáng)度等級(jí)，不宜低于2.5。所以，不滿足鑒定標(biāo)準(zhǔn)的要求。

3.1.3 整體性連接

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，未設(shè)置圈梁，大廳與附屬房屋不設(shè)縫情況下，未在同一標(biāo)高處設(shè)置封閉圈梁。根據(jù)鑒定標(biāo)準(zhǔn)要求，大廳柱頂標(biāo)高處應(yīng)有現(xiàn)澆圈梁，并宜沿墻高每隔3 m左右有一道圈梁；大廳與附屬房屋不設(shè)防震縫時(shí)，應(yīng)在同一標(biāo)高處設(shè)置有封閉圈梁并在交接處拉通，墻體交接處應(yīng)沿墻高每隔不大于500 mm有2φ6 mm拉結(jié)鋼筋，且每邊伸入墻內(nèi)不宜小于1 m。所以，整體性連接不滿足鑒定標(biāo)準(zhǔn)的要求。

3.1.4 易損部位

3.1.5 屋蓋

綜上分析，由于結(jié)構(gòu)布置、材料強(qiáng)度、整體性連接、易損部位不滿足抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)的要求，故需進(jìn)行抗震承載力驗(yàn)算。

3.2 抗震承載力驗(yàn)算

依據(jù)GB 50023-2009《建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》，抗震承載力驗(yàn)算時(shí)按現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[3]的規(guī)定進(jìn)行縱、橫向抗震分析。將禮堂分為前廳、觀眾廳和舞臺(tái)3個(gè)獨(dú)立部分，分別進(jìn)行分析。

3.2.1 橫向抗震計(jì)算

無(wú)披屋觀眾廳的橫向分析是以單排架(圖2)的計(jì)算結(jié)果為基礎(chǔ)，根據(jù)整個(gè)房屋的橫向空間分析結(jié)果分別對(duì)單排架的基本周期和地震內(nèi)力乘以修正系數(shù)，從而獲得近似空間分析結(jié)果的排架柱地震內(nèi)力。

取觀眾廳的一個(gè)開(kāi)間作為計(jì)算單元，由于結(jié)構(gòu)是以縱軸為對(duì)稱(chēng)軸，可取半榀排架進(jìn)行橫向抗震承載力驗(yàn)算，屋蓋自重按2.5 kN/m2計(jì)算，雪荷載按0.15 kN/m2計(jì)算，磚墻容重按22 kN/m2。

圖2 觀眾廳排架計(jì)算(單位:mm)

3.2.1.1 自振周期計(jì)算

(1)

式中:φT為房屋整體工作的調(diào)整系數(shù)，當(dāng)為鋼筋混凝土無(wú)檁屋蓋，非焊接時(shí)，取0.7。

G為集中到柱頂?shù)陌腴偶艿闹亓奢d代表值，G=0.25GW+0.5Gr，GW為壁柱自重，Gr為屋蓋和雪荷載總重，屋蓋上恒荷載取靜力設(shè)計(jì)值的100%，雪荷載取50%；GW=10.2×1.04×22=233.38 kN，Gr=2.5×4×28+0.15×4×28×0.5=288.4 kN。

G=0.25×233.38+0.5×288.4=202.55 kN

3.2.1.2 水平地震作用

0.5×288.4=260.89 kN

3.2.1.3 壁柱柱底截面設(shè)計(jì)內(nèi)力和驗(yàn)算結(jié)果

M=±1.3×12.05×10.2=±159.78 kN·m

N=1.2×260.89=313.07 kN

經(jīng)過(guò)計(jì)算分析，該壁柱橫向水平地震作用偏心距大于0.6倍的截面重心至軸向力所在偏心方向截面邊緣的距離y1，不滿足鑒定要求。

3.2.2 縱向抗震計(jì)算

由于觀眾廳對(duì)稱(chēng)與縱軸，可取一片縱墻進(jìn)行抗震計(jì)算。沿墻高分段集中為4個(gè)質(zhì)點(diǎn)，作為確定水平地震作用的計(jì)算簡(jiǎn)圖(圖3)。

圖3 縱墻計(jì)算簡(jiǎn)(單位:mm)

3.2.2.1 集中到各質(zhì)點(diǎn)的重力荷載代表值

沿墻高度分段集中為4個(gè)質(zhì)點(diǎn)，質(zhì)點(diǎn)的重力荷載代表值計(jì)算如下：

G1={[0.5×(3.0+2.4)×32-1.8×0.9×2-

1.1×2×8]×0.36+0.5×(3.0+2.4)×

0.642×8}×22=713.88 kN

同上得出，G2=477.1kN,G3=591.2kN,G4=390.6 kN。

3.2.2.2 結(jié)構(gòu)底部地震剪力

因?yàn)榇u結(jié)構(gòu)影劇院的縱向自振周期很短，所以確定觀眾廳的結(jié)構(gòu)底部地震剪力時(shí)，地震影響系數(shù)可取最大值αmax。

591.2+390.6)=1846.86 kN

FEk=αmaxGeq=0.16×1846.86=295.50 kN

3.2.2.3 質(zhì)點(diǎn)水平地震作用

由式(2)確定各質(zhì)點(diǎn)地震力:

(2)

Gi，Gj分別為集中于質(zhì)點(diǎn)i,j重力荷載代表值；Hi，Hj分別為質(zhì)點(diǎn)i,j的計(jì)算高度。

×295.5=47.53 kN

同以上算法得出，F(xiàn)2=57.18 kN,F3=102.35 kN,F4=88.43 kN。

3.2.2.4 各墻段的水平地震剪力

由式(3)確定各墻段水平地震剪力:

(3)

V1=295.49 kN，V2=247.96 kN，

V3=190.78 kN，V4=88.43 kN。

3.2.2.5 抗震承載力驗(yàn)算

沿高度劃分的每段墻的各墻肢按剛度分配地震剪力，即：

(4)

某計(jì)算高度處各墻肢按規(guī)范[4]的規(guī)定進(jìn)行抗震承載力驗(yàn)算，即：

V≤fVEA/γRE

(5)

其中抗震承載力調(diào)整系數(shù)γRE取0.9。

根據(jù)墻體開(kāi)洞情況，可得知，沿墻高第2段的墻肢屬于受剪最不利位置，各墻肢抗震承載力驗(yàn)算結(jié)果見(jiàn)表2。

經(jīng)過(guò)計(jì)算分析，觀眾廳的壁柱不能滿足鑒定要求，需采取必要的加固措施。

前廳或舞臺(tái)部分橫向抗震計(jì)算時(shí)，磚墻所承擔(dān)的水平地震力包括：該部分自身質(zhì)量所引起的地震力和通過(guò)房屋空間作用傳來(lái)的觀眾廳的部分地震力。前者可采用底部剪力法計(jì)算得到，后者可近似地取觀眾廳部分的總地震力扣除觀眾廳排架所承擔(dān)的地震力。

表2 縱向地震作用下抗震承載力驗(yàn)算

前廳部分縱向地震作用下的變形仍以層間剪切變形為主，因而確定樓層水平地震作用時(shí)仍可采用底部剪力法。樓層縱向地震剪力也是按各片縱墻的剛度比例分配?？v墻若被門(mén)窗洞口分割成多個(gè)墻肢時(shí)，該片縱墻承擔(dān)的地震剪力按各墻肢的剛度比例分配到墻肢。舞臺(tái)的主體結(jié)構(gòu)若是觀眾廳的延伸，則其縱向計(jì)算可以和觀眾廳合并進(jìn)行，若舞臺(tái)部分寬于觀眾廳，或舞臺(tái)部分的屋架布置方向同觀眾廳屋架方向垂直，則根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分別進(jìn)行抗震驗(yàn)算。

4 結(jié)束語(yǔ)

由磚墻承重的空曠房屋建造年代比較早，抗震鑒定工作不能當(dāng)做普通砌體結(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn)行，本文通過(guò)實(shí)例分析，詳細(xì)闡述了單層空曠房屋的抗震鑒定程序和承載力驗(yàn)算方法。這對(duì)于類(lèi)似老舊空曠房屋的抗震鑒定工作具有一定的參考意義。