张东海
(太原市建筑工程质量检测站,山西太原 030002)
由于汶川大地震中中小学破坏最为严重,给当地的学生们身体上以及心理上造成了非常大的伤害。汶川大地震给社会和政府提出了一个非常严重的问题,就是学校的安全问题,当灾害来临的时候学校是否能保障学生们的人身安全。对此,国家在全国展开了中小学校舍抗震安全鉴定工作,以确保学校的安全性能,为学生们提供一个安全可靠的求学场所。
经过三年多时间,现阶段中小学校舍抗震安全鉴定工作已基本完成,需加固的校舍也基本完成。经鉴定排查,我国大多数中小学,尤其是城镇及乡村学校的教学楼的结构形式均为砖混结构,甚至是平房。农村的学校绝大部分是由当地村民自行修建,并没有经过设计,也没有正规的施工过程。在鉴定的过程中发现此类学校的校舍中存在一些普遍的问题。
经现场大量的检测鉴定,在校舍建筑中以下几种裂缝较为常见:1)建筑物底层纵墙两端的斜裂缝;2)建筑物底层中部及建筑物阳角处的斜裂缝;3)底层窗间墙体上的水平裂缝;4)底层较宽窗洞口下的窗下墙体的竖向裂缝;5)建筑物顶层纵墙两端的斜向裂缝;6)建筑物顶层圈梁下水平裂缝;7)门窗洞口上角处的斜裂缝;8)教室大梁下从梁底向墙体两侧延伸的斜裂缝(见图1,图2)。
前四种裂缝成因主要是由于地基的不均匀沉降,使得纵向墙体承受较大的竖向剪力,气体的拉应力超过其抗拉强度造成的;建筑物顶层的斜裂缝及圈梁底部的水平裂缝主要是由于温差变化过大造成的,当温差产生的内应力超过砌体房屋的有效抗力时,经常会在砌体房屋的顶层发生斜向、水平裂缝;地基的不均匀沉降及温差的变化都会在门窗洞口上角处产生斜裂缝;由于梁底承受有较大的集中荷载,而梁底又没有梁垫或者没有圈梁时经常会由于局部抗压能力不足而在梁底产生裂缝。
图1 常见沉降引起建筑物的墙体裂缝
图2 常见温度变化引起的墙体裂缝
对于我省绝大部分农村乡镇的学校,其校舍的修建年代已久,且当时我省农村乡镇的经济条件落后,工程技术传统、落后。学校的建设主要是依靠当地传统的工程技术及条件来完成,并且绝大多数没有设计方案,施工操作不规范。所以,从现在专业规范的工程技术角度来看,当时建造的房屋在构造措施方面存在许多问题。
1)地基基础。
在校舍安全鉴定当中,建于20世纪90年代及以前的教学楼的基础,大多采用刚性基础,常见的基础形式为墙下毛石基础或者墙下砖基础。地基基础没有采取防水防渗措施,由于此类型基础整体性较差,长期受地下水浸泡,导致建筑物不均匀沉降现象较为严重,引起上部结构墙体出现由沉降造成的裂缝。
2)圈梁和构造柱的设置。
在农村乡镇的中小学校舍建筑中,圈梁的布置比较合理,大多数建筑墙体下均有地梁,且每层均设置圈梁。但是,构造柱的设置就差别很大。教学楼的横墙间距较大,横墙之间一般都设有承重横梁,所以导致在横梁的支撑部位局部压应力比较大,一般在教室横梁的下方大多没有设置构造柱,在较大的集中荷载作用下,横梁下方的窗间墙会出现斜裂缝,这是由于墙肢不满足墙体的受压承载力造成的。
3)预制楼板的搭接。
建于二十世纪八九十年代的校舍,绝大多数楼板均采用混凝土预制空心板形式。预制板形式的楼盖整体性较差,楼板平面内刚度较小,不利于抗震。在水平荷载作用下,预制楼板的安全性与其在承重墙或者梁上的搭接长度有很大关系。在预制板与墙或梁搭接部位经常会发现有裂缝存在,有的裂缝宽度达3 mm左右,这说明在预制板楼盖中,预制板与预制板,预制板与梁或墙并没有牢固的连接措施,导致在长期的荷载作用下预制板搭接缝开裂。这种情况在地震来临时是一个非常大的安全隐患。
4)其他措施。
a.砖混结构的教学楼的横墙间距一般较大,常见的横墙间距在9 m左右。依据设计规范GB 50003-2011砌体结构设计规范规定,砌体结构横墙间距肯定是不符合要求的,但是为了教室的使用空间,必须采用大的横墙间距,所以就有必要增强教学楼横向的抗震能力,来保证地震作用下结构的安全。b.教室的窗洞口一般较大。在教室外纵墙上开设较大的洞口,会严重的削弱纵墙的有效面积,而降低其抵抗力。底层的窗间墙体一般轴力较大,如果墙肢截面过小,会造成受压能力不足,如果有地基不均匀沉降的影响,更会对窗间墙体的受力有不利影响。
建于二十世纪八九十年代的中小学校舍绝大多数为砖混结构,而砂浆作为粘结砖砌体的主要材料,其重要性不言而喻。但是,在校舍检查鉴定中发现,建于二十世纪八九十年代的校舍建筑的砂浆风化现象普遍,砂浆呈酥松状,粘结力丧失严重,砂浆强度非常低。酥松的砂浆用回弹法很难准确的测出其强度,给现场检测带来很大的困难。
1)砂浆材料问题。
在大量的检测现场发现,大部分教学楼的砌筑砂浆含泥量较大。含泥量大造成砂浆自身的粘结力降低,也会降低砂浆与砖的粘结作用,随着时间的增长,砂浆风化严重。有些砂浆采用石粉代替砂子,此类砂浆和易性差,砂浆砌筑质量差,厚度不均匀,填充不饱满。
2)保护措施。
风化的砂浆松散、干酥,经风化后的砂浆强度极低。抵御砂浆风化是保护砂浆强度的有效措施,墙体砂浆保护措施差的建筑物,砂浆风化现象严重,给砂浆强度的准确检测带来一定难度,不论是回弹法检测还是贯入法检测,均难以测出其真实强度。
1)墙体裂缝主要表现为温度裂缝、沉降裂缝等非受力裂缝和局部受压承载力不足造成的裂缝;
2)大部分预制板的搭接与连接没有可靠的连接措施,预制板开裂现象普遍;
3)建成年代近二十年及以上的建筑物的砂浆强度严重偏低,砂浆普遍有风化、酥松等现象。
[1]GB/T 50315-2011,砌体工程现场检测技术标准[S].
[2]GB 50003-2011,砌体结构设计规范[S].