李承芳,邱 斌,2,3,赵宝生,2,3
(1.云南省建筑结构与新材料企业重点实验室,云南昆明650223;2.昆明市建筑工程结构安全和新技术重点实验室,云南昆明650223;3.云南省建筑科学研究院,云南昆明650223)
农村危房认定、改造作为精准扶贫工作的重要一部分,是党和政府进行脱贫攻坚战的重要一环,引起了政府与群众的广泛注意。
2017年8月笔者协同云南省某市住建部门对该地区部分乡镇的农村房屋进行了调研,调研发现该地区农村房屋主要由石砌体结构、砖砌体及木结构组成,其中石砌体房屋普遍为一层建筑,个别为二层建筑,砖砌体(或其他砌块砌体)房屋普遍为一二层建筑,木结构一层与二层均有。
农村房屋基本未进行正规设计,施工则由当地施工队伍进行施工,施工质量较差,同时使用者无维护意识、部分人员经济条件较差,住房年久失修,加之材料性能随时间衰退,导致农村现有房屋存在种种问题。
本文基于2017年8月对云南省某地区乡镇农村危房认定工作中发现的种种问题,结合相关规范标准,对农村危房进行科学、规范的改造提供部分建议。
现存农村石砌体结构的房屋一般无正规设计,采用石砌体墙与木屋(楼)盖或石砌体墙与钢筋混凝土屋(楼)盖的结构型式,基本无抗震构造措施,由当地施工队伍进行施工,施工工艺未完全按照相关规范执行,存在众多缺陷,本节主要针对调研中发现的问题进行汇总说明。
石砌体墙存在如图1所示的石材、砂浆风化现象,甚至出现石砌块竖向开裂,强风化石材承载力基本发挥完全,不利于继续承载。
图1 石材风化剥落
1)石材呈层状结构,层与层之间存在层理面,砌筑时宜将层理面垂直于竖向力,现场发现多处房屋石材层理面平行于竖向力,如图2所示,不利于石墙的竖向承载。
图2 平行石材层理砌筑
2)施工粗糙导致砌块灰缝较大、上下层砌块错缝位置较近,加之砂浆强度较低导致砌块间粘结效果较差,荷载作用下易形成如图3所示的通缝。
3)石墙灰缝较大、间距不合理导致石块未实现有效搭接,久而久之灰缝收缩也易导致竖向通缝的形成[1],通缝会导致结构整体稳定性和抗震性能降低。
4)石砌体墙基本不设置圈梁,部分房屋横墙间距大,导致石砌纵墙在平面外无有效约束,同时墙体高宽比较大,墙体平面外稳定性差。
图3 施工粗糙形成通缝
当地石砌体房屋大量使用硬山搁檩屋盖建造,檩条在墙上的搁置长度较短且檩条与墙体之间无有效的连接措施,硬山搁檩房屋内外部如图4所示。
硬山搁檩是指墙体为砖墙、石墙等刚性材料的山墙上搁置檩条,再搭设屋面材料的方式,此种方式施工简便,布置灵活,但对抗震相当不利。
硬山搁檩其主要震害表现为房屋局部坍塌,原因是檩条与山墙无可靠拉结,檩条搁置长度又短,地震时更容易由山墙内拔出[2];其次是因檩条和墙体间无有效连接,荷载作用下檩条和墙体无法协同工作,不能实现变形协调。
1)砖砌体房屋构造柱设置不规范甚至不设置构造柱,大部分砖砌体房屋转角或纵横墙交接处施工粗糙,几乎不设置构造柱或者设置构造柱但是砌体墙不预留马牙槎或马牙槎预留尺寸仅为1/4砖长。墙体转角及纵横墙交接处应力比较集中,如果没有较好的连接,在地震或外来作用下墙体很容易在上述部位开裂[3]。
2)墙体(主要是纵墙)开洞普遍较大,如图5所示,砌体房屋纵墙因开窗洞的需要进行大面积开洞,开洞尺寸严重超出GB50011-2010《建筑抗震设计规范》(2016年版)中砌体房屋局部尺寸限值的要求,开洞面积几乎达到墙体总面积的70%以上,严重削弱了墙体截面面积,对墙体承载性能影响显著。
3)屋面防水较差,导致出现如图6所示的钢筋混凝土屋盖钢筋明显锈蚀。
图5 纵墙开洞超规范限值
图6 顶板钢筋锈蚀明显
4)出屋面楼梯间无圈梁与构造柱等保障房屋整体性的构造措施、墙体较薄(120mm厚墙),部分楼梯间屋盖采用如图7所示的石棉瓦屋盖,此种情形下的出屋面楼梯间与主体结构无有效拉结措施,地震作用下或其他水平荷载作用下易发生屋盖倒塌。
图7 出屋面楼梯间与主体结构无有效拉结
图8 房子无基础
5)个别房屋出现如图8所示的无基础,在地面找平层上直接砌筑,此种做法属于临时房屋的施工做法,用于住宅类房屋显然不妥。
1)部分房屋建于山体易滑坡地区、采矿区等易出现地质灾害的地点,导致新建房屋出现严重的开裂、倒塌,如图9所示,该区域大部分房屋因大范围倒塌已弃之不用。
图9 山体易滑坡区房屋开裂倒塌
2)相当数量的房屋处于农田耕地中间,加之施工不规范,地基处理不到位,导致房屋纵横墙出现如图10所示的严重开裂,该房屋的开裂已经达到GB50292-2015《民用建筑可靠性鉴定标准》中cu或du级的程度,但仍然在使用。
由于房屋外墙与屋盖保温隔热措施不到位导致房屋屋盖部位角部出现明显的温度裂缝,如图11所示。
图10 建于耕地中间房屋开裂严重
图11 屋面温度裂缝
产生温度裂缝的主要原因在于保温隔热效果不足,使屋面结构的温度变形远大于墙体,且主要表现为屋面板中部变形最小,两端变形最大,砌块围护结构和混凝土屋面板的线膨胀系数不同,经日照、气温变化、室内外温差过大等原因,导致墙体端部出现主拉应力,当主拉应力超过砌体的抗拉强度时,就会在墙体上部形成裂缝[4]。
图12 木柱显著倾斜变形
木结构房屋普遍存在如图12所示的柱子歪斜、变形的情况,因建造时间久远,无法判断歪斜、变形是受力所致或是取材不当,但可判定柱子歪斜、变形会导致柱身产生较显著的附加弯矩,进而显著影响柱的承载性能,地震作用下,易发生倾倒等破坏。
因建造时间久远且住户缺乏维护意识,木结构房屋普遍存在如图13所示的木材腐朽现象。
图13 木材腐朽、开裂
当地木结构房屋的木梁柱均未在木材表面做相应的防腐、防蛀措施,且住户使用时缺乏维护意识,导致木材在长期使用的过程中,发生腐朽、开裂、虫蛀等现象,对木构件的承载性能和耐久性能产生显著影响。
个别木结构房屋因年久失修导致房屋整体倾斜、屋面出现显著凹陷等现象,图14所示为一幢近150年房龄的木结构房屋因年久失修产生整体倾斜和屋面凹陷等现象。
图14 屋面凹陷
石砌体房屋的建造建议应遵循以下基本原则:
1)确保砂浆的强度,若无设计要求,砂浆的强度等级不应低于M5;
2)常温施工时,砌石前二天应将石料浇水湿润[5];
3)料石墙体上下皮竖缝相互错开1/2石长;
4)石砌体墙体与石砌体基础每天砌筑高度不应超过1.2m;
5)毛石砌体宜分皮卧砌,错缝搭砌,搭接长度不得小于80mm,内外搭砌时,不得采用外面侧立石块中间填心的砌筑方法,中间不得有铲口石、斧刃石和过桥石;
6)毛石砌体的第一皮及转角处、交接处和洞口处,应采用较大的平毛石砌筑;
7)砌筑时,不应出现通缝、干缝、空缝和孔洞;
8)砌筑毛石基础的第一皮毛石时,应先在基坑底铺设砂浆,并将大面向下。阶梯形毛石基础的上级阶梯的石块应至少压砌下级阶梯的1/2,相邻阶梯的毛石应相互错缝搭砌;
9)料石砌体的水平灰缝应平直,竖向灰缝应宽窄一致,其中细料石砌体灰缝不宜大于5mm,粗料石和毛料石砌体灰缝不宜大于20mm;毛石墙灰缝宽度一般控制在约20mm,铺灰厚度30mm~40mm;
10)料石墙的第一皮及每个楼层的最上一皮应丁砌;
11)石块间较大的空隙应先填塞砂浆,后用碎石块嵌实,不得采用先摆碎石后塞砂浆或干填碎石块的方法;
12)多层石房屋的层高不宜超过3m,单层石房屋的屋檐高度不宜超过3.2m;
13)楼盖和屋盖宜采用现浇钢筋混凝土板或者装配整体式钢筋混凝土板。单层石房屋也可以采用木盖板;
14)石砌体采用的石材应质地坚实,无风化剥落和裂纹;
15)石材表面的泥垢、水锈等杂质,砌筑前应清除于净;
16)在选取石料时,一定要尽量选择相互之间咬合较好的片石和块石,少选择分层性严重的卵石和青石。实在条件有限时,石墙也要仔细砌筑并在中间杂垫碎石并以灰泥涂抹瓦刀打平。
提高砖砌体结构房屋的抗震能力,应当遵循以下基本原则:
1)平面布置尽可能均匀对称;
2)优先采用横墙承重,横墙承重的房屋横向刚度大,房屋整体性好;
3)设圈梁和构造柱,以保证砌体结构的整体性;
4)楼板在承重墙上一定要有足够的支撑长度,楼板搁置在墙上的长度不宜小于100mm[6];
5)门洞、窗洞不宜太大,以保证墙体的整体性。
提高砌体结构房屋的施工质量,应当遵循以下基本原则:
1)钢筋混凝土构造柱应设置在房屋的转角处和横墙与外纵墙交接处,墙体与构造柱连接处应砌成马牙槎,先砌墙体后浇筑混凝土。构造柱两侧应沿墙高每500mm设2φ6拉结钢筋,深入墙内不应小于1m,端部应做90°弯钩。构造柱与圈梁连接处,构造柱的纵筋应穿过圈梁的主筋,保证与圈梁的锚固长度;
2)钢筋混凝土圈梁截面高度不应小于120mm,宽度不应小于240mm,配筋不应小于4φ10;
3)严格把控砂浆强度,严禁加入一些为节约成本而代替水泥的当地材料,如粉煤灰等[7];
4)严禁将用于填充墙的材料用于承重墙体;
5)主要承重墙的厚度不应小于240mm。
提高木结构房屋的抗震能力,应当遵循以下基本原则:
1)不应采用木柱与砖柱或砖墙等混合承重,山墙应设置端屋架,不得采用硬山搁檩,已采用的详见本文4.5章节;
2)木柱木屋架和穿斗木构架房屋,6~8度时不宜超过两层,总高度不宜超过6m,9度时宜建单层,高度不应超过3.3m;木柱木梁房屋宜建单层,高度不宜超过3m;
3)木柱木屋架和木柱木梁房屋应在木柱与屋架(或梁)间设置斜撑;横隔墙较多的居住房屋应在非抗震隔墙内设斜撑;斜撑宜采用木夹板,并应通到屋架的上弦;
4)穿斗木构架房屋的横向和纵向均应在木柱的上、下柱端和楼层下部设置穿枋,并应在每一纵向柱列间设置1~2道剪刀撑或斜撑。
提高木结构房屋的施工、修缮质量,应当遵循以下基本原则:
1)木结构工程施工单位应具有建筑工程施工资质,主要专业工种应有操作上岗证;
2)修缮维护结构时,可以采取压力喷浆或灌浆加固的方法提升墙体的强度;
3)为了减少地震作用对墙体的影响,必要时,应降低墙体的重量,利用轻质高强的新型木墙或砖墙来替代土坯墙,利用铅丝或钢筋把柱架与墙体拉结,保证两者可以更好地协同工作,增加墙体结构的稳定性[8];
4)针对构件的裂缝,无论裂缝的大小,必须清除裂缝中残留的积存物,在裂缝小于3mm时,可以用腻子把裂缝勾抹严实;在裂缝介于3mm和30mm之间时,并且有贯通的趋势时,可以利用碎木条嵌补再用粘合剂粘牢;在裂缝的宽度大于30mm时,必须嵌补裂缝,除此之外,采用铁箍或FRP纤维布在构件的开裂段箍住,以此来提高和恢复构件自身的强度和刚度;
5)针对构件的腐朽,如若只有表层木材被腐朽,内部材料保存完好,并且可以达到承载力的要求,必须把腐朽的部分清除,对构件表面进行防腐和清净处理后,按照原尺寸和原样,利用耐水性胶粘剂和干燥木材修补整齐;
6)新木柱制作时,要尽量同原木柱截面和形状,收放控制在0.6%左右[9];
7)木构件修补时,新旧木材结合处应平顺、紧密。范围大的采用硬木加工成榫卯木销带环氧树脂胶固定,范围小的可以钻眼,用竹钉带环氧树脂胶固定。
1)选址应避免有采矿史、易滑坡等的危险地区。若实在避让不开,需在采矿区和易滑坡区建民房,应根据实际情况,采用换填法、密实法、注浆法等对地基进行加固处理。
2)房屋设计最好由当地建设行政主管部门根据本地区实际情况按不同等级分档制定出数套标准通用图纸,农民可根据具体情况选择适合自家的标准和样式。如需对图纸作适当调整修改,可向图纸审查部门提出申请,由相关部门作出调整,以免存在房屋开间进深不合理、结构选型不合理等问题。
3)各地行政主管主管部门应加大农村建房、翻修的监管力度,如要求房屋设计合理、要求施工队有相应资质、严格监管所用建材等,通过建立示范点和行政强制手段相结合的方式,逐步把控农村住宅建设质量,提高农村住宅建设水平[10]。
对于硬山搁檩的房屋,尽量取缔硬山搁檩屋面,实在不能取缔的,最好采取出山的做法,即檩条伸出山墙,并用铁钉将檩条与埋入山墙内的长木砖钉牢;或在山墙两侧用木条钉于檩条底面,夹住山墙。此外,还应将中间墙上的檩条接头相互钉牢[11]。
对于露筋不太严重、承载力损失较少的屋面,应对露出钢筋进行除锈处理并喷涂防锈涂料,再对屋面板底进行重新粉刷。对于露筋严重,基本丧失承载力的屋面板,建议直接拆除重建。新建房屋需注意建筑材料的质量,以及屋面板的浇筑厚度、钢筋保护层厚度是否严格达到要求。
对于因温度变化下屋面板与砌体维护结构变形不协调所产生的温度裂缝,可采用缝内灌水泥浆或环氧胶浆的处理方法,也可采取水泥砂浆铺贴钢丝网的表面补强处理方法。
另外,新建房屋需采取相应措施以防止温度裂缝的出现,如钢筋混凝土屋盖增设通风隔热层、通过加设部分抗剪砌块或补强钢筋的方式增强局部砌体的抗裂性、屋面设置柔性分格缝并在缝内嵌填柔性防水材料等。