老旧砖砌体房屋有效墙体面积分析

张辰悦，熊海贝

（1.同济大学，上海 200092；2.浙江核力建筑特种技术有限公司，浙江 杭州 314000）

0 引言

根据资料显示，浙江省已经登记在册的 2000 年前住宅房屋共计约 38.6 万幢，经过初步排查评定为丙类住宅房屋约 29 760 幢。由于 2000 年以前的普通住宅基本都为砖混结构，这些房屋到目前为止大部分已经服役 30～40 年，加上当时的设计和施工水平有限，多数房屋已经出现了局部的安全隐患；再加上改革开发以来，人民的生活水平不断提高，百姓对居住房屋的要求也与日俱增，伴随着二次装修带来的墙体拆改给房屋安全带来了极大的危害；另一方面房屋的安全管理的严重缺失，导致部分的房屋已出现了结构安全问题，极少数房屋已经存在房屋倒塌风险，图 1 为浙江省宁波奉化市居敬小区某幢倒塌现场。

图1 房屋倒塌

1 房屋安全排查

大量砖混房屋缺乏有效的安全管理手段，失修失养，房屋健康状况每况愈下，各地房屋倒塌事故频发，对人民的生命财产安全造成了极大的威胁，社会影响恶劣。面对如此频发的房屋安全事故，各省、市政府对房屋安全管理工作逐步重视，出台了一系列的政策性文件，希望通过加强对房屋安全的管理来遏制房屋安全事故的发生。房屋安全管理工作首先要完成的是将本地区所有的老旧房屋进行排摸建档，掌握基础数据及房屋的安全隐患。现阶段浙江省内各市、县主要采用的是以下几种房屋安全排查方式。

2016 年住房和城乡建设部颁布的《城镇房屋结构安全排查技术要点（试行）》，对危险点进行描述，根据房屋所呈现的危险点数量对房屋进行分级，分为危险房屋、潜在危险房屋、暂无危险房屋。

2016 年浙江省建设厅《浙江省城镇既有住宅房屋结构安全排查技术导则》，列出了不同结构体系的危险点描述，现场排查人员根据现场的情况勾选危险点，然后根据危险点的数量对房屋进行分级，主要分为甲类、乙类、丙类。划为甲类为检查中未发现结构安全问题、可以正常使用的；乙类为检查中发现存在比较严重问题、不影响安全使用的房屋；丙类为检查中发现比较严重的结构安全问题、影响安全使用的房屋。

2015 年宁波市政府出台《宁波市房屋安全排查指南》，主要按照房屋建造年代、损坏程度、房屋倾斜程度将房屋分成一级、二级、三级、四级，对于不同房屋安全等级进行周期性的房屋安全巡检。地方一般做法为四级房屋 15 d 巡检一次，三级房屋 30 d 巡检一次。

以上三种排查标准都是浙江省内常用的，当然有些地区会采用第三方的企业标准，看过这些排查文件后不难发现，这些条款需要专业技术人员根据经验判断，缺少量化的判断依据。为此，本文针对老旧砖混住宅房屋提出量化的判定标准，建立一套切实可行的砌体结构住宅房屋安全健康评价系统，应用于各地方的房屋安全排查工作，在体量较大的情况下，能充分调动街道社区工作人员的力量，来协助建立房屋安全健康数据库，在条件允许的情况下，开发相关电脑端和手机端的应用程序，加快数据汇总及数据收集的速度。对房屋在正常使用状态下的安全性进行量化，为大范围的房屋安全普查提供可靠的数据。

2 房屋安全健康评价体系简述

影响房屋安全健康评价的因子有许多，如基本信息因子，包括：建造年代、房屋外部轮廓、周边环境、周边施工、阳台形式、雨檐形式、物业情况、房屋使用历史情况；结构信息因子，包括混凝土保护层剥落及钢筋锈胀情况、圈梁布置、构造柱布置、砂浆强度、砖块强度；调整因子；墙体因子。确定各因子的占比及评价方式便能得出房屋的安全健康指数。其中墙体因子是影响最为大的因子，本文通过对房屋墙体数据的分析，对房屋的墙体信息进行梳理并确定评价方式。由于篇幅原因，本文仅介绍有效墙体面积信息评价方法。

诸多国内外学者对砌体结构中的墙体因子的作用进行了大量研究，杨颖斐［10］提出墙体的抗震可靠度指标，评价墙体的抗震性能，美国规范《建筑潜在震害快速观察判定手册》对建筑物抗震性能鉴定采用量化的计评分的方式，其中在砌体结构类型部分出于对墙体的考虑，分为柔性楼板和屋顶密肋梁的有筋砌体建筑、刚性楼板和屋顶密肋梁的有筋砌体建筑、无筋砌体承重墙的建筑。但这些大部分都是针对砌体结构抗震的研究内容，由于老旧砖混结构的倒塌基本发生在正常使用情况下，因此笔者试图通过对正常使用下老旧砖混结构房屋中墙体的分析，得到对墙体因子的评价方法。某公司的企业标准 QB 001－2019《砖混结构房屋短期倒塌风险评估标准》在砌体结构的安全评估领域具有一定代表性，标准中对墙体承载力评估采用了冗余系数的方法。按照墙体的重要性对墙体进行了分类，计算自承重墙体面积时也采用折减的方法，本文希望借鉴此部分内容，在此基础上对墙体的安全评估方式进行优化，并得出新的有效墙体面积评价方式。

3 有效墙体基本信息及有限元分析

有效墙体面积主要是以实际墙体面积为基础，在计算时做一定程度的修正，并根据砌筑形式、块体形式对该值进行一定程度的修正。

涉及到的信息：实际墙体面积、墙体厚度、墙体砌筑形式、砖块形式、房屋层数、房屋建筑面积。

基本假设：房屋为横墙承重体系。纵墙对于竖向楼面荷载的分担情况，本文采用有限线元软件进行模拟分析，建立 T 字形墙体模型，在横墙上施加荷载，分析纵墙的受力情况，如图 2 所示。根据应力图显示，纵墙承受的荷载非常有限。但同时参考GB 5003－2011《砌体结构设计规范》4.2.8 条第一款，多层房屋，当无门窗洞口时，每侧翼墙宽度可取壁柱高度（层高）的 1/3，一般老旧住宅房屋层高＜3 m，按照规范应取纵墙约 1 m 宽度，但对比有限元计算结果两者并不完全符合，因此本文将该值修正为 0.5 m。

图2 纵横墙应力图

对于窗下墙对墙体的影响本文采用有限元软件进行模拟分析，对比墙体新开窗洞口和墙体新开门洞口的受力情况。根据分析结果确定当墙体存在门洞或窗洞时的有效墙体计算方式。根据分析结果，窗下墙对墙体的应力分布影响不大，因此对有效墙体的计算不考虑窗下墙影响，如图 3、图 4 所示。

图3 墙体应力图（门洞口）

4 有效墙体计算规则

根据墙体在房屋中分布的不同，本文将横墙面积分为三类，以 QA 表示（见表 1）；将纵墙面积分为四类，以 QB 表示（见表 2）。

图4 墙体应力图（窗洞口）

表1 横墙有效墙体分类

表2 纵墙有效墙体分类

计算墙体面积时应注意以下几点：

①楼梯间、主卧间、山墙部位的横墙按照连续考虑，如有洞口计算时按照实际墙体面积计入；

②隔墙不计入；

③厚度≤240 mm 的墙体不计入；

④＜150 mm 的单独墙肢不计入；

⑤墙体长度取 120 mm 的倍数；

⑥建筑面积不包含阳台范围；

⑦为统一标准，计算时仅计入首层墙体有效墙体面积；

⑧有效墙体面积不应计入失效墙体面积。

5 有效墙体面积因子评价

根据以上墙体计算规则，并分析墙肢在房屋中的重要性，得出单层有效墙体面积 SYX，见式（1）。

式中：SYX为单层有效墙体面积，m2；

根据 SYX及房屋建筑面积得出有效墙体面积系数，见式（2）：

式中：aYX为有效墙体面积系数；S 为房屋建筑面积，m2。

对杭州、宁波、嘉兴等地的老旧房屋进行了实地查勘，并采集了 71 幢典型房屋的墙体信息，将房屋墙体信息进行处理，得出有效墙体面积系数（见图 5）。

图5 有效墙体系数分布图

根据相关数据得出有效墙体系数 aYX密度函数，见式（3）：

将一般正态分布函数转换为标准正态分布函数，见式（4）：

结合图 5 的有效墙体面积系数，采用 MATLAB 软件拟合有效墙体系数 aYX正态分布密度函数，其中σ=0.005 3，μ=0.0214，如图 6 所示。根据有效墙体曲线便可对房屋墙体面积进行评价分析。

图6 有效墙体系数——密度函数曲线

6 结论

本文采用有限元软件模拟砖混结构房屋在横墙承重体系下的受力情况，确定纵墙及横墙的受力特点，纵墙基本不承受荷载；模拟承重墙体存在窗洞或者墙洞时的受力情况，窗下墙对墙体的承载力影响非常小，在采集有效墙体信息时不予以考虑。

采集 71 幢典型老旧房屋的墙体信息，对墙体信息进行处理后得出每幢房屋的有效墙体系数，采用MATLAB 软件得到正态分布密度函数，根据正态分布密度函数便可对房屋的墙体情况进行定量评价，为后续建立整幢房屋安全健康评价体系提供墙体模块的评价手段。