农村典型砌体结构房屋安全性能分析

米志敏

（山西人居土木工程检测有限公司，山西 太原 030000）

0 引言

我国现有的农村居民房以砖混结构为主，且多为单层楼建筑。由于成本和施工技术水平的限制，大部分农村居民住房没有遵循我国安全抗震规范进行施工，且乡村施工企业往往依照传统施工方案进行施工，部分施工原材料也存在不合格现象。我国广大乡村传统农村居民住房不能达到当地应有的抗震要求，在发生紧急情况时会对乡村民众的生命安全产生影响，特别是在大型地震带地区，更应该注重砖混结构的安全性能。

1 工程概况

在山西太原某村单层砖混结构房屋安全性能鉴定工作中，对农村居民住房承重结构子单元进行抗震检验，利用东华试验系统对房屋抗震强度进行测试。山西太原某村地区抗震烈度均为7级。该农村居民房首次建成时间为1992年，在2010年得到了整体翻修，采用木瓦坡屋顶，屋顶框架采用木框架，纵向为檩条，横向为木椽，上部为木护壁和瓦片[1]。架构平面如图1所示。

图1 山西太原某村某单坡屋顶砌体房屋建筑平面图

2 农村典型砌体结构房屋安全性检测

该课题从房屋外观质量检测、房屋侧向位移检测、房屋墙体砖和砌筑砂浆强度检测、房屋混凝土构件强度检测、房屋混凝土构件钢筋配置情况、房屋震动测试等方面分析了农村典型砌体结构房屋的安全性检测方法。

2.1 房屋外观质量检测

首先应对房屋外观进行周密地检查，检查内容包含屋顶、地表、外墙结构、结构柱、环梁等构件的完好程度。本工程在进行外观质量普查时发现本农村居住房外观完整，没有明显损坏点、主体结构完整且具备一定强度。屋顶未发现缺砖缺瓦及裂缝；外墙砖块无裂隙且状态良好，但存在砂浆未填满现象。结构柱和环梁没有显示任何损伤，如暴露的钢筋生锈，混凝土开裂，蜂巢点蚀。门窗无腐蚀变形现象。地面基本状况良好，但房屋内部存在一条主要裂隙，裂隙宽度最大处达到近3cm。现场人员推断裂隙是因地基发生沉降而产生的，房屋主人应尽快处理该裂隙，以免突发情况导致危险。虽然该农村居民住房建成时间较长，但在2010年进行了翻新，即使房子的整体外观还不错，也需要对该农村居民住房进行进一步的抗震测试[2]。

2.2 房屋侧向位移检测

本项目测量人员按照《建筑变形测量规范》要求，使用经纬仪对农村居民住房进行变形监测，变形监测结果如表1所示。由表1可知，房屋转角最大倾斜率为3.23‰，屋面最大横向位移为10mm。而《民用建筑可靠性鉴定标准》中H≤7m，侧向位移极限为25mm。该农村居民住房的横向位移满足要求，该农村居民住房的倾斜处于正常范畴之内[3]。

表1 横向位移检测结果

2.3 房屋墙体砖和砌筑砂浆强度检测

抗震监测人员选择回弹检测法对该农村居住房建筑原料强度进行测试，选取六堵墙，共划分36个测区。除去墙面灰泥表层，使砖块和灰泥暴露于表面，并对砖块和灰泥进行强度检测[4]，见表2。

表2 砖块和灰泥强度检测结果

在本次试验中，砖块的平均抗压强度为10.62MPa，标准抗压强度为9.73MPa。根据《砌体工程现场检测技术标准》，当砖块平均抗压强度超过10MPa时，砖块的抗压强度为MU10，超出《建筑物抗震评价标准》中对B类建筑砖块抗压强度的规定。根据《砌体工程现场试验技术标准》的要求，对该农村居民住房建筑墙体的灰浆进行测验，墙体砂浆平均强度为1.9MPa，而B级建筑要求砂浆平均强度为2.5MPa，该农村居民房砂浆强度不满足居住要求[5]。

2.4 房屋混凝土构件强度检测

根据《回弹法测试混凝土抗压强度技术规范》，对结构柱和环梁进行强度测试，去掉室内装饰面层，让混凝土暴露于外界并进行测量，检测结果如表3所示。

表3 混凝土强度检测结果

由表3可知，被试混凝土结构柱和环梁混凝土回弹性强度假设值分别为19.2MPa和19.7MPa，满足《建筑抗震鉴定标准》5.3.4中对B型建筑结构柱和环梁混凝土强度的最低要求C15。后续所建柱和环梁混凝土强度的建模和计算均基于此处的假定值[6]。

2.5 房屋混凝土构件钢筋配置情况

根据《混凝土中钢筋检测技术规范》，采用钢筋探测器对结构柱和环梁的钢筋配置进行检测，并对2-A结构柱和A-2-3环梁的钢筋配置进行采样。检测结果如表4所示。

表4 混凝土构件实际钢筋配置情况

由表4可知，受试结构柱和环梁的配筋配置均满足设计要求。

2.6 房屋震动测试

采用东华试验分析系统对农村居住房振动状况和振动频率进行监测。由于该农村居住房屋顶存在倾斜角度，测点布置存在一些局限性，所以只在屋顶悬挑设置9个测量点[7]实测出房屋震动曲线，如图2和图3所示。

图2 竖向震动曲线

图3 横向震动曲线

由图2和图3可知，房屋纵向速度峰值为0.23mm/s，横向速度峰值为0.11mm/s。同时，建筑纵向一阶自振频率为8.50Hz，横向为14.76Hz。两者都表明房屋的横向抗侧刚度均大于其纵向抗侧刚度。

3 农村典型砌体结构房屋结构抗震承载力验算

该农村居住房房屋主体结构抗震承载力验算的计算模型如图4所示。

图4 主体结构计算模型

该农村居住房房屋主体结构和构件尺寸应进行实际测量，砖强度、砂浆强度和混凝土强度应以实验结果为准。该农村居住房的屋顶具备一定坡度，但在建模时不对坡顶进行考虑，输入农村居民房高度4m，屋面恒载为4.5kN/m2，活载为0.5kN/m2。地面层级为b级，抗震设计烈度根据本地抗震烈度计算书确定为7级。利用PKPM建筑施工安全计算软件的壳元理论三维组合结构有限元分析模块计算房屋自振频率，得到该农村居民房竖向振动频率约为9Hz，横向振动频率约为16Hz，实测竖向振动频率和横向振动频率分别为8.5Hz和14.8Hz[8]。

质心与刚心位置计算结果表明，以A轴与1轴交点为原点时，该农村居住房质心与刚心位置较为接近。这表明该农村居住房结构的布置科学且合理，在遭遇剧烈震动时不易出现变形，能够全方位展现出该农村居住房原材料的抗震性能。

通过PKPM建筑施工安全计算软件的壳元理论三维组合结构有限元分析模块对该农村居民住房结构进行抗震性能计算。该农村居民住房处于抗震设防烈度为7度的基本设防烈度下，墙体的抗震效果与抗震抗力之比如图5所示。由图5可以看出，该农村居民住房抗震验算抗力与效应比值均大于1，满足B类建筑《建筑物抗震鉴定标准》的要求。8度地震烈度下墙体的抗力和效应比如图6所示。由图6可知，在8地震烈度下，墙体的抗力和效应比仍然大于1。结果表明，该农村居民住房结构具有良好的抗震性能，超过了原有的7级抗震烈度，达到了8级抗震烈度的水平，能够抵御住较为强烈的地震。现场测量人员还对该农村居民住房结构墙的承载力进行了测试，该农村居民住房结构墙的阻荷比处于7.5～27.5之间，远大于1，满足《砌体结构设计规范》对墙体承载能力的要求。该农村居民住房结构墙的高厚比处于6.0～11范围之内，低于要求高厚比，符合《砌体结构设计规范》的要求[9]。

图5 7度抗震验算抗力和效应比

图6 8度抗震验算抗力和效应比

4 农村典型砌体结构房屋安全性能鉴定

农村典型砌体结构房屋安全性能鉴定包括房屋安全性鉴定和抗震检测鉴定。

4.1 房屋安全性鉴定

根据《民用建筑可靠性鉴定标准》中上部承重结构安全鉴定的有关规定，对上部结构构件的安全性、结构完整性和结构侧向位移进行了检测，得出以下结论：

（1）在构件水平方面，结构柱和环梁的配筋满足设计要求；混凝土强度满足《民用建筑可靠性评价标准》标准要求；结构柱横向位移满足《民用建筑可靠性评价标准》标准要求，评价为Au级。墙体的抗压承载力、高厚比满足《砌体结构设计规范》的要求，墙体砖的强度满足《建筑物抗震鉴定标准》的要求，但墙体砌体砂浆的强度不满足《建筑物抗震鉴定标准》的要求。根据《民用建筑可靠性鉴定标准》的规定，评定为Au级。地面上发现从主入口内地板一直延伸到室外水域的裂隙，但未发现其他明显裂隙，等级为Au级。

（2）结构完整性方面：本农村居住房主体结构合理，承重墙质量和刚度均达到要求，评价为A级；本农村居住房建筑长细比满足《砌体结构设计规范》要求，墙体砌体质量达到优秀，构件状态均良好，评定为A级。环梁品质、钢筋混凝土品质均符合《砌体结构设计规范》要求，但该农村居民住房建筑没有设置基础环梁，评定为B级。根据《民用建筑可靠性评价标准》6.3.4规定，结构完整性评价为A级。

（3）结构侧向位移：结构最大侧向位移为10mm，低于6的限值。达到《民用建筑可靠性评价标准》5级，被评为Au级。

综上所述，因为该农村居民房的砂浆强度没有达到《砌体结构设计规范》，墙体不能被评为Cu级。而墙体作为该农村居民住房的主体承重构件，对整个结构的承重和抗震起着至关重要的作用，因此整个上层建筑子单元的安全识别等级定位在Cu级。根据现场检查评价结果，建议对墙体进行重新加固，并对地基抗震程度进行抗震验算[10]。

4.2 房屋抗震检测鉴定

根据《建筑工程抗震设防分类标准》，该建筑抗震能力属于C类，应按照当地标准抗震烈度进行计算。本区域设防烈度要求为7，对抗震措施进行校核和抗震计算。根据《建筑物抗震鉴定标准》中B型抗震鉴定方法，主要从抗震措施和抗震承载力两个方面对其抗震性能进行评价：

（1）在结构抗震措施方面：通过现场检验结果与《建筑抗震识别标准》要求的对比，得出房屋的高度、层数、结构体系、整体连接结构均满足《建筑抗震识别标准》要求，墙体砌体灰浆平均强度为1.9MPa，低于《砌体结构设计规范》的最低限值M2.5。本农村居住房承重墙和门洞间的最小宽度为0.37m，未达到《建筑物地震识别标准》中1.0m的最小限制。因此，还应该对建筑物的抗震承载力进行检查[11]。

（2）抗震承载力方面：采用PKPM建筑施工安全计算软件的壳元理论三维组合结构有限元分析模块对该农村居住房的抗震能力进行校核，计算值与实测值接近，验证了计算模型的精准性。结果表明，该农村住房的结构墙满足7度和8度抗震力度要求，确保该农村居住房的抗震性能足够优秀，能够保证在高烈度地震下的人民生命安全。

5 结束语

总之，农村典型砌体结构房屋安全性能分析包括房屋安全性鉴定和抗震检测鉴定。房屋安全性鉴定包括房屋外观质量检测、房屋侧向位移检测、房屋墙体砖和砌筑砂浆强度检测、房屋混凝土构件强度检测、房屋混凝土构件钢筋配置情况、房屋震动测试等方面；抗震检测鉴定主要是通过结构抗震承载力验算来进行。该项目现场检查评价认为，应对墙体进行重新加固；依据抗震验算分析，房屋结构墙满足7度和8度抗震力度要求。