空斗墙房屋抗震鉴定与加固措施探讨

孙 波, 陈丽明, 郑昊然

(浙江荣阳城乡规划设计有限公司, 浙江杭州 310023)

0 引言

空斗墙房屋主要分布于我国华东、中南地区,作为一种承重结构形式,常用于不超过3层的住宅、宿舍、办公楼等。与实砌普通墙体相比,空斗墙具有节约砖用量、减轻结构自重、隔声隔热性能好等优势,但同时也存在竖向承载力较低、整体性较差、墙体容易开裂等缺陷[1-2]。据调查统计,在江西、福建、浙江、湖北、湖南等地乡镇存在很多空斗墙房屋,且该部分房屋主要建于20世纪80～90年代,使用年限较长,结构安全风险很大。由于城市规划、古城保护以及经济因素等原因,部分老旧空斗墙房屋不能全部拆除重建,对此部分空斗墙房屋进行鉴定加固是一个比较紧迫的课题。本文以浙江省嵊州市崇仁镇某卫生院1#楼鉴定加固为例,对空斗墙房屋的抗震鉴定进行分析讨论,并提出合适的加固方案。

1 工程概况

浙江省嵊州市崇仁镇卫生院1#楼建于上实际八十年代,建筑面积1 330 m2,总建筑高度约11.6 m,宽度为12 m,高宽比为0.97,建筑外貌及标准层平横墙承重体系,房间开间大部分为3.5 m,进深为4.5 m。根据现场勘查情况,除楼梯间为实墙外,其余墙体均采用240 mm厚空斗墙,砌筑方式为三斗一眠。楼屋盖均为预制混凝土空心板,构造柱较少,圈梁尺寸未满布且截面高度不满足要求。按照业主后续使用要求,本工程拟改造为办公楼。

2 抗震鉴定

现行规范标准中,GB 50003-2011《砌体结构设计规范》[3]、GB 50011-2011《建筑抗震设计规范》[4]等均未将空斗墙有关内容列入规范中,GB 50023-209《建筑抗震鉴定标准》[5]中A类砌体房屋有部分关于空斗墙的规定。根据该标准关于A类砌体房屋抗震鉴定方法,对本工程进行两级鉴定。第一级鉴定以宏观控制和构造鉴定为主及逆行综合评价,第二级鉴定以抗震验算为主,结合构造影响进行综合评价。

2.1 一级鉴定

本工程项目所在地抗震设防烈度为6度,设计基本地震加速度值为0.05g,设计地震分组为第一组,建筑使用功能为办公楼,属于丙类建筑。按GB 50023-2009《建筑抗震鉴定标准》检测见表1。

表1 一级鉴定结果

根据以上鉴定结果,可以认为该空斗墙房屋现有的房屋高度、结构体系、整体性连接等不符合一级鉴定的要求,应按照规定进行二级鉴定。

2.2 二级鉴定

目前,现有规范关于空斗墙房屋的承载能力计算无相应理论支持,大部分计算均是基于实验结果的简化计算。周立朋[6]提出,在建模过程中,将墙体抗压强度和抗剪强度基于实砌墙体规范值进行折减,同时将材料容重进行调整计算。

王世雄等[7]认为在进行抗震强度验算时,对于空斗墙建筑可以将墙体的厚度折减为实砌墙体的1/2进行建模计算。以上2种计算方法是当前最主要的计算模式,但很大程度是基于经验的判断,都存在相应的不足。结合周水平[8]的研究结果和GBJ3-88《砌体结构设计规范》[9]等要求,建议按以下方法进行电算:

(1)砌体材料自重按砌筑方式进行比例换算,采用三斗一眠砌筑时,墙体自重值约为14 kN/m3。

(2)墙体厚度按实际厚度240 mm输入。

(3)根据GBJ3-88《砌体结构设计规范》中给出的一砖厚空斗砌体抗压强度设计值(表2)和GB50003-2011《砌体结构设计规范》中烧结普通砖抗压强度设计值(表3),首先按照现场实测的砌体强度和砂浆强度换算为空斗墙砌体的抗压强度,再与现行规范砌体和砂浆强度进行对照,转换成实砌烧结砖墙计算。

表2 一砖厚空斗砌体抗压强度设计值

表3 烧结普通砖抗压强度设计值

采用上述方法可以用实砌墙体模拟空斗墙运算。图1为1层墙体抗力与荷载效应比值。经计算分析可知,该房屋1层大部分墙体抗压承载能力不足,2层局部墙体抗压承载能力不足,且大部分墙体高厚比均不满足要求。

图1 1层墙体抗力与荷载效应比

2.3 鉴定结论

综合两级鉴定的结果,初步判断该房屋主要存在问题:

(1)房屋高度、抗震墙间距超限。

(2)1～2层墙体抗压承载力不足。

(3)整体性连接措施不足,圈梁未拉通,构造柱较少,预制楼板与墙体连接较弱。从鉴定结果来看,如果按照办公楼使用,必须进行加固,否则无法保证结构安全。

3 加固措施

关于空斗墙房屋的加固措施,现有规范无明确规定。尚卿、钱华君等[10-11]通过试验研究表明,采用钢筋网面层加固空斗墙,可以显著提高结构的延性和抗震性能。汤伟民、田世民等[12-13]研究认为,采用外加构造柱和圈梁可以有效地提高结构的抗震承载力。结合抗震鉴定结论,本项目工程加固以提高墙体抗压承载力,增强整体性连接为主。

3.1 主要加固措施

3.1.1 增设构造柱

在外墙四角、内外墙交接处、内纵墙与外墙交接处、楼梯间四角等位置设置构造柱,由底至顶通高设置,具体位置见图2,构造柱截面300 mm×200 mm,与内墙连接做法见图3。

图2 构造柱、圈梁和拉杆布置

图3 内外墙交接处构造柱做法(单位:mm)

3.1.2 增设外圈梁和内墙拉杆

沿每层楼屋盖设置外圈梁(图4),截面尺寸为200 mm×240 mm。内墙圈梁采用钢拉杆代替(图5),沿每个开间横墙和内纵墙两侧布置,钢拉杆规格为2φ16 mm。

图4 圈梁与外墙连接(单位:mm)

图5 钢拉杆与纵横墙连接做法(单位:mm)

3.1.3 采用双面砂浆加固墙体

双面钢筋网砂浆加固墙体是当前解决砌体承载力偏低、稳定性较差等问题的有效方式。本项目纵横墙全屋高度采用双面钢筋网砂浆加固(图6),纵向受力钢筋直径为φ8@200 mm,水平分布筋为φ6@200 mm,钢筋网通过穿墙的S形筋进行拉结,拉结钢筋呈梅花状布置,水平和竖向间距均为400 mm。

图6 双面砂浆加固墙体做法

3.1.4 加固预制楼板

预制楼板孔洞较多,承载能力低,整体性较差,不符合抗震要求。为加强楼盖整体性连接,在预制楼板面层增加一道混凝土现浇叠合层,厚度为50 mm,配筋为φ10@150 mm,双向通长布置(图7)。

图7 预制楼板混凝土叠合层做法

以上是本工程加固的主要措施,作为空斗墙结构加固,与常规砌体加固不同的是:一是作为加强连接用的混凝土键规格尽可能与砖的模数一致,宽度同墙厚;二是所有锚筋及穿墙钢筋宜通过灰缝穿过,不宜在砖墙上开孔,特别是斗砖不宜直接开孔。

3.2 加固效果评估

按照以上加固措施,对该空斗墙结构进行建模运算,图8为加固后1层墙体抗力与荷载效应比结果。从电算结果看,加固后墙体抗压承载力大幅提高,基本满足使用需求。实践证明本次加固措施比较可行,基本达到预期目的。

图8 加固后1层墙体抗力与荷载效应比结果

4 结束语

(1)按照现行的规范标准,空斗墙房屋的抗震鉴定仅能参照GB 50023-2009《建筑抗震鉴定标准》A类砌体房屋和GBJ3-88《砌体结构设计规范》实施。电算结果显示,该计算模型是比较可靠的,可以为后续的加固计算提供依据。

(2)空斗墙房屋的加固以构造措施为主。本文结合工程实例,提出采用增加圈梁、构造柱和双面砂浆抹灰等多措施结合进行加固,较好地解决空斗墙房屋整体性较差、承载能力不足的缺点。

(3)空斗墙房屋加固与常规砌体加固有所区别,在构造连接上应加强对原墙体保护,不得在空斗墙直接穿孔开洞。