近现代历史建筑结构安全性评估——以芜湖内思高级工业职业学校旧址为例*

张 辉

(安徽省文物考古研究所 合肥 230601)

中国近现代历史建筑由于时代与技术局限,未做抗震设计,随着时间推移,因其材料劣化,性能降低,结构可靠性存在安全隐患。因此,对其进行结构安全性检鉴定尤为必要。目前,已经有通过计算模型、有限元、模糊层次等分析方法对砖木结构建筑进行鉴定并采取相应加固措施。2014年国家文物局颁布了《近现代历史建筑结构安全性评估导则》(WWT 0048-2014)(以下简称《导则》),为近现代历史建筑的保护提供了科学的指导。但由于多种原因,文保设计单位对《导则》运用尚处起步阶段。笔者以芜湖内思高级工业职业学校旧址——内思楼为例,根据《导则》及现行建筑结构安全性检测相关标准对其进行检测评估,并针对存在的结构安全隐患和评估结果提出保护建议。

1 工程建筑概述概况

近现代历史建筑随着时间推移,因其材料劣化,性能降低,结构可靠性存在安全隐患。目前,已经有通过计算模型、有限元、模糊层次等分析方法对砖木结构建筑进行鉴定并采取相应加固措施。2014年国家文物局颁布《近现代历史建筑结构安全性评估导则》(WWT 0048-2014)(以下简称《导则》),为近现代历史建筑保护提供了科学指导。笔者以芜湖市一处近现代历史建筑为例,依据《导则》,对第八批全国重点文物保护单位内思高级工业职业学校旧址——内思楼进行安全性鉴定,该建筑位于芜湖市镜湖区吉和南路26号。1934年,由天主教芜湖教区西班牙籍蒲芦主教设计监造,是中西建筑形式完美结合的实例之一。

1.1 建筑现状结构

内思楼平面呈“日”字形。楼体以梁柱为骨架,以以砖墙承重为主,局部采用钢筋混凝土结构,楼面主要采用木格栅及混凝土现浇板;房屋未设置圈梁及构造柱。所用木材均为西班牙进口红松,防虫防蚀,使建筑更加坚固耐用。基础未探明,根据建筑上部结构,推测为条形基础。

1.2 现状调查

内思楼结构体系未变,整体性较好、节点与连接稳固。但局部存在混凝土酥碱、露筋现象;外墙砖大量酥粉化,大面积水泥砂浆抹面;木屋架保存状态较好,局部木构件干缩开裂;屋面机瓦碎裂、滑移,局部渗水。

1.3 材料性能的检测

(1)砖抗压强度检测。根据GB/T 50315-2011砌体工程现场检测技术标准和JC/T 796-2013回弹仪评定烧结普通砖强度等级的方法方法综合评定测试范围内烧结普通转的强度等级为MU7.5。

(2)砂浆抗压强度检测。参考JGJ/T 136-2017贯入法检测砌筑砂浆强度技术规程,采用贯入法抽样测试墙体砌筑砂浆抗压强度,强度测试值在1.0～2.1 MPa之间,计算时,砂浆强度参考取值为1.2 MPa。

(3)混凝土抗压强度检测。现场使用ZBL-S260型回弹仪对混凝土构件抽样测试,按照JGJ/T 23-2011回弹法检测混凝土抗压强度技术规程,现场对混凝土构件抽样测试,进行,抗压强度推定值在17.1～28.6 MPa之间,按单构件评定,房屋混凝土强度等级可评定为C15。

1.4 相对不均匀沉降测量

采用全站仪进行测量,测量时以二层檐口线为相对水准面,根据各测点之间的高差和距离计算其局部倾斜率,结果表明:房屋南北向檐口底部相对高差无明显规律,南北向各测点相对水平差值在0.25‰～3.98‰之间,房屋东西向檐口底部相对高差无明显规律,东西向各测点相对水平差值0.10‰～4.40‰之间。采用全站仪测量,以二层檐口线为相对水准面,根据各测点间高差和距离计算器局部倾斜率。结果表明,建筑物檐口底部相对高差无明显规律,东西向相对水平差值在0.01‰～4.40‰之间;南北向相对水平差值在0.25‰～3.98‰之间。

1.5 整体倾斜检测

采用全站仪对房屋进行倾斜测量,根据偏移量和高度来反映房屋倾斜情况。测量结果表明:房屋各测点南北向倾斜不一致,倾斜率在0.54‰～4.81‰之间;东西向倾斜不一致,倾斜率在0.59‰～3.83‰之间。倾斜测量结果表面,房屋个别测点倾斜率大于GB 50007-2011建筑地基基础设计规范中4‰限值,但未超过JGJ 125-2016危险房屋鉴定标准中20‰限值。采用全站仪测量,测量值显示,房屋倾斜率在0.54‰～4.81‰之间。其结果表明:个别测点倾斜率大于GB50007-2011建筑地基基础设计规范中4‰限值,但未超过JGJ 125-2016危险房屋鉴定标准中20‰限值。

2 结构安全性等级评估

2.1 地基基础

(1)现场检测表明,未发现由地基不均匀沉降引起的明显可见裂缝及其他损伤。

(2)现场检测表明,相对不均匀沉降0.10‰～4.40‰,倾斜率在0.54‰～4.81‰之间。满足《导则》6.2.2一级评估条件。

(3)上部结构砌体部分未出现宽度大于5 mm 的沉降裂缝,预制构件之间的连接部位未出现宽度大于2mm 的沉降裂缝。满足《导则》6.2.1一级评估条件。

依据《导则》5.2.2.1条,地基基础安全性等级评为a级。

2.2 上部结构构件

2.2.1 砖砌体结构

(1)外观质量。墙的受损主要为表面风化酥碱,受损率小于6%;柱的受损率小于4%。满足《导则》7.

3.2.1一级评估条件。

(2)材料强度。烧结普通转的强度等级为MU7.5

(3)结构构件变形。侧向弯曲矢高(mm)

(4)砌体构件的裂缝。无明显受力裂缝,仅局部存在由于砖体酥碱产生<3 mm 非贯穿压力裂缝。满足《导则》7.3.2.4一级评估条件。

(5)构造。墙、柱的高厚比在6.2～17.4之间,满足国家现行设计规范要求。连接及砌筑方式正确,主要构造基本符合国家现行设计规范要求,工作无异常。满足《导则》7.3.2.5一级评估条件。

2.2.2 混凝土结构构件

(1)混凝土外观质量。混凝土2013 年进行了加固及缺陷修补,除局部遗漏外,梁、板截面损失率<10%,墙、柱<5%。满足《导则》7.1.2.1 一级评估条件。

(2)混凝土强度。混凝土强度推定值在17.1～28.6 MPa>C15,钢筋年久锈蚀不满足HPB235 强度。不满足《导则》7.1.2.2一级评估条件。

(3)混凝土构件变形。梁、板挠度

(4)混凝土构件裂缝。梁、板为非预应力混凝土,裂缝<0.3 cm。满足《导则》7.1.2.4一级评估条件。

(5)混凝土构件钢筋锈胀。局部遗漏,不满足梁、板钢筋截面锈蚀率5%的要求。

(6)混凝土构件构造。连接(或节点)构造连接方式正确,主要构造基本符合国家现行鉴定规范要求,工作无异常。满足《导则》7.1.2.6一级评估条件。

2.2.3 木结构构件

(1)木结构构件外观质量。木结构构件局部腐朽、蛀蚀、缺陷,其有效面积受损率小于7.5%,满足《导则》7.4.2.1一级评估条件。

(2)木结构构件变形。三角桁架保存状态较好,变形

(3)木结构构件斜裂缝。木梁架保存较好,无明显斜裂缝或斜纹理。满足《导则》7.4.2.3 一级评估条件。

(4)木结构构件构造。连接(或节点)连接方式正确,主要构造基本符合国家现行设计规范要求,通风良好,工作无异常。屋架起拱值符合国家现行设计规范规定,但未发现有推力所造成的影响。满足《导则》7.4.2.4一级评估条件。

2.3 结构静力承载力验算二级评估

2.3.1 结构静力承载力验算1材料强度与荷载取值

材料强度:房屋墙体烧结砖的强度等级取MU7.5,砌筑砂浆的强度参考取值为1.2 MPa,混凝土构件的强度等级取C15。基本风压:0.35 k N/m2;基本雪压:0.60 k N/m2;地面粗糙度类别:C类。恒荷载:现浇板楼面:4.0 k N/m2;木格栅楼面:1.0 k N/m2;屋面:5.0 k N/m2或1.0 k N/m2;楼梯间:5.0k N/m2。活荷载:楼面:2.0 k N/m2(室内)楼面:2.5 k N/m2(走廊)、楼梯间:3.5 k N/m2;不上人屋面:0.5 k N/m2、上人屋面:2.0 k N/m2。

2.3.2 砖墙受压承载力验算结果

房屋仅4层、5层墙体抗力/荷载效应比分别为1.72、2.76,其他楼层墙体抗力/荷载效应比均低于允许值1。综合考虑现场实际情况及承载力验算结果,结合2013年墙体加固,认为满足承载力要求。

各层墙体高厚比基本满足计算要求。

2.3.3 木屋架承载力分析

按照现行GB 50009-2012建筑结构荷载规范,屋面恒荷载取值为1.0 k N/m2,活荷载取值为0.5 k N/m2。根据现场调查,木材主要采用杉木,木材强度按国家标准GB 50005-2017 木结构设计标准中的TC11级值。综合分析屋盖空间稳定性基本良好,木屋架基本满足承载力要求,现处于正常工作状态。

2.4 结构安全性综合评估

根据公式确定安全性不满足要求构件权重比Γ。

根据计算结果:0.05≥Γ>0,评定为b级。

2.5 建筑整体安全性等级评估

根据《导则》8.4.1规定,建筑整体安全性等级评估为C级。

3 建筑抗震性能评估

3.1 场地、地基和基础

内思楼抗震设防为6 度,根据GB 50023-2009建筑抗震鉴定标准第4.1.1和第4.2.2条,6、7度时建造于对抗震有利地段建筑,可不进行场地对建筑影响、地基和基础的抗震鉴定。

3.2 房屋抗震构造措施分析

该建筑主体结构为混合结构,根据《建筑抗震鉴定标准》相关规定,按照丙类建筑、6度抗震设防、A 类砌体房屋、后续使用年限30年要求,进行抗震措施分析。由于纵横墙布置在平面内闭合,纵横墙相交处无可靠连接;墙体酥碱、粉化,局部混凝土剥落,钢筋裸露、锈蚀。因此,抗震构造措施不满足相关规范和标准要求。

3.3 抗震承载力验算

采用中国建科院PKPM 软件,结合现场检测数据,对房屋进行地震作用下的结构承载力验算。结果表明,除5层外,其余各层墙体抗震承载力基本满足计算要求。

综上所述,根据《导则》所进行的检测与评估,内思楼整体结构安全性等级评估为C 级建筑整体安全性等级为C级。建议聘请具有相关文物保护资质的加固施工单位对内思楼外墙缺陷以及不满足要求的构件进行加固处理;不得改变内思楼的结构,用途和使用环境;在日常使用中,确保使用活荷载不超过设计荷载,定期对其进行维修、保养和修缮。