摘 要：為了避免不必要的加固處理，對(duì)既有多層砌體房屋、框架填充墻房屋等，按照現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范方法驗(yàn)算結(jié)構(gòu)承載能力時(shí)經(jīng)常遇到的截面應(yīng)力比超規(guī)范、配筋不足等問(wèn)題，挖掘利用房屋結(jié)構(gòu)已有的承載潛力，提出了修正傳力路徑假定、考慮翼墻組合截面效應(yīng)、利用框架填充墻體抵抗水平變位、利用整體地面面層參與樓板結(jié)構(gòu)工作、允許結(jié)構(gòu)塑性充分發(fā)展等結(jié)構(gòu)分析概念或概念分析方法，將房屋安全性鑒定中的 “超規(guī)范”高技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題，恰當(dāng)?shù)剞D(zhuǎn)換為了符合或基本符合現(xiàn)行規(guī)范要求的低技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題。
Abstract: For the safety appraisal of existing multi-storey masonry buildings and RC frame structure infill with bricks buildings, revised load transfer paths, I shape composite walls, infilled frames, etc, a series of structure concept was introduced to establish the newly design and calculation models to check the structural load-bearing capacity and reduced the amount of reinforcement.
Key words: existing building; safety; appraisal; structure analysis methods
1 引言
現(xiàn)階段進(jìn)行
房屋安全性檢測(cè)評(píng)估，其結(jié)構(gòu)分析主要是設(shè)計(jì)規(guī)范水平的驗(yàn)算分析。即，按照設(shè)計(jì)規(guī)范方法，利用工程設(shè)計(jì)軟件，對(duì)房屋結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算分析，并據(jù)此判定結(jié)構(gòu)安全性。這里，與新工程設(shè)計(jì)的不同之處在于計(jì)算輸入條件（如：結(jié)構(gòu)材料性能指標(biāo)、荷載條件等）引用了現(xiàn)狀檢測(cè)結(jié)果。該方法為一般工程師所熟悉，計(jì)算軟件選擇余地較大，具有很強(qiáng)的實(shí)用性，我們近些年所完成的多數(shù)檢測(cè)項(xiàng)目采用了此法。
用現(xiàn)行的工程設(shè)計(jì)軟件對(duì)既有房屋結(jié)構(gòu)進(jìn)行驗(yàn)算分析經(jīng)常遇到的問(wèn)題是“超規(guī)范”，如：應(yīng)力比大于規(guī)范規(guī)定、實(shí)際配筋數(shù)量不足等。發(fā)生這些問(wèn)題的原因是多方面的，有的可能是現(xiàn)計(jì)算模型與原設(shè)計(jì)計(jì)算模型差異所致，也有的是新的設(shè)計(jì)規(guī)范提高了設(shè)計(jì)要求所致，更多的是上述兩種原因同時(shí)存在。
工程中一般認(rèn)為“超規(guī)范”是不可接受的，需要采取相應(yīng)的處理措施，然而，長(zhǎng)期的使用歷史表明房屋結(jié)構(gòu)具有良好的性能，此時(shí)，為了減少不必要的處理工程量，利用一些結(jié)構(gòu)概念分析方法，考慮一些建筑構(gòu)配件、建筑構(gòu)造對(duì)結(jié)構(gòu)的貢獻(xiàn)等，對(duì)設(shè)計(jì)計(jì)算模型進(jìn)行適當(dāng)修正，往往可以使驗(yàn)算結(jié)果在規(guī)范許可范圍內(nèi)，取得顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)利益。
2 多層砌體房屋帶翼墻墻體及地基基礎(chǔ)承載能力驗(yàn)算
2.1 豎向作用效應(yīng)擴(kuò)散傳遞影響分析
長(zhǎng)期以來(lái)，多層砌體房屋墻體受力分析時(shí)，通常假定豎向荷載直接向下傳遞，不考慮向相鄰翼墻墻體的擴(kuò)散傳遞，這樣的假定，由于在計(jì)算分析中沒(méi)有考慮相鄰翼墻的作用，結(jié)果會(huì)趨向于安全。這樣的計(jì)算結(jié)果，如果作為新房屋設(shè)計(jì)依據(jù)并無(wú)不當(dāng)之處，但作為既有房屋安全性評(píng)估，如果據(jù)此結(jié)果判定房屋結(jié)構(gòu)不安全，顯然存在不妥。事實(shí)上，豎向荷載的傳遞會(huì)向豎向剛度相對(duì)較大、變形較小的相鄰翼墻墻體擴(kuò)散。理論上，借助有關(guān)計(jì)算機(jī)分析軟件，是可以對(duì)這些豎向荷載的擴(kuò)散做出估計(jì)的，但由于地基基礎(chǔ)變形的復(fù)雜性，準(zhǔn)確地估計(jì)作用效應(yīng)的大小與分布是很困難的。實(shí)用上，如果地基基礎(chǔ)不存在明顯的不均勻沉降，墻體不存在明顯開(kāi)裂損壞，房屋結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀及使用條件不發(fā)生改變，則，按照下列步驟進(jìn)行分析計(jì)算，并最終滿足要求時(shí)可以認(rèn)為墻體（或地基基礎(chǔ)）承載能力滿足規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。
（1）按照現(xiàn)行規(guī)范計(jì)算墻體（或地基基礎(chǔ)）的承載能力設(shè)計(jì)值，計(jì)算作用效應(yīng)與承載能力設(shè)計(jì)值之差；
（2）參照確定墻梁頂面荷載設(shè)計(jì)值的原則方法，確認(rèn)墻體相關(guān)構(gòu)造可以滿足擴(kuò)散傳遞前差值的要求；
（3）假定前差值傳遞到相鄰翼墻墻體，并與該墻體已有的作用效應(yīng)疊加；
（4）驗(yàn)算相鄰翼墻墻體（或地基基礎(chǔ)）承載能力符合現(xiàn)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。
2.2組合截面墻體結(jié)構(gòu)抗力影響分析
在上述的分析中，帶翼墻墻體被分解為單片墻體，分別考慮其結(jié)構(gòu)抗力，忽略了縱橫墻體相互作用。事實(shí)上，縱橫墻組合后形成的T形截面或工字形截面的綜合抗力水平會(huì)明顯高于各單片墻體的抗力之和。實(shí)用上，在前述的分析中，如果翼墻墻體承載能力不能符合現(xiàn)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，此時(shí)可以合理地將帶翼墻墻體分解為“一字形”及“T形”截面墻體，重復(fù)上述的過(guò)程。
（1）按照現(xiàn)行規(guī)范計(jì)算“一字形”墻體（或地基基礎(chǔ)）的承載能力設(shè)計(jì)值，計(jì)算作用效應(yīng)與承載能力設(shè)計(jì)值之差；
（2）參照確定墻梁頂面荷載設(shè)計(jì)值的原則方法，確認(rèn)墻體相關(guān)構(gòu)造可以滿足擴(kuò)散傳遞前差值的要求；
（3）假定前差值傳遞到相鄰“T形”截面墻體，并與該墻體已有的作用效應(yīng)疊加；
（4）驗(yàn)算相鄰“T形”截面墻體（或地基基礎(chǔ)）承載能力符合現(xiàn)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。
2.3關(guān)于抗震問(wèn)題
上述的分析主要是針對(duì)靜力計(jì)算而言，一般不用于結(jié)構(gòu)抗震性能分析。
現(xiàn)實(shí)的震害調(diào)查顯示，在7度區(qū)，對(duì)于過(guò)去未曾進(jìn)行抗震設(shè)防的砌體結(jié)構(gòu)房屋，震后均會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重開(kāi)裂損壞；結(jié)構(gòu)布置有缺陷的，可能會(huì)倒塌或局部倒塌；防止房屋地震倒塌的的根本措施在于墻體及圈梁的合理布置，進(jìn)行墻體承載能力驗(yàn)算沒(méi)有明顯的實(shí)際意義。
總的來(lái)講，小開(kāi)間多層砌體房屋，如：多層住宅、宿舍、辦公樓等，由于墻體布置較多，設(shè)計(jì)上可能存在較多的安全儲(chǔ)備，進(jìn)行既有房屋結(jié)構(gòu)分析時(shí)可以適當(dāng)加以利用，合理評(píng)價(jià)其安全性，避免不必要的加固處理。
3 框架填充墻房屋結(jié)構(gòu)承載能力驗(yàn)算
現(xiàn)今的框架結(jié)構(gòu)房屋設(shè)計(jì)，一般認(rèn)為框架承擔(dān)所有的荷載作用（包括：自重、風(fēng)、地震等），不考慮填充墻體對(duì)房屋結(jié)構(gòu)承載性能的貢獻(xiàn)。這種設(shè)計(jì)極大地方便了房屋內(nèi)部的平面布置，一般情況下（不考慮地震等動(dòng)力作用影響）其計(jì)算結(jié)果會(huì)趨向于安全，作為新房屋設(shè)計(jì)依據(jù)并無(wú)不當(dāng)之處，但在既有房屋安全性評(píng)估中，如果據(jù)此結(jié)果判定房屋結(jié)構(gòu)不安全，顯然存在不妥。事實(shí)上，只要有填充墻體存在，其對(duì)房屋結(jié)構(gòu)的承載性能是有貢獻(xiàn)的。理論上，借助有關(guān)計(jì)算機(jī)分析軟件，可以對(duì)框架-填充墻復(fù)合結(jié)構(gòu)的受力做出估計(jì)的，但由于系統(tǒng)的復(fù)雜性，準(zhǔn)確地估計(jì)作用效應(yīng)的大小與分布是很困難的。實(shí)用上，如果填充墻砌筑質(zhì)量良好，不存在明顯的變形、開(kāi)裂等損壞現(xiàn)象，房屋結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀及使用條件不發(fā)生改變，則，可以按照下列的一些原則方法對(duì)房屋結(jié)構(gòu)承載能力進(jìn)行驗(yàn)算分析。
3.1無(wú)側(cè)移框架方案
對(duì)于墻體布置比較稠密，符合現(xiàn)行《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50003有關(guān)剛性方案規(guī)定的房屋結(jié)構(gòu)體系，可以按照無(wú)側(cè)移框架，對(duì)框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行承載能力驗(yàn)算分析。
3.2框架-剪力墻（或支撐-框架）方案
對(duì)于墻體布置相對(duì)較少，但樓蓋整體性較好的房屋，可以將墻體作為剪力墻（或支撐）考慮，按照框架-剪力墻（或支撐-框架），對(duì)框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行承載能力驗(yàn)算分析。
這里，剪力墻（或支撐）的剛度可通過(guò)折算或等代處理。
對(duì)于滿填框架格或小開(kāi)洞填充墻，可以用等代剪力墻模擬，也可以用支撐桿件模擬。對(duì)于有窗洞口的填充墻，應(yīng)采用支撐桿件模擬。支撐桿件的支點(diǎn)應(yīng)取在窗洞口下部。
填充墻體的承載能力可以參有關(guān)資料確定，除非砂漿強(qiáng)度等級(jí)太低（低于M0.4），不考慮地震時(shí)一般無(wú)需進(jìn)行加固處理。
3.3關(guān)于抗震問(wèn)題
上述的分析主要是針對(duì)靜力計(jì)算而言，一般不用于
結(jié)構(gòu)抗震檢測(cè)性能分析。
現(xiàn)實(shí)的震害調(diào)查顯示，填充墻體的存在對(duì)框架結(jié)構(gòu)的抗震性能有顯著影響，如：墻體布置的不對(duì)稱導(dǎo)致明顯的整體扭轉(zhuǎn)效應(yīng)損壞、適當(dāng)?shù)奶畛鋲w存在避免了房屋的整體倒塌等，在進(jìn)行抗震性能分析時(shí)必須給予考慮。借助填充墻體提高房屋結(jié)構(gòu)的抗震性能，關(guān)鍵是保證墻體與框架有可靠拉結(jié)，地震作用下墻體可以酥裂但不應(yīng)坍塌。
應(yīng)該指出，早期（上世紀(jì)前半頁(yè)或更早）的框架結(jié)構(gòu)房屋，其框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一般就是僅考慮豎向荷載作用，水平荷載（主要是風(fēng)荷載）由按構(gòu)造要求設(shè)置的墻體抵抗。這個(gè)設(shè)計(jì)理念在當(dāng)今幾乎被人們忘卻，在房屋的裝修改造中，人們不經(jīng)意間對(duì)墻體的拆改可能造成了房屋結(jié)構(gòu)性能的破壞，此類可能存在的問(wèn)題在評(píng)估分析時(shí)應(yīng)予甄別。
總的來(lái)講，框架填充墻房屋，由于填充墻體的作用，設(shè)計(jì)上可能存在較多的安全儲(chǔ)備，在進(jìn)行既有房屋結(jié)構(gòu)分析時(shí)可以適當(dāng)加以利用，合理評(píng)價(jià)其安全性，避免不必要的加固處理。
4 現(xiàn)澆肋梁樓蓋結(jié)構(gòu)承載能力驗(yàn)算
對(duì)既有房屋的現(xiàn)澆肋梁樓蓋結(jié)構(gòu)進(jìn)行承載能力驗(yàn)算時(shí)，可以適當(dāng)考慮下列一些有利因素，避免產(chǎn)生一些不必要的加固工程量。
4.1整體樓地面面層對(duì)結(jié)構(gòu)承載能力的貢獻(xiàn)
整體樓地面，主要指整澆細(xì)石混凝土面層、水磨石面層等直接粘結(jié)在樓板結(jié)構(gòu)表面的地面面層。新房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)作為荷載考慮，不考慮對(duì)結(jié)構(gòu)承載能力的影響。在對(duì)既有房屋結(jié)構(gòu)進(jìn)行安全性評(píng)估時(shí)，如果在關(guān)鍵受力部位，地面面層不存在開(kāi)裂、空鼓等損壞現(xiàn)象，那么，對(duì)樓板、梁進(jìn)行承載能力驗(yàn)算時(shí)，可以考慮地面面層參與部分工作。
4.2樓板鋼筋對(duì)梁承載能力的貢獻(xiàn)
新房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，梁（包括樓蓋梁和框架梁）、板一般是分別計(jì)算，分別配筋，在板的邊角部位往往還增配一些構(gòu)造鋼筋。在對(duì)既有房屋結(jié)構(gòu)進(jìn)行安全性評(píng)估時(shí)，可以考慮梁和板的鋼筋共同參與工作。具體地，在梁的負(fù)彎矩區(qū)，可以考慮一定寬度（即：倒T形截面梁）的板配筋參與梁的工作。關(guān)于樓板配筋參與框架梁工作問(wèn)題，由于顯著影響了強(qiáng)柱弱梁破壞模式的實(shí)現(xiàn)，在結(jié)構(gòu)抗震研究中已經(jīng)引起高度重視。
5 鋼筋混凝土連續(xù)梁結(jié)構(gòu)承載能力驗(yàn)算
設(shè)計(jì)鋼筋混凝土連續(xù)梁時(shí)，為了便于鋼筋布置，一般均會(huì)對(duì)支座彎矩進(jìn)行調(diào)幅處理，同時(shí)，為了限制梁的裂縫寬度等，對(duì)調(diào)幅比例有一定限制。在對(duì)既有房屋結(jié)構(gòu)進(jìn)行安全性評(píng)估時(shí)，如果現(xiàn)狀檢查沒(méi)有發(fā)現(xiàn)影響正常使用的變形、開(kāi)裂等損壞現(xiàn)象，可以進(jìn)一步增大調(diào)幅比例，直至按照梁的支座、跨中均產(chǎn)生塑性鉸的狀態(tài)進(jìn)行驗(yàn)算分析，如果存在現(xiàn)澆樓板，支座截面還可以考慮板面配筋參與工作。
6 預(yù)制樓板承載能力驗(yàn)算
樓地面面層對(duì)樓板結(jié)構(gòu)承載能力是有貢獻(xiàn)的。在確認(rèn)地面面層粘結(jié)良好、不存在明顯損壞的條件下，驗(yàn)算預(yù)制樓板承載能力時(shí)，可以考慮地面面層參與部分工作。
7 結(jié)語(yǔ)
房屋安全性檢測(cè)、評(píng)估中結(jié)構(gòu)分析的深度可分為三個(gè)層次，依次為結(jié)構(gòu)狀況宏觀分析、基于設(shè)計(jì)規(guī)范的驗(yàn)算分析、針對(duì)具體問(wèn)題的專題研究分析。結(jié)構(gòu)狀況宏觀分析一般在初步調(diào)查階段采用，目的是為下一步檢測(cè)分析制定工作方案。基于設(shè)計(jì)規(guī)范的驗(yàn)算分析是現(xiàn)階段房屋安全性檢測(cè)、評(píng)估采用的主要分析方法。對(duì)于驗(yàn)算結(jié)果“超規(guī)范”的房屋，當(dāng)事者無(wú)異議時(shí)可直接采取處理措施；有更進(jìn)一步要求時(shí)，可以針對(duì)具體問(wèn)題進(jìn)行專題研究分析，即第三層次分析。本文介紹的一些分析概念或方法，技術(shù)上實(shí)現(xiàn)了將第三層次問(wèn)題轉(zhuǎn)化為第二層次的問(wèn)題來(lái)解決，將高技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題轉(zhuǎn)化為了低技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題。
房屋結(jié)構(gòu)真實(shí)受力性能并不像設(shè)計(jì)計(jì)算模型展示的那樣簡(jiǎn)單，房屋的安全性也不應(yīng)僅僅是靠構(gòu)件或構(gòu)件截面驗(yàn)算來(lái)把握的，應(yīng)用本文介紹的分析概念或方法處理具體問(wèn)題時(shí)，仍需要工程師獨(dú)立思考與判斷，規(guī)避技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。
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