近現代歷史建筑結構安全性評估
——以蕪湖內思高級工業職業學校舊址為例*

張 輝

(安徽省文物考古研究所 合肥 230601)

中國近現代歷史建筑由于時代與技術局限,未做抗震設計,隨著時間推移,因其材料劣化,性能降低,結構可靠性存在安全隱患。因此,對其進行結構安全性檢鑒定尤為必要。目前,已經有通過計算模型、有限元、模糊層次等分析方法對磚木結構建筑進行鑒定并采取相應加固措施。2014年國家文物局頒布了《近現代歷史建筑結構安全性評估導則》(WWT 0048-2014)(以下簡稱《導則》),為近現代歷史建筑的保護提供了科學的指導。但由于多種原因,文保設計單位對《導則》運用尚處起步階段。筆者以蕪湖內思高級工業職業學校舊址——內思樓為例,根據《導則》及現行建筑結構安全性檢測相關標準對其進行檢測評估,并針對存在的結構安全隱患和評估結果提出保護建議。

1 工程建筑概述概況

近現代歷史建筑隨著時間推移,因其材料劣化,性能降低,結構可靠性存在安全隱患。目前,已經有通過計算模型、有限元、模糊層次等分析方法對磚木結構建筑進行鑒定并采取相應加固措施。2014年國家文物局頒布《近現代歷史建筑結構安全性評估導則》(WWT 0048-2014)(以下簡稱《導則》),為近現代歷史建筑保護提供了科學指導。筆者以蕪湖市一處近現代歷史建筑為例,依據《導則》,對第八批全國重點文物保護單位內思高級工業職業學校舊址——內思樓進行安全性鑒定,該建筑位于蕪湖市鏡湖區吉和南路26號。1934年,由天主教蕪湖教區西班牙籍蒲蘆主教設計監造,是中西建筑形式完美結合的實例之一。

1.1 建筑現狀結構

內思樓平面呈“日”字形。樓體以梁柱為骨架,以以磚墻承重為主,局部采用鋼筋混凝土結構,樓面主要采用木格柵及混凝土現澆板;房屋未設置圈梁及構造柱。所用木材均為西班牙進口紅松,防蟲防蝕,使建筑更加堅固耐用?；A未探明,根據建筑上部結構,推測為條形基礎。

1.2 現狀調查

內思樓結構體系未變,整體性較好、節點與連接穩固。但局部存在混凝土酥堿、露筋現象;外墻磚大量酥粉化,大面積水泥砂漿抹面;木屋架保存狀態較好,局部木構件干縮開裂;屋面機瓦碎裂、滑移,局部滲水。

1.3 材料性能的檢測

(1)磚抗壓強度檢測。根據GB/T 50315-2011砌體工程現場檢測技術標準和JC/T 796-2013回彈儀評定燒結普通磚強度等級的方法方法綜合評定測試范圍內燒結普通轉的強度等級為MU7.5。

(2)砂漿抗壓強度檢測。參考JGJ/T 136-2017貫入法檢測砌筑砂漿強度技術規程,采用貫入法抽樣測試墻體砌筑砂漿抗壓強度,強度測試值在1.0～2.1 MPa之間,計算時,砂漿強度參考取值為1.2 MPa。

(3)混凝土抗壓強度檢測?，F場使用ZBL-S260型回彈儀對混凝土構件抽樣測試,按照JGJ/T 23-2011回彈法檢測混凝土抗壓強度技術規程,現場對混凝土構件抽樣測試,進行,抗壓強度推定值在17.1～28.6 MPa之間,按單構件評定,房屋混凝土強度等級可評定為C15。

1.4 相對不均勻沉降測量

采用全站儀進行測量,測量時以二層檐口線為相對水準面,根據各測點之間的高差和距離計算其局部傾斜率,結果表明:房屋南北向檐口底部相對高差無明顯規律,南北向各測點相對水平差值在0.25‰～3.98‰之間,房屋東西向檐口底部相對高差無明顯規律,東西向各測點相對水平差值0.10‰～4.40‰之間。采用全站儀測量,以二層檐口線為相對水準面,根據各測點間高差和距離計算器局部傾斜率。結果表明,建筑物檐口底部相對高差無明顯規律,東西向相對水平差值在0.01‰～4.40‰之間;南北向相對水平差值在0.25‰～3.98‰之間。

1.5 整體傾斜檢測

采用全站儀對房屋進行傾斜測量,根據偏移量和高度來反映房屋傾斜情況。測量結果表明:房屋各測點南北向傾斜不一致,傾斜率在0.54‰～4.81‰之間;東西向傾斜不一致,傾斜率在0.59‰～3.83‰之間。傾斜測量結果表面,房屋個別測點傾斜率大于GB 50007-2011建筑地基基礎設計規范中4‰限值,但未超過JGJ 125-2016危險房屋鑒定標準中20‰限值。采用全站儀測量,測量值顯示,房屋傾斜率在0.54‰～4.81‰之間。其結果表明:個別測點傾斜率大于GB50007-2011建筑地基基礎設計規范中4‰限值,但未超過JGJ 125-2016危險房屋鑒定標準中20‰限值。

2 結構安全性等級評估

2.1 地基基礎

(1)現場檢測表明,未發現由地基不均勻沉降引起的明顯可見裂縫及其他損傷。

(2)現場檢測表明,相對不均勻沉降0.10‰～4.40‰,傾斜率在0.54‰～4.81‰之間。滿足《導則》6.2.2一級評估條件。

(3)上部結構砌體部分未出現寬度大于5 mm 的沉降裂縫,預制構件之間的連接部位未出現寬度大于2mm 的沉降裂縫。滿足《導則》6.2.1一級評估條件。

依據《導則》5.2.2.1條,地基基礎安全性等級評為a級。

2.2 上部結構構件

2.2.1 磚砌體結構

(1)外觀質量。墻的受損主要為表面風化酥堿,受損率小于6%;柱的受損率小于4%。滿足《導則》7.

3.2.1一級評估條件。

(2)材料強度。燒結普通轉的強度等級為MU7.5

(3)結構構件變形。側向彎曲矢高(mm)

(4)砌體構件的裂縫。無明顯受力裂縫,僅局部存在由于磚體酥堿產生<3 mm 非貫穿壓力裂縫。滿足《導則》7.3.2.4一級評估條件。

(5)構造。墻、柱的高厚比在6.2～17.4之間,滿足國家現行設計規范要求。連接及砌筑方式正確,主要構造基本符合國家現行設計規范要求,工作無異常。滿足《導則》7.3.2.5一級評估條件。

2.2.2 混凝土結構構件

(1)混凝土外觀質量?；炷?013 年進行了加固及缺陷修補,除局部遺漏外,梁、板截面損失率<10%,墻、柱<5%。滿足《導則》7.1.2.1 一級評估條件。

(2)混凝土強度?；炷翉姸韧贫ㄖ翟?7.1～28.6 MPa>C15,鋼筋年久銹蝕不滿足HPB235 強度。不滿足《導則》7.1.2.2一級評估條件。

(3)混凝土構件變形。梁、板撓度

(4)混凝土構件裂縫。梁、板為非預應力混凝土,裂縫<0.3 cm。滿足《導則》7.1.2.4一級評估條件。

(5)混凝土構件鋼筋銹脹。局部遺漏,不滿足梁、板鋼筋截面銹蝕率5%的要求。

(6)混凝土構件構造。連接(或節點)構造連接方式正確,主要構造基本符合國家現行鑒定規范要求,工作無異常。滿足《導則》7.1.2.6一級評估條件。

2.2.3 木結構構件

(1)木結構構件外觀質量。木結構構件局部腐朽、蛀蝕、缺陷,其有效面積受損率小于7.5%,滿足《導則》7.4.2.1一級評估條件。

(2)木結構構件變形。三角桁架保存狀態較好,變形

(3)木結構構件斜裂縫。木梁架保存較好,無明顯斜裂縫或斜紋理。滿足《導則》7.4.2.3 一級評估條件。

(4)木結構構件構造。連接(或節點)連接方式正確,主要構造基本符合國家現行設計規范要求,通風良好,工作無異常。屋架起拱值符合國家現行設計規范規定,但未發現有推力所造成的影響。滿足《導則》7.4.2.4一級評估條件。

2.3 結構靜力承載力驗算二級評估

2.3.1 結構靜力承載力驗算1材料強度與荷載取值

材料強度:房屋墻體燒結磚的強度等級取MU7.5,砌筑砂漿的強度參考取值為1.2 MPa,混凝土構件的強度等級取C15?；撅L壓:0.35 k N/m2;基本雪壓:0.60 k N/m2;地面粗糙度類別:C類。恒荷載:現澆板樓面:4.0 k N/m2;木格柵樓面:1.0 k N/m2;屋面:5.0 k N/m2或1.0 k N/m2;樓梯間:5.0k N/m2?；詈奢d:樓面:2.0 k N/m2(室內)樓面:2.5 k N/m2(走廊)、樓梯間: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 磚墻受壓承載力驗算結果

房屋僅4層、5層墻體抗力/荷載效應比分別為1.72、2.76,其他樓層墻體抗力/荷載效應比均低于允許值1。綜合考慮現場實際情況及承載力驗算結果,結合2013年墻體加固,認為滿足承載力要求。

各層墻體高厚比基本滿足計算要求。

2.3.3 木屋架承載力分析

按照現行GB 50009-2012建筑結構荷載規范,屋面恒荷載取值為1.0 k N/m2,活荷載取值為0.5 k N/m2。根據現場調查,木材主要采用杉木,木材強度按國家標準GB 50005-2017 木結構設計標準中的TC11級值。綜合分析屋蓋空間穩定性基本良好,木屋架基本滿足承載力要求,現處于正常工作狀態。

2.4 結構安全性綜合評估

根據公式確定安全性不滿足要求構件權重比Γ。

根據計算結果:0.05≥Γ>0,評定為b級。

2.5 建筑整體安全性等級評估

根據《導則》8.4.1規定,建筑整體安全性等級評估為C級。

3 建筑抗震性能評估

3.1 場地、地基和基礎

內思樓抗震設防為6 度,根據GB 50023-2009建筑抗震鑒定標準第4.1.1和第4.2.2條,6、7度時建造于對抗震有利地段建筑,可不進行場地對建筑影響、地基和基礎的抗震鑒定。

3.2 房屋抗震構造措施分析

該建筑主體結構為混合結構,根據《建筑抗震鑒定標準》相關規定,按照丙類建筑、6度抗震設防、A 類砌體房屋、后續使用年限30年要求,進行抗震措施分析。由于縱橫墻布置在平面內閉合,縱橫墻相交處無可靠連接;墻體酥堿、粉化,局部混凝土剝落,鋼筋裸露、銹蝕。因此,抗震構造措施不滿足相關規范和標準要求。

3.3 抗震承載力驗算

采用中國建科院PKPM 軟件,結合現場檢測數據,對房屋進行地震作用下的結構承載力驗算。結果表明,除5層外,其余各層墻體抗震承載力基本滿足計算要求。

綜上所述,根據《導則》所進行的檢測與評估,內思樓整體結構安全性等級評估為C 級建筑整體安全性等級為C級。建議聘請具有相關文物保護資質的加固施工單位對內思樓外墻缺陷以及不滿足要求的構件進行加固處理;不得改變內思樓的結構,用途和使用環境;在日常使用中,確保使用活荷載不超過設計荷載,定期對其進行維修、保養和修繕。