既有自建砌体结构民居加层前抗震性能现状分析

发表时间:2016/1/18   来源:《工程建设标准化》2015年9月供稿   作者:王伟
[导读] 乌鲁木齐市建筑建材科学研究院有限责任公司,新疆,乌鲁木齐 建立引导自建房使用科学合理的新技术、新工艺的激励制度,鼓励应用先进的科学技术,提高居民抗震水平。

王  伟
  (乌鲁木齐市建筑建材科学研究院有限责任公司,新疆,乌鲁木齐,830063)
  【摘  要】针对城中村及城边村,在加层改造工作中缺乏能够反映自建民居现状问题,在某地区的110余户自建民居建筑开展加层前抗震性能的调研检测。根据调研检测资料,分析自建民居建筑抗震性能现状,指出既有自建砌体结构民居在抗震设计、构造、施工中存在的问题,并简析其原因,提出一些提高自建砌体结构民居结构抗震性能的措施。
  【关键词】城中、城乡结合部自建民居;砌体结构;抗震性能;调研检测;措施;建议
  早期城市与乡村的景观差异明显,但在城市化过程中,城市不断向外围扩张,使得毗邻乡村地区的土地利用从农业转变为工业、商业、居住区以及其他职能,并相应兴建了城市服务设施。由于,城中村、城乡结合部现有的自建民居修建年代较远,且多以单层建筑为主,因此,无论从城市整体规划要求,还是人口居住环境上,都已不能满足现在的要求。然而,在当下进行的城市化建设中,受土地、规划、造价等多方面的制约,选址新建民居或原址拆除重建的困难都远远大于在现有建筑基础上进行加层。
  在多年的既有自建民居检测工作过程中,我和我同事也发现,市内及市周边80%的自建民居都选择在已有建筑上进行加层的方式改善居住条件。但是,受当时经济水平及专业知识的限制,一般居民对于房屋抗震性能的认识还很不足,建造初期便留下“硬伤”,结构安全存在隐患。加之我国是一个多地震国家,这无疑使此类建筑的抗震性能弱的问题更加凸显。
  我和同事受委托对乌鲁木齐市周边的近300户要求加层的自建民居进行检测,并同时对总计110余户既有民居开展了随机抽样的散点调研,在检测过程中收集了既有自建民居建筑、结构、构造、施工等方面的资料,并依据采集的资料进行抗震性能现状分析。
  单层砌体结构房屋是既有自建民居中应用最多的结构形式,检测对象100%房屋以砖墙或砖柱作为竖向承重构件,其中烧结普通黏土砖作为主要建筑材料的砌体结构房屋占到90%以上。按屋盖结构形式可分为砖木结构和砖混结构,所占比例分别为5%、95%;砖混结构屋盖和楼盖均采用现浇或预应力混凝土空心板。
  1 既有砌体结构民居建筑抗震性能现状分析
  砌体房屋的抗震性能主要取决于承重材料的性能、主体结构的整体性和施工质量。若从整个建筑环境来讲,还与建筑所在的场地、地基等条件有关。下面从几个方面分析砌体结构房屋的抗震性能现状。
  1.1 场地、地基与基础
  场地:调查中发现,自建民居宅基地选址多不合理。一方面是缺少科学的专业指导,另一方面是由于地理条件的限制不得已而为之,民房建筑处于抗震的不利地段。在城乡结合部居民建设中,选址是头等重要的条件,若民居所处地理位置是抗震的危险地段,比如软弱土、液化土场地,陡坡,陡坎,河岸和边坡的边缘,高含水量的可塑粉质粘砂及土场地,采空区周边,发震断裂带上等等,主体建筑再坚固,也不能完全避免地震时的破坏。
  地基:粉、粘性土的软弱地基在自建民居地基条件中比例很高,仅少数地基经换填碾压处理。对上述软弱地基的处理往往在民居建筑中被忽视,容易造成建筑地基承载力不足或同一建筑地基承载力差异过大。对于既有单层建筑,其地基尚可满足现有承载力要求。在检测过程中也发现,一些新加层砖砌体房屋,已经存在由于地基不能满足两层砌体的承载力而导致墙体开裂。
  当地房屋在建造初期时地下水位普遍偏高,最高时期仅在1.0m左右,而当地季节性冻土层深度却近1.5m左右,这一现象致使地基湿土在冬季冻结过程中,地基土体中的水分及因冻结向冻结峰面迁移来的水分冻结而引起体积膨胀,引起房屋地基土的膨胀,从而极易使上部结构出现开裂破坏现象。从而影响主体结构的抗震性能。
  基础:自建砌体结构民居建筑的材料多就地取材,基础以墙下条形砖基础、毛石基础、卵石基础、灰土基础居多。少数砖基础中设置了基础圈梁,多数连基础放大角都未做。基础砌筑用的砂浆无论在强度及饱满度方面表现较差,多数强度不足M5甚至用泥浆砌筑,砌体用石材间存在大量不饱满现象,从而使基础整体性、稳定性进一步减弱。这些因素也是导致房屋墙体开裂的原因之一,从而影响主体结构的抗震性能。
  附在调查中一户不满足国家现行规范的基础实物图:

  1.2 结构体系
  自建民居的层数绝大部分为地上1~2层,一般情况是随着房屋层数增多,建筑面积增大,房屋的抗震构造措施相对越差,结构抗震性能越差。在房屋层数增加后,水平地震作用使房屋的底部剪力增大,对房屋的整体性、延性等方面要求越高。因此,砌体结构加层前应严格按照《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)进行抗震验算。但目前自建居的设计未纳入设计管理的范围,自行按照传统习惯建造层数较多的砌体结构房屋没有标准、规范约束,很难保证房屋的结构安全。
  这次调查检测的民居,从抗震角度分析其结构体系存在安全隐患。例如调查范围内绝大多数房屋,多采用砖混结构、纵墙承重方案,建筑大体上东西走向,平面与“曰”字相近,设置三道240~370mm厚砖墙(附图一),预应力混凝土空心板楼屋盖或木结构屋盖梁基本搁置于这三道纵墙上。为了增加房屋的使用空间,内横墙间距普遍较大,室内隔墙多采用120mm厚砖墙;另外,为增加房屋的采光性能,95%的当地民居南侧承重纵墙均设有大尺寸窗洞口,开洞率多在40%~55%,承重窗间墙最小宽度及承重外墙尽端至门窗洞边的最小距离均小于当地8度设防1.2m的要求(附图二)。
  上述结构布局及较大、较多洞口的开设,使得砌体结构刚度较差、承载力及抗震性能大大削弱;考虑加层设计时,结构整体竖向承载力及水平抗剪承载力,均不能满足要求,在地震作用下震害无疑是相对较重的。
  实物图:

  附图一为在此次调查中绝大多数房屋平面布置式样图:              附图二为在此次调查中不满足国家现行规范的平面布置实例图:

  1.3 建筑材料
  自建民居的建造通常由有经验的包工头带民工自行施工,建筑材料质量不达标、使用不合理的现象较为普遍。
  一方面,近65%的砌体采用含泥量较大、水泥含量较低的混合砂浆砌筑。强度等级一般在M2.5~M5.0间。砌体结构墙体既要承受竖向力,也要承受水平力,墙体抵抗地震作用主要依靠其抗剪、抗弯能力,而砌体的抗剪、抗弯能力取决于块材间灰缝的切向粘结强度,低强度灰缝的切向粘结力极低,在水平荷载作用下对承载力的影响远大于竖向荷载作用的影响。因此,砌体中块材的粘结材料本身的强度和块材之间的粘结强度直接影响砌体的抗震能力。
  另一方面,在砌体结构施工中,工匠对砂浆配合比不能科学控制,也有混淆不同类型砂浆的使用范围,或一次拌制过多,放置时间过长,使用失效砂浆等,这些问题也造成砌体结构房屋抗震性能的降低。检测中发现,多数砌体存在水平灰缝砂浆不均匀且不饱满,竖向灰缝基本无砂浆的现象。这些问题也造成砌体结构房屋抗震性能的降低。
  检测中还发现,同一房屋两片承重墙体使用不同的建筑材料现象。例如,房屋南侧墙体为烧结普通砖,东侧墙体为烧结多孔砖,两种砌体接缝处为竖向通缝。
  实物图:

  1.4 结构构件
  自建民居经常会用到的预制构件,主要为钢筋混凝土构件,此类构件分工厂预制和现场预制两种方式。
  工厂预制构件一般来自附近的原乡镇预制构件厂,主要品种为预应力混凝土空心板;现场预制构件则由民工现场搅拌混凝土、绑扎钢筋制作,主要品种为房屋大梁及门、窗洞口过梁。
  自建房屋的进场建筑材料质量把关不严,也缺少检验手段、仪器和工具,所以无论哪一种预制方式都可能存在一些质量问题,但是尺寸偏差不大、强度保证率较高;绝大多数现场制作安装的过梁支承长度不足、截面尺寸过小。现场施工也存在一定偏差,这就很容易造成预制构件的安装不能够达到最佳状态,从而留下安全隐患。
  1.5 抗震结构
  《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)中规定的砌体结构房屋的构造措施对提高房屋抗震性能非常有效。检测发现,既有自建砌体结构民居大多数采取了一些基本的抗震措施,尤其是近年来新建房屋不同程度设置了圈梁、构造柱,没有任何抗震措施的房屋一般为年代久远的老宅。房屋设置圈梁、构造柱比例均大于50%,但在质量上存在不少问题。例如构造柱数量偏少、一些关键位置未设构造柱(少数本世纪初修建的房屋仅四大角设置构造柱)、圈梁设置不合理(仅在外墙及内纵墙顶设置圈梁)、构造柱与圈梁的连接构造不合理、构造柱施工未留大马牙槎、圈梁不封闭、圈梁代替过梁时洞口位置不加筋等;同时,而无论对于预应力混凝土空心板楼屋盖或是木屋盖,在建造时,一般不会采取措施加强整体性处理,多以搭积木形式拼接组装,整体性较差。
  圈梁设置情况

  在这次检测中还发现,多数自建房遇到一个通病,为了增加房屋的使用空间,大大增大抗震横墙的间距。
  以上这些问题的主要原因是住户个人建房缺少科学指导,没有按照国家现行规范要求去随意建造房屋,虽在房屋个别部位采取抗震措施,但达不到预期的抗震效果。而对于大量没有采取任何构造措施的房屋,其抗震性能显然更差。
  1.6 房屋质量现状
  由于自建民居的建设一直是住户自投资、自建设、自使用的状态,自建民居基本不受技术规范标准条文的限制,建房随意性较强,经验和习惯作法的影响很大。既有自建砌体结构民居的施工质量偏低,缺少必须的抗震措施的现象很普遍。而且通过表观现象反映的质量问题涵盖墙体裂缝、屋面渗漏、耐保温隔热差等多方面。在加层时,这些问题都是亟需解决的。
  2 提高抗震性能的措施与建议
  根据上述砌体结构房屋抗震性能现状分析,发现既有自建砌体结构民居存在的问题主要体现在两个方面:一方面是技术问题;另一方面是建设者抗震意识薄弱的问题。
  (1)建立既有自建建筑的现场检测与鉴定方法。
  本次检测显示,在存在抗震安全隐患的房屋中,有相当部分比例的建筑为近二十年房屋。因此,对不同现状的房屋应有不同的方法来提高其抗震性能。对既有自建民居做安全检测与鉴定,根据是否满足房屋的安全性要求划分等级,正确判断结构的危险程度并给出处理意见,确保房屋的安全使用。相对于其他结构形式的建筑,砖砌体结构房屋更具有加固价值。对危险程度不高、经过加固可继续使用的砖砌体房屋,从社会可持续发展的角度看,应尽量实施加固处理,避免拆除重建造成资金的浪费和建筑垃圾的产生,减少环境污染。因此,制定适用于类似自建民居建筑的检测、鉴定系列标准也是保证自建房安全的重要措施。
  (2)加强管理政策的制定和广泛开展城中村及城边村居民地震安全教育。
  逐步建立和完善居民建设管理的法律制度;加强零散建筑工匠和广大居民的抗震知识培训,倡导科学的建房思想,增强居民抗震设防意识,实施零散工匠施工上岗制度;建立引导自建房使用科学合理的新技术、新工艺的激励制度,鼓励应用先进的科学技术,提高居民抗震水平。
  参考文献
  [1]贾洁。黄银莹,王超,康钊。汶州地震中砖混结构震害分析。建筑结构,2011,41(2)81-84
  [2]周炳章。我国砌体结构抗震的经验与展望。建筑结构,2011,41(9)151-158
  [3]宋波,黄世敏。图说地震灾害与减灾对策;中国建筑工业出版社。2008。

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