上海沈義生住宅的檢測鑒定與加固

張德軍1，李大華1，黃蘇2

(1.安徽建筑大學 土木工程學院，安徽 合肥230601；2.華東建筑設(shè)計研究院有限公司，上海200438)

摘要：沈宅建于19世紀60年代，是舊上海董家渡地區(qū)碼頭貿(mào)易的見證，是具有保存價值的優(yōu)秀歷史建筑。該建筑為磚木結(jié)構(gòu)，文章介紹了加固前結(jié)構(gòu)檢測方法和結(jié)果，并用MADIS軟件對該建筑進行驗算，提出了修繕加固的處理方案，以期對磚木結(jié)構(gòu)古建筑的檢測鑒定與加固工作有所幫助。

關(guān)鍵詞：優(yōu)秀歷史建筑；檢測鑒定；加固；磚木結(jié)構(gòu)

收稿日期：2014-11-02

基金項目：2012年安徽高校省級自然科學研究項目(KJ2012Z048)

作者簡介：張德軍(1989-),男,碩士生,主要研究方向為工程結(jié)構(gòu)的現(xiàn)代施工技術(shù)。

中圖分類號：TU476.3；TU-87

Appraisal and Strengthening of Shen Yisheng house in Shanghai

ZHANG De-Jun1,LI Da-hua1,HUANG Su2

(1.School of Civil engineering, Anhui Jianzhu University, Anhui Hefei ,230601;

2East China Architectural Design Institute Corporation, Shanghai, 200438)

Abstract:As one of the outstanding historical buildings, Shen Zhai built in1860s, is a witness of the port trade of Dong Jiadu district in Shanghai, and has the preserved value. Shen Zhai -the brick and wood structure building was researched from three aspects. The testing methods and results of the un-reinforcement structure were introduced and checked computations to Shen-zhai building with MADIS, and putting forward the plan of repairing and reinforcing. A result is helpful to the detection and identification of the ancient brick and wood structure buildings for the reinforcement of building.

Key words:outstanding historical building, Appraisal, Strengthening, brick and wood structure

0引言

歷史建筑作為一座城市不同時期發(fā)展的見證,體現(xiàn)了我們的傳統(tǒng)文明也承載著它建造年代的政治,經(jīng)濟,文化等諸多歷史信息。它們是祖先留給我們的寶貴財富,具有重要的歷史文化價值,我們有責任將其完整地傳給我們的子孫后代,使城市的歷史延綿不絕,城市的文化得以繼承和發(fā)展。這些具有鮮明時代特征的歷史建筑大多已經(jīng)有近百年的歷史,長期的風吹日曬,氣蝕雨淋,以及一系列人為因素,使得這些建筑存在一些老化失修嚴重、抗震性能相對較差和不同程度上受到損傷的問題,有的甚至對結(jié)構(gòu)安全構(gòu)成隱患[1]。

世界范圍的歷史建筑的保護從19世紀后半葉由西歐一些國家開始的[1]。在1964年的《威尼斯憲章》通過后的幾十年里,世界各國對歷史建筑的認識在不斷進步和發(fā)展。在我國,經(jīng)過建國以來的經(jīng)濟大發(fā)展和城市建筑大發(fā)展,出現(xiàn)了一系列城市發(fā)展和歷史建筑保護不協(xié)調(diào)的問題,特別在上海,許多歷史建筑既是近代中國傳統(tǒng)建筑的代表也曾深受西式建筑影響,為實現(xiàn)城市發(fā)展與保護的統(tǒng)一,歷史建筑的改造加固迫在眉睫[2]。本文介紹上海沈義生住宅的綜合檢測評定,并提出修繕加固方案。

1工程概況

清咸豐十年(19世紀60年代),福建來滬沙船業(yè)巨商沈義生,于現(xiàn)在黃浦區(qū)花衣街108-120號位置建造了沈氏住宅。沈宅東西向建筑外輪廓線為27.76m,南北向建筑外輪廓線為25.09m,總建筑面積為1250m2。第一、二進范圍房屋建筑為一正兩廂格局,第三進為座樓。第四進E型布局如圖1，2。整個沈宅建筑周邊的外立面采用黃砂水泥砂漿抹面,為全面了解這兩幢房屋的建筑結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀,損壞情況、結(jié)構(gòu)性能以及恢復(fù)建立基本的房屋圖紙檔案等,對其進行材料強度,構(gòu)件損傷情況等各方面檢測鑒定。

2結(jié)構(gòu)檢測鑒定

2.1砂漿強度檢測

沈宅的砌墻砂漿為混合砂漿。根據(jù)國家行業(yè)標準《貫入法檢測砌筑砂漿強度技術(shù)規(guī)程》(JGJ/T 136-2001),利用SJY800B型貫入式砂漿強度檢測儀,并根據(jù)現(xiàn)場條件,測試了現(xiàn)場8處磚墻砂漿的強度[3]。隨機抽取了幾段墻段砂漿強度,強度值都在在0.9～2.0MPa之間(如表1)。

表1　貫入法檢測砌筑砂漿強度結(jié)果表

根據(jù)《貫入法檢測砌筑砂漿抗壓強度技術(shù)規(guī)程》(JGJ/T 136-2001)中的公式(5.0.4-2)計算本房屋的砂漿強度:

根據(jù)公式(5.0.4-3)計算砂漿強度變異系數(shù):

砂漿強度推定值計算:

所以砂漿強度推定值為min(1.2MPa,1.38MPa)=1.2MPa。

2.2磚強度檢測

沈宅的墻磚敲掉一部分粉刷層保護層看出磚為青色粘土磚。本次采用回彈法檢測磚的強度,現(xiàn)場采取ZC4型磚回彈儀測試8處承重墻磚的強度[4]。由此得出承重磚墻砌體的磚塊的檢測結(jié)果,強度等級為MU5.0。

2.3木材檢測

經(jīng)現(xiàn)場勘察,沈宅主體結(jié)構(gòu)木構(gòu)件樹種為杉木和美松,其中大部分為杉木[5]。由于切取木材試樣對房屋結(jié)構(gòu)損傷較大,本次對房屋內(nèi)的木材材質(zhì)、外觀、使用現(xiàn)狀、使用年限等情況進行綜合分析推定后,木構(gòu)件強度設(shè)計值和彈性模量折減系數(shù)ψ 均按針葉樹種木材TC13-B乘以折減系數(shù)0.8取值。

2.4房屋沉降與傾斜檢測

根據(jù)沈宅目前具備的有效基準點和相對參照物等可觀測條件,現(xiàn)場選擇對房屋的傾斜情況進行了觀測[6]?，F(xiàn)場采用J2經(jīng)緯儀對房屋外墻轉(zhuǎn)角位置進行垂直投影測量,選定房屋觀測點測量其相對應(yīng)于地面層底部的偏移量。房屋設(shè)置4個觀測點。根據(jù)觀測結(jié)果,可看出房屋西北轉(zhuǎn)角位置的觀測點傾斜率最大。最大傾斜率約為8.1‰,朝西偏北方向傾斜;最小傾斜率約為1.0‰,朝南方向傾斜。 傾斜率大于4‰的不滿足現(xiàn)行設(shè)計規(guī)范要求?，F(xiàn)場還對該建筑物室內(nèi)地坪相對高差進行測量,測量數(shù)據(jù)表明,房屋底層室內(nèi)地坪相對高差規(guī)律不明顯,與房屋歷經(jīng)多次裝修有關(guān)。

2.5結(jié)構(gòu)損傷情況調(diào)查

房屋第三進走廊混凝土欄桿、鑄鐵欄板及掛落大部分已經(jīng)損壞;6～7×C～D軸線區(qū)域二層樓面部分木擱柵已經(jīng)損壞,現(xiàn)已采用型鋼進行替換,并增加一部鋼樓梯;部分窗臺有不同程度的裂縫;底層室內(nèi)地坪局部區(qū)域發(fā)現(xiàn)有裂縫;少許樓面的木結(jié)構(gòu)有不同程度的磨損現(xiàn)象;屋面有滲漏。

2.6基礎(chǔ)檢查

現(xiàn)場觀察到基礎(chǔ)與柱子抵承情況良好,沒有發(fā)現(xiàn)基礎(chǔ)和柱子發(fā)生明顯的錯位現(xiàn)象[7]。部分墻體出現(xiàn)細微的豎向裂縫,初步判斷原因為基礎(chǔ)不均勻沉降,由于周邊建筑阻擋,沒有進行基礎(chǔ)相對高差檢測,待以后條件允許時進行補充調(diào)查檢測。

3結(jié)構(gòu)驗算

3.1荷載取值、材料強度及其它技術(shù)條件如下:

本次結(jié)構(gòu)驗算是根據(jù)房屋現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的實際狀況,按《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》(GB5011-2001)、《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(GB50003-2001)等現(xiàn)行規(guī)范標準要求,對沈宅的磚墻結(jié)構(gòu)承載力進行計算復(fù)核[8-9]。本次結(jié)構(gòu)驗算樓(屋)面恒荷載的取值是根據(jù)樓板厚度、建筑構(gòu)造做法等實際狀況予以確定;活荷載的取值按房屋功能需求,現(xiàn)行規(guī)范標準《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB50009-2012)予以確定[10]。

沈宅主體為磚木結(jié)構(gòu),承重結(jié)構(gòu)為磚墻結(jié)構(gòu),樓蓋及屋蓋為木結(jié)構(gòu);木樓蓋恒載包括木格柵(梁)和吊頂荷載;木樓蓋部分總計0.65kN/m2。混凝土樓蓋部分總計3.5kN/m2;木屋蓋折算荷載:1.332kN/m2;各層樓面活荷載標準值取為2.0kN/m2;不上人屋面活荷載標準值取為0.5kN/m2,坡屋面區(qū)域則根據(jù)屋面坡度進行平面投影換算;風荷載為0.55kN/m2;抗震設(shè)防烈度:七度,地震加速度值為:0.10g。

3.2屋架計算結(jié)果

軟件采用MIDAS有限元分析和設(shè)計軟件對其進行建模并計算。建模時的基本假定為:木屋架構(gòu)件、木柱與木梁、木柱與木枋的連接節(jié)點為鉸接點。計算分析模型的分析圖和結(jié)果如圖3-圖10所示:

軟件模擬結(jié)果表明,在屋面局部荷載作用下,不考慮構(gòu)件的損傷情況,沈宅、陸宅房屋的典型屋架承載力滿足要求。

3.3墻肢復(fù)核結(jié)果

復(fù)核沈宅房屋的各樓層墻體的高厚比驗算能滿足要求;房屋中有一部分墻肢的承載力不足,下表中【 】數(shù)據(jù)所對應(yīng)的墻肢不滿足現(xiàn)行設(shè)計規(guī)范的要求。經(jīng)整理的沈宅有關(guān)磚墻結(jié)構(gòu)承載力驗算結(jié)果如表3，墻肢編號如圖11:

表3　沈宅磚墻豎向受壓強度和抗震抗剪

圖11沈宅墻肢編號示意圖

4相應(yīng)的加固措施與建議

(1)對房屋西北角沉降較大的墻體下面的磚基礎(chǔ)下面的土體中埋置土工合成材料,金屬板條等形成加筋土墊層,對磚基礎(chǔ)采用加砌一圈寬磚,或者在基礎(chǔ)截面外側(cè)包一層鋼筋混凝土以增大基礎(chǔ)截面積,增大壓力擴散角,提高地基承載力,減少沉降[11]。

(2)對于酥碎的墻基礎(chǔ),把損壞的墻基剔除,換新磚替代。

(3)對于開裂的墻體:對表面只有小的麻面或掉皮的墻,用抹純水泥漿的方法抹平即可,抹水泥漿前用鋼絲刷刷去混凝土表面的浮渣,并用清水沖洗;對較寬大的裂縫(寬度大于0.5mm)用環(huán)氧樹脂,環(huán)氧砂漿等填縫材料用填補,填充前將沿縫鑿成V型槽。對裂縫寬度大于3mm,深度較深的裂縫用壓力法將封縫漿液注入裂縫深處。

(4)對于傾斜率大于4‰的外墻,在傾斜處外側(cè)緊貼墻體增設(shè)磚柱,以增大墻體的截面面積,增加墻體的穩(wěn)定性。

(5)對于木屋架桿件的局部損壞或者承載力不足處采用鋼箍加固并驗算其強度[12]。

(6)對木結(jié)構(gòu)表面用本色清漆涂刷,并加以必要的木材防腐措施,從而減少構(gòu)件的裂縫的產(chǎn)生。

(7)嚴格控制樓面上荷載的大小,嚴禁私改房屋格局。

5結(jié)束語

目前,國內(nèi)有許多年代久遠的磚木結(jié)構(gòu)房屋保存下來,它們或改造成宿舍或改造成辦房,或仍由原先房主的后代繼續(xù)居住,如果不采取必要的加固和保護措施,將不僅無法發(fā)揮它們本來的使用功能,而且還增加其危險性,給居住在里面的人員帶來安全隱患。為拯救這些歷史文物,應(yīng)對這些磚木結(jié)構(gòu)的房屋加以鑒定和修繕,由于歷史資料和主觀認識上的局限,因此修繕工作以不直接損害歷史建筑本身為前提,可滿足日后必需時的拆除復(fù)原,以便今后更科學和更完整地修繕。盡量選擇可逆技術(shù)與可再處理的施工措施,避免對歷史建筑造成不可逆的干預(yù)。

參考文獻

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