摘 要：為了避免不必要的加固處理，對既有多層砌體房屋、框架填充墻房屋等，按照現(xiàn)行設計規(guī)范方法驗算結構承載能力時經(jīng)常遇到的截面應力比超規(guī)范、配筋不足等問題，挖掘利用房屋結構已有的承載潛力，提出了修正傳力路徑假定、考慮翼墻組合截面效應、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構工作、允許結構塑性充分發(fā)展等結構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”高技術風險問題，恰當?shù)剞D換為了符合或基本符合現(xiàn)行規(guī)范要求的低技術風險問題。
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)階段進行
房屋安全性檢測評估，其結構分析主要是設計規(guī)范水平的驗算分析。即，按照設計規(guī)范方法，利用工程設計軟件，對房屋結構進行計算分析，并據(jù)此判定結構安全性。這里，與新工程設計的不同之處在于計算輸入條件（如：結構材料性能指標、荷載條件等）引用了現(xiàn)狀檢測結果。該方法為一般工程師所熟悉，計算軟件選擇余地較大，具有很強的實用性，我們近些年所完成的多數(shù)檢測項目采用了此法。
用現(xiàn)行的工程設計軟件對既有房屋結構進行驗算分析經(jīng)常遇到的問題是“超規(guī)范”，如：應力比大于規(guī)范規(guī)定、實際配筋數(shù)量不足等。發(fā)生這些問題的原因是多方面的，有的可能是現(xiàn)計算模型與原設計計算模型差異所致，也有的是新的設計規(guī)范提高了設計要求所致，更多的是上述兩種原因同時存在。
工程中一般認為“超規(guī)范”是不可接受的，需要采取相應的處理措施，然而，長期的使用歷史表明房屋結構具有良好的性能，此時，為了減少不必要的處理工程量，利用一些結構概念分析方法，考慮一些建筑構配件、建筑構造對結構的貢獻等，對設計計算模型進行適當修正，往往可以使驗算結果在規(guī)范許可范圍內(nèi)，取得顯著的技術經(jīng)濟利益。
2 多層砌體房屋帶翼墻墻體及地基基礎承載能力驗算
2.1 豎向作用效應擴散傳遞影響分析
長期以來，多層砌體房屋墻體受力分析時，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散傳遞，這樣的假定，由于在計算分析中沒有考慮相鄰翼墻的作用，結果會趨向于安全。這樣的計算結果，如果作為新房屋設計依據(jù)并無不當之處，但作為既有房屋安全性評估，如果據(jù)此結果判定房屋結構不安全，顯然存在不妥。事實上，豎向荷載的傳遞會向豎向剛度相對較大、變形較小的相鄰翼墻墻體擴散。理論上，借助有關計算機分析軟件，是可以對這些豎向荷載的擴散做出估計的，但由于地基基礎變形的復雜性，準確地估計作用效應的大小與分布是很困難的。實用上，如果地基基礎不存在明顯的不均勻沉降，墻體不存在明顯開裂損壞，房屋結構現(xiàn)狀及使用條件不發(fā)生改變，則，按照下列步驟進行分析計算，并最終滿足要求時可以認為墻體（或地基基礎）承載能力滿足規(guī)范標準規(guī)定。
（1）按照現(xiàn)行規(guī)范計算墻體（或地基基礎）的承載能力設計值，計算作用效應與承載能力設計值之差；
（2）參照確定墻梁頂面荷載設計值的原則方法，確認墻體相關構造可以滿足擴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疊加；
（4）驗算相鄰翼墻墻體（或地基基礎）承載能力符合現(xiàn)行規(guī)范標準規(guī)定。
2.2組合截面墻體結構抗力影響分析
在上述的分析中，帶翼墻墻體被分解為單片墻體，分別考慮其結構抗力，忽略了縱橫墻體相互作用。事實上，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明顯高于各單片墻體的抗力之和。實用上，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)范標準規(guī)定，此時可以合理地將帶翼墻墻體分解為“一字形”及“T形”截面墻體，重復上述的過程。
（1）按照現(xiàn)行規(guī)范計算“一字形”墻體（或地基基礎）的承載能力設計值，計算作用效應與承載能力設計值之差；
（2）參照確定墻梁頂面荷載設計值的原則方法，確認墻體相關構造可以滿足擴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疊加；
（4）驗算相鄰“T形”截面墻體（或地基基礎）承載能力符合現(xiàn)行規(guī)范標準規(guī)定。
2.3關于抗震問題
上述的分析主要是針對靜力計算而言，一般不用于結構抗震性能分析。
現(xiàn)實的震害調(diào)查顯示，在7度區(qū)，對于過去未曾進行抗震設防的砌體結構房屋，震后均會出現(xiàn)嚴重開裂損壞；結構布置有缺陷的，可能會倒塌或局部倒塌；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，進行墻體承載能力驗算沒有明顯的實際意義。
總的來講，小開間多層砌體房屋，如：多層住宅、宿舍、辦公樓等，由于墻體布置較多，設計上可能存在較多的安全儲備，進行既有房屋結構分析時可以適當加以利用，合理評價其安全性，避免不必要的加固處理。
3 框架填充墻房屋結構承載能力驗算
現(xiàn)今的框架結構房屋設計，一般認為框架承擔所有的荷載作用（包括：自重、風、地震等），不考慮填充墻體對房屋結構承載性能的貢獻。這種設計極大地方便了房屋內(nèi)部的平面布置，一般情況下（不考慮地震等動力作用影響）其計算結果會趨向于安全，作為新房屋設計依據(jù)并無不當之處，但在既有房屋安全性評估中，如果據(jù)此結果判定房屋結構不安全，顯然存在不妥。事實上，只要有填充墻體存在，其對房屋結構的承載性能是有貢獻的。理論上，借助有關計算機分析軟件，可以對框架-填充墻復合結構的受力做出估計的，但由于系統(tǒng)的復雜性，準確地估計作用效應的大小與分布是很困難的。實用上，如果填充墻砌筑質(zhì)量良好，不存在明顯的變形、開裂等損壞現(xiàn)象，房屋結構現(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房屋結構承載能力進行驗算分析。
3.1無側移框架方案
對于墻體布置比較稠密，符合現(xiàn)行《砌體結構設計規(guī)范》GB50003有關剛性方案規(guī)定的房屋結構體系，可以按照無側移框架，對框架結構進行承載能力驗算分析。
3.2框架-剪力墻（或支撐-框架）方案
對于墻體布置相對較少，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），對框架結構進行承載能力驗算分析。
這里，剪力墻（或支撐）的剛度可通過折算或等代處理。
對于滿填框架格或小開洞填充墻，可以用等代剪力墻模擬，也可以用支撐桿件模擬。對于有窗洞口的填充墻，應采用支撐桿件模擬。支撐桿件的支點應取在窗洞口下部。
填充墻體的承載能力可以參有關資料確定，除非砂漿強度等級太低（低于M0.4），不考慮地震時一般無需進行加固處理。
3.3關于抗震問題
上述的分析主要是針對靜力計算而言，一般不用于
結構抗震檢測性能分析。
現(xiàn)實的震害調(diào)查顯示，填充墻體的存在對框架結構的抗震性能有顯著影響，如：墻體布置的不對稱導致明顯的整體扭轉效應損壞、適當?shù)奶畛鋲w存在避免了房屋的整體倒塌等，在進行抗震性能分析時必須給予考慮。借助填充墻體提高房屋結構的抗震性能，關鍵是保證墻體與框架有可靠拉結，地震作用下墻體可以酥裂但不應坍塌。
應該指出，早期（上世紀前半頁或更早）的框架結構房屋，其框架結構設計一般就是僅考慮豎向荷載作用，水平荷載（主要是風荷載）由按構造要求設置的墻體抵抗。這個設計理念在當今幾乎被人們忘卻，在房屋的裝修改造中，人們不經(jīng)意間對墻體的拆改可能造成了房屋結構性能的破壞，此類可能存在的問題在評估分析時應予甄別。
總的來講，框架填充墻房屋，由于填充墻體的作用，設計上可能存在較多的安全儲備，在進行既有房屋結構分析時可以適當加以利用，合理評價其安全性，避免不必要的加固處理。
4 現(xiàn)澆肋梁樓蓋結構承載能力驗算
對既有房屋的現(xiàn)澆肋梁樓蓋結構進行承載能力驗算時，可以適當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整體樓地面面層對結構承載能力的貢獻
整體樓地面，主要指整澆細石混凝土面層、水磨石面層等直接粘結在樓板結構表面的地面面層。新房屋結構設計時作為荷載考慮，不考慮對結構承載能力的影響。在對既有房屋結構進行安全性評估時，如果在關鍵受力部位，地面面層不存在開裂、空鼓等損壞現(xiàn)象，那么，對樓板、梁進行承載能力驗算時，可以考慮地面面層參與部分工作。
4.2樓板鋼筋對梁承載能力的貢獻
新房屋結構設計時，梁（包括樓蓋梁和框架梁）、板一般是分別計算，分別配筋，在板的邊角部位往往還增配一些構造鋼筋。在對既有房屋結構進行安全性評估時，可以考慮梁和板的鋼筋共同參與工作。具體地，在梁的負彎矩區(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。關于樓板配筋參與框架梁工作問題，由于顯著影響了強柱弱梁破壞模式的實現(xiàn)，在結構抗震研究中已經(jīng)引起高度重視。
5 鋼筋混凝土連續(xù)梁結構承載能力驗算
設計鋼筋混凝土連續(xù)梁時，為了便于鋼筋布置，一般均會對支座彎矩進行調(diào)幅處理，同時，為了限制梁的裂縫寬度等，對調(diào)幅比例有一定限制。在對既有房屋結構進行安全性評估時，如果現(xiàn)狀檢查沒有發(fā)現(xiàn)影響正常使用的變形、開裂等損壞現(xiàn)象，可以進一步增大調(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)進行驗算分析，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 預制樓板承載能力驗算
樓地面面層對樓板結構承載能力是有貢獻的。在確認地面面層粘結良好、不存在明顯損壞的條件下，驗算預制樓板承載能力時，可以考慮地面面層參與部分工作。
7 結語
房屋安全性檢測、評估中結構分析的深度可分為三個層次，依次為結構狀況宏觀分析、基于設計規(guī)范的驗算分析、針對具體問題的專題研究分析。結構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分析制定工作方案。基于設計規(guī)范的驗算分析是現(xiàn)階段房屋安全性檢測、評估采用的主要分析方法。對于驗算結果“超規(guī)范”的房屋，當事者無異議時可直接采取處理措施；有更進一步要求時，可以針對具體問題進行專題研究分析，即第三層次分析。本文介紹的一些分析概念或方法，技術上實現(xiàn)了將第三層次問題轉化為第二層次的問題來解決，將高技術風險問題轉化為了低技術風險問題。
房屋結構真實受力性能并不像設計計算模型展示的那樣簡單，房屋的安全性也不應僅僅是靠構件或構件截面驗算來把握的，應用本文介紹的分析概念或方法處理具體問題時，仍需要工程師獨立思考與判斷，規(guī)避技術風險。
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