砖石木结构古建筑的安全检测与鉴定_秦本东.doc

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1、检测鉴定 砖石木结构古建筑的安全检测与鉴定 Safety Detection and Identi cation of the Ancient Buildings with Masonry Structure 秦本东 Qin Bendong 李 泉 Li Quan 【摘 要】 古建筑在自然因素和人为因素的作用下，遭受到不同程度的损坏。能否科学合理地对古建筑进行 修缮加固和保护工作，取决于对古建筑安全检测与鉴定的全面性、准确性与科学性。文章以禹州市神垕镇 “义 兴公 ”商号门房为例，通过现场的损伤检测、抗震鉴定与损伤统计，利用模糊统计理论得出建筑的整体危险 性综 合评定。最终结论将直接指导商号门

2、房的修缮加固工作，所采用的安全检测与鉴定方法将为今后相类似 的砖石木结构古建筑的检测工作提供参考。 【关键词】砖石木结构；抬梁式建筑；抗震鉴定；安全鉴定 【 Abstract】 The ancient buildings suffered various degrees of damage due to natural and human factors. Whether the restoration and reinforcement and protection of ancient buildings can be operated scienti cally and reasonab

3、ly d epends on that the safety detection and id entification of the ancient building s are carried out comprehensively, accurately and scienti cally. Taking the door of Yi Xing Gong shop at Shenhou town in Yuzhou city as an example, the paper, based on the fuzzy statistical theory, gures out the com

4、prehensive evaluation of buildings overall risk through on-the-spot damage detection, anti-seismic identi cation and damage statistics. The nal conclusion will d irectly guide the restoration and reinforcement work of shop doors. And the security detection and identi catio n methods will provide ref

5、erence for the later detection of similar ancient buildings with masonry and wood structure. 【 Keywords】 mason ry an d woo d structu re, pos t-and -lintel bu ildin gs, anti-seismi c id en tificati on, safet y indenti cation DOI:10.13626/ki.hs.2016.12.008 古建筑具有较高的历史价值、艺术价值和科学价值。 地基基础的 安全性评价体系进行研 究；张宏

6、 6 等通 过工 根据对现存古 建筑的残损状 况分析，古建筑 损毁的原因 主要是年久失 修的自然损毁， 以及人们之前 对于古建筑 保护意识的淡 薄而导致大部 分古建筑的损 坏。开展古建 筑保护工作，其 首要任务就是 进行科学合理 的安全检测 和鉴定工作，准 确地评估损伤 的规律和程 度，及时采取 有效处理措施， 以延缓结构损 伤的进程，达 到延长结构 使用寿命的目 的 。如：郑建军等 采用有 限元软件对 砖木结构建筑 的性能进行了 数值仿真分析， 从中找出结 构的薄弱部分，为结构检测提供依据；丁仕洪 根据民 用建 筑可 靠性 鉴定 标准 （ GB 502922015）， 对巢 湖市李鸿章当 铺

7、做出可靠性评 价并得出各房 屋组成部分 相对的安全等级；蔡乐刚 通过对上海市金刚道场西大 殿进行内力计算，得出 检测鉴定结论；王鑫 等通过建 立建筑物安全 性评定体系，对 承重系统中的 上部结构和 程实例，总 结了长期服役 的木结构建筑 可能发生的残 损 现象及相 应原因，并介绍 了木材强度检 测和强度等级 判 定的方法。然而，这些研究大多是对木结构建筑各组成 部分或者 对结构材料强 度进行检测，却 很少得出房屋 的 整体安全性评价，且对砖石木结 构建筑的研究较少。 1 工程概述 1.1 砖石木结构 传统的石结构房屋自重大、延性差，不利于房屋抗震； 砖砌体房屋变形能力和整体工作性差；木结构房屋

8、则易生 虫腐蚀，不耐水火。神 垕 古镇老街的房屋大多采用砖石木 结构，即房屋的屋架、柱采用木结构，墙体及门、窗过梁 采用砖或石。利用木柱与木屋架形成局部框架与墙混合承 秦本东，博士，河南理工大学土木学院副教授；李泉，通讯作者，河南理工大学土木学院在读硕士研究生。 40 住宅科技 /2016.12 1 2 3 4 5 检测鉴定 重的方式，改善了传统房屋抗震性能差、房屋难以形成较 大使用空间的缺点；利用砖、石墙作为维护结构，避免了 木构件暴晒雨淋的工作状况，提高了木构件的耐久性。 1.2 工程概况 神 垕 镇位于河南省禹州市，是我国第一批特色小镇。 著名的 “义兴公 ” 商号就坐落 在神 垕 古镇

9、老 街路南的望 嵩寨内，始建 于明清时期。 其宅院坐南 朝北，由门房、 厢房、过厅 和上 房组成。商号 以经营和烧 制瓷器为主， 是前店后寝、后 院为窑厂的 多宅二进四合 院建筑群，现 为省级文物保护单位。 “义兴公 ”商号门房为青砖青瓦硬山抬梁式建筑 。 建筑物长 16m，宽 6.6m，建筑面积约为 105.6m 。房 屋四面墙体为 下部料石与上 部砖块共同砌 筑，屋内墙体 白灰抹 面，外墙 均为清 水墙，外 观整洁（ 图 1）；房屋 共有 4 榀梁架（图 2），梁架 一端由木 柱支撑， 另一端 由墙体支撑；门、窗过梁采用木过梁和红石过梁（图 3）。 2 安全检测 墙体中应设置构造柱或 墙体

10、间采取可靠拉结措施。根据规 范，综合判定该建筑的综合抗震能力为不满足抗震措施鉴 定要求，并不再进行抗震承载力验算，对房屋采取抗震加 固措施。 2.2 残损状况及其原因 2.2.1 墙体 门房四面墙体下部均为料石砌筑，上部为青砖砌筑。 图 1 建筑立面 2.1 抗震鉴定 “义兴公 ” 商号门房属于 原设计未考虑 抗震设防的 建筑，应进行抗震鉴定。根据建筑工程抗震设防分类标准 （ GB 502232008）， “义兴公 ”商号门房的抗震设防 类别为丙类，抗 震设防标准 为标准设防 类； 其抗震鉴定 方法根据 建筑抗震鉴定标准（ GB 500232009）， 应按照 A 类建筑进行。根据建筑抗震设计

11、规范（ GB 500112010）规定，抗震设防烈度为 6 度时，对乙、丙、 丁类的建筑可不进行地震作用计算。具体鉴定项目依据古 建筑木结构维护与加固技术规范（ GB 5016592）进行。 现场对 “义兴公 ”商号门房的木结构部分、石砌部 分以及砖砌部分进行检测，情况如下： 柁梁端部存在虫 蛀、腐朽 现象，瓜柱存在劈裂现象； 木柱仅依靠穿枋与 墙体间有一个方向的拉结固定； 梁架间依靠水平系杆连 接，缺少剪刀撑之类的竖向支撑，梁架间的整体性较差， 抗震能力低； 窗口木过梁 端部支撑长 度不足，柁梁以 及檩条在墙体支撑处未设置垫板； 石砌部分墙面平整， 灰缝密实，不存在裂缝、酥碱以及歪闪现象；

12、砖砌部分 墙体整体平整，灰缝密实，无酥碱、歪闪现象，在檩条下 方以及窗洞过梁下部墙体存在有裂缝。按照规范要求，该 建筑不应采用硬山搁檩，需在山墙处设置端屋架，并且在 图 2 古建筑梁架结构 图 3 过梁 2016.12/ 住宅科技 41 7 2 检测鉴定 墙体的残损点 主要集中在木 构件支撑处，房 屋西山墙檩 条下部青 砖砌筑 部分墙体 出现局 部受压 劈裂（图 4）， 临街墙体窗洞木过梁支撑处局部受压出现裂缝（图 5）。 檩 条作 为 重要 的 承 重构 件， 对端 部 支撑 处 墙 体产 生较 大 作用 力。 由于 当 时未 考 虑抗 震 构 造措 施， 未在 檩条 支撑 处 设置 垫 板

13、，墙 体 局部 应 力集 中 造成 墙 体受 压开 裂 现象。 经 现场 测 量，窗 洞 过梁 端 部 支撑 长 度为 150mm，不满足 规范要求的 240mm，造成 局部应力集 中导致墙体开裂。 2.2.2 木构件 木构件主 要用在屋盖、 屋架及承重柱 中。经现场检 查，柁梁端部存 在严重虫蛀 和腐朽现象，瓜 柱存在竖向 贯通裂缝（图 6）。 木材本身 易被虫蛀、易 腐朽，若不采取 防腐防虫措 施，必然缩短其 使用寿命。同 时，木材是一 种横纹抗拉 能力较差的材 料，横向变形 未受约束的瓜 柱，其受压破 坏的实质是横向膨胀受拉破坏。 2.3 安全鉴定 根据危险房屋鉴定标准（ JGJ 125

14、99），对 “义 兴公 ”商号门房进行安全性鉴定。鉴定过程中，先对房屋 各杆件进行普伤检测，然后根据杆件损伤状况计算出房屋 各组成部分的危险性等级隶属度，最后通过模糊统计法， 根据房屋各组成部分的隶属度得出房屋综合鉴定等级。 2.3.1 结构杆件危险点 （ 1）根 据现 场检 测，地基 基础 部分 与维护 结构 部 分不存在危险点。 （ 2） 承 重结 构部 分：受压 墙体 沿受 力方向 产生 缝 宽大 于 2mm 的竖 向裂缝，支 撑檩条 端部的 墙体因局 部 受压产生缝宽超过 1mm 的裂缝。 （ 3）木 结构 构件 部分：柁 梁端 部存 在较严 重的 虫 蛀和腐朽现象，瓜柱存在贯通性裂缝

15、。 2.3.2 房屋各组成部分危险性鉴定 根 据结构杆件普 伤检测与统计 结果，计算出房 屋各 部分 隶属度（表 1）：地基基 础部分 的危险 性鉴定等 级 为 a 级无危险点，承重结构部分的危险性鉴定等级为 c 级局部 危险，维护结构 部分的危险 性鉴定等级 为 a 级无 危险点。 2.3.3 房屋整体危险性鉴定 房 屋 A 级的隶 属度： A =maxmin(0.3, af),min(0.6, as),min(0.1, aes)=0.3 （ 1） 房 屋 B 级的隶属度： B =maxmin(0.3, bf),min(0.6, 表 1 房屋各部分隶属度 隶属度 地基基础 f 承重结构 s

16、围护结构 es a 1 0 1 b 0 0.28 0 c 0 0.72 0 d 0 0 0 图 4 墙体开裂 图 5 墙体受压开裂 图 6 瓜柱劈裂 42 住宅科技 /2016.12 检测鉴定 bs ),min(0.1, bes )=0.28 （ 2） 补，横纵墙 体间就通过 砌块错缝搭接 和注浆加固形 成了 cs ds 房屋 C 级 的隶属度： C =maxmin(0.3,cf),min(0.6, ),min(0.1, ces)=0.6 3） 房屋 D 级的隶属度： D =maxmin(0.3, df),min(0.6, ),min(0.1, des)=0 （ 4） 则： max( A, B

17、, C, D)=C（ 5） 根据式（ 1） （ 5），可得出综合鉴定结果为 C 级， 墙体间的拉结。 （ 2）对 于梁 架间未 采取 竖向剪 刀撑 等有 效竖向 支 撑的问题，可采用扒钉加强梁架与檩条之间的拉结作用， 通过檩条 来加强梁架 间的整体性，增 强木结构部分 的整 体抗震能 力。为了防止 水平系杆在受 到压力时发生 压杆 失稳现 象，可以在水平 系杆的中部 增加支撑，从而 减小 部分承重结构 承载力不能满 足正常使用要 求，局部出现 险情，构成局部危房。 水平系杆 的 计算长度， 以保证水平系 杆受到压力时 不至 于过早发生失稳破坏。 3 古建筑建造中存在的缺陷 5 结语 3.1 墙

18、体部分 神 垕 镇当 地的古建筑中， 横纵墙体间未 采取拉结措 施，连接部位易 受损，独立的 墙体间不存在 相互约束变 形的能力，造成 房屋的整体 性和抗震能力 差，因而墙体 易 出现裂缝、损坏和倒塌。 3.2 木结构部分 木屋架和 木柱是古建筑 中的主要受力 构件。梁架的 整体性以及梁 架与木柱间连 接的整体性，将 直接决定古 建筑房屋上部结构的抗震能力和承载能力。在 “义兴公 ” 商号门房建筑 中，梁架间仅 依靠水平系杆 连接，而未采 取可靠的支撑 或有效的替代措 施来加强木构 架空间的整 体性。使用细长 的水平系杆作 为梁架平面外 位移和变形 的约束条件，水 平系杆在受到 压力作用后很

19、容易发生压 杆失稳现象，造 成梁架的平 面外失稳。与 此同时，梁架 间未采取竖向 剪刀撑等有 效 的竖向支撑， 整体性差，房 屋只要受到震动作用，就有可能导致屋盖结构的受损。 4 加固建议 对古建筑 在建造中存在 的缺陷进行加 固时，必须遵 守不改变文物原状的原则。 （ 1） 在对 古建 筑墙 体中存 在的 缺陷 进行加 固时， 可以采取替补 加固和注浆加 固的方法。为了 加固未拉结 的墙体，且保证 不改变建筑 物的外貌，可以 在房屋外侧 采用结构胶或 高强度的砂浆， 对横纵墙体间 无拉结存在 的通缝进行注 浆。替补加固 则可以从房屋 内部进行，在 无拉结的横纵 墙交接处，每隔 一定高度向两

20、侧剔凿半砖 孔洞，然后将原 规格尺寸的 砌块填入，采用 砂浆进行填 对 古建筑进行全 面、准确和科学 的安全检测与 鉴定 是对古建 筑文物进行 合理修缮加固 的关键工作。在 实际 的检测 过程中，也暴露 了一些问题， 如国家在古建 筑安 全检测与 鉴定方面的 规范不够完善， 目前还没有成 熟和 系统的古 建筑安全评 价体系和方法； 在古建筑检测 过程 中，相应 的无损检测技 术问题也亟 待解决。本文通 过对 “义兴 公 ”商号门房进 行安全检测 与鉴定，为后续 的古 建筑修缮加固和保护工作提供了依据。 神 垕 古镇老街的 古建筑大多采 用梁架与木柱、 墙体 共同承 重的方式，由于 其承重方式

21、的特殊性和罕 见性， 对这类房 屋抗震性能 及力学性能的 相关研究很少， 还需 要进一步深入研究。 参考文献： 1 曹双寅 , 邱洪兴 , 王恒华 . 结构可靠性鉴定与加固技 术 M. 北京 : 中国水利水电出版社 ,2002. 2 郑建军 , 李科 , 朱彦鹏 . 砖木结构的检测实例以及有 限元分析 J. 建筑技术开发 ,2010,37(1):13-15. 3 丁 仕洪 . 木结 构古建 筑的安 全检测 与鉴定 J. 工程 质 量 ,2014,32(4):22-25. 4 蔡 乐刚 . 上海 木结构 优秀历 史建筑 检测与 鉴定 J. 住 宅科技 ,2011(10):29-33. 5 王 鑫 , 张 浩 , 高云 . 建筑 物安全性评 定体系的研 究 J. 工业安全与环保 ,2010,36(9):56-57. 6 张宏 , 陈志勇 . 哈尔滨市某校木屋盖结构的可靠性鉴 定及加固改造 J. 结构工程师 ,2010,26(4):107-113. 7 李金 龙 . 识 别 中国 古 建 筑 M. 上 海 : 上海书店出版 社 ,2008. （收稿日期： 2016-11-08） 2016.12/ 住宅科技 43