民国某仿木构钢筋混泥土结构的加固设计

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工程概况

    民国时期的钢筋混凝土建筑和现代建筑不同是在设计理念、材料性能和建构特征上无法同现代钢筋混凝土建筑相提并论，它只是一个由古代建筑结构形式向现代建筑结构形式过渡的历史时期。到尽头为止这类型钢筋混凝土结构一般已有70~80年的时间，已经超出钢筋混凝土结构的正常使用年限，都有不同程度的损伤，如碳化深度过大、混凝土强度较低、混凝土表面开裂、钢筋锈蚀等现象；而它们大多属于文物建筑或保护性历史建筑，承载了一些重要的历史信息和文化价值，迫切需要得到较好的保护。本文以民国仿木构钢筋混凝土结构—绍兴大禹陵禹庙大殿为例，综合考虑历史性、艺术性和科学性，对其适应性加固技术进行研究。

    绍兴大禹陵禹庙大殿位于浙江省绍兴市东南6km的会稽山麓，现为全国重点文物保护单位。该大殿系民国22年（1933）重建，为钢筋混凝土仿清初木构建筑形式，建筑面积512m2，主体结构系二重檐歇山顶仿古钢筋混凝土框架结构，外填充墙为青砖砌体。该建筑气势雄伟，斗拱密集，画栋朱梁，高20m，宽23.9m，进深21.45m，正中央大禹塑像高5.85m，是近代最早的几个钢筋混凝土仿木构形式建筑之一，是近代民族形式建筑的重要实例，也是研究近代建筑彩绘艺术发展、演变不可多得的实物资料，具有重要的文物价值。

检测鉴定

    该建筑使用至今已近80年，远超出现行国家设计规范的合理使用年限。期间虽经过多次修缮，但原始设计资料不全，修缮资料也不完整。为了解该建筑的安全现状，提供加固修缮的技术依据，对其进行了结构安全性鉴定。绍兴地区抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度值为0.10g( 第一组 ) ，该建筑抗震设防类别为丙类。

1. 检测内容

    由于缺少原始设计资料，对该建筑先进行了现场量测，包括结构布置、结构形式、截面尺寸、支承与连接构造、结构材料等。然后，对该建筑主体结构的现状进行调查，包括结构的作用，内外环境；对其各种构件（混凝土梁、板、柱、砖墙）的外观结构缺陷进行逐个检查"混凝土柱外观较完整，无明显损伤现象；混凝土梁和板局部存在开裂露筋的现象。

为了对主体结构进行复核计算，需了解材料强度和构件配筋情况。采用钻孔取芯法测得混凝土梁柱的抗压强度最小值为12.4MPa，混凝土板的抗压强度最小值为10.7MPa，钢筋的抗拉强度设计值根据检测结果结合其他同一时期民国建筑的钢筋强度值综合考虑取220MPa。对混凝土主要构件的保护层厚度和碳化深度的检测结果为：柱的碳化深度为23~40mm，保护层厚度为 35~47mm，虽没有明显锈蚀或开裂现象，但碳化深度已接近保护层厚度。梁的碳化深度为35~50mm，保护层厚度为33~50mm，碳化深度已接近甚至超过保护层厚度，部分梁纵筋和箍筋出现轻微锈蚀，局部梁已出现开裂露筋的严重现象，角梁开裂现象严重。板的碳化深度约为40mm，保护层厚度约为30mm，碳化深度已超过保护层厚度，板筋已开始锈蚀，屋面板底部普遍存在渗水、老化、局部剥落、开裂露筋现象。

鉴定内容

    该建筑仅包含1个鉴定单元，划分为地基基础、上部承重结构2个子单元，上部承重结构中的主要构件包括混凝土柱、梁、板。综合现场检测和计算分析，得出鉴定结论：该建筑主体结构布局合理，传力路线基本明确；地基基础较稳定，未发现明显沉降裂缝、变形或位移等不均匀沉降迹象；梁和板等混凝土构件由于混凝土碳化深度过大且局部破损较为严重，对内部钢筋已丧失保护作用，同时混凝土强度较低，并存在钢筋锈蚀膨胀、混凝土剥落等现象，加之早期设计时构件构造的不尽合理，其承载能力、抗震性能及耐久性均不满足现行规范要求；外墙没有与混凝土主体结构进行可靠连接，且出现渗水现象，不满足现行规范规定的构造和耐久性的要求。

1.有限元模拟分析

    采用三维有限元计算软件进行计算分析，如SAP2000，MIDAS等软件。

2.计算参数

    采用SAP2000有限软件进行计算分析时，结构布置、构件几何尺寸、构件自重等按测绘结构取。

3.有限元分析结果

加固设计

1.加固设计原则

    该建筑为全国重点文物保护单位，因此本次加固修缮设计严格按照《文物保护法》、《文物保护法实施条例》和《文物保护工程管理办法》的有关规定执行，即不改变建筑原有立面和初始格局，同时在加固修缮设计中确保结构安全。

1）完整真实的原则。最大限度保存原状及历史信息，保护文物建筑的建筑风格和特点。

2）可识别的原则。修缮时需要更换添加的部分，根据具体情况采用材料区分、形式简化等方式对增加部分进行标识，以区分原构件。

3）安全与有效原则。混你与建筑由于材料自身的老化，结构性能也在不断退化，虽然近期并不存在明显的安全问题，但耐久性加固对结构本地安全的全面评估是必须的。

4）最小干扰的原则。在做到加固充分可靠有效治本的前提下，减少其他不必要的加固措施，减少加固对原状的干扰。

2.加固内容

    根据加固设计原则和综合分析的结果，对各种加固方案进行比较选择，针对不同构件加固补强的要求，采用适应性的加固方法。混泥土柱加固、混泥土梁加固、混泥土板加固、墙体加固。