某磚木結(jié)構(gòu)房屋修繕加固案例分析＊

丁 陽

（上海市建筑科學(xué)研究院有限公司，上海 200032）

0 引言

20世紀(jì)初在廣東人聚集的上海楊浦區(qū)、虹口區(qū)和閘北區(qū)出現(xiàn)以“廣式”命名的住宅類型：廣式里弄。這種里弄的特點(diǎn)是整體布局聯(lián)排式，磚木立帖式結(jié)構(gòu)，高2層，坡屋面；每單元1個(gè)開間，平面布置底層為前客堂，后有1層灶間，2層為前室和亭子間，亭子間上方設(shè)曬臺(tái)；設(shè)備簡(jiǎn)陋，多數(shù)有水、電，無煤氣和衛(wèi)生設(shè)備。本文對(duì)某一典型廣式里弄住宅建筑的修繕加固進(jìn)行介紹。

1 工程概況

1.1 建筑概況

該磚木結(jié)構(gòu)房屋建造于1919年，原為2層立帖式磚木結(jié)構(gòu)，1層局部搭建夾層，2層上方搭建閣樓層，現(xiàn)狀為3層建筑。建筑平面近似呈矩形，東西向總長(zhǎng)約13.70m，南北向總寬約11.30m，總高約9.00m，南北方向存在錯(cuò)層。墻體采用青磚、石灰砂漿砌筑，±0.000m以上墻體厚度：立帖式木構(gòu)架半磚墻、內(nèi)墻一般為110mm，南北外墻、2層?xùn)|西山墻為220mm，底層?xùn)|西山墻為340mm，±0.000m以下墻體厚度為340mm。樓屋面主要采用木樓蓋，曬臺(tái)區(qū)域采用鋼筋混凝土現(xiàn)澆板，屋頂為坡屋頂，自上而下依次為：青瓦、油氈、磚望板、木椽子、木檁條。房屋1層平面布置與剖面如圖1，2所示。

圖1 1層平面

圖2 房屋剖面

1.2 結(jié)構(gòu)概況

房屋豎向由磚墻、立帖式木構(gòu)架共同承重，外圍由磚墻承重；內(nèi)部主要由木柱及木梁構(gòu)成的四柱立帖式木構(gòu)架承重，木柱間鑲嵌半磚墻；1層南北兩側(cè)邊跨（原天井及灶間）與2層北側(cè)邊跨（原亭子間）主要為磚墻承重。樓面荷載通過木樓板傳至木擱柵，木擱柵將荷載傳遞至磚墻和木構(gòu)架，并最終傳至墻下基礎(chǔ)及柱下基礎(chǔ)；屋面荷載通過木椽子傳至木檁條，木檁條將荷載傳遞至磚墻和木構(gòu)架，并最終傳至基礎(chǔ)。立帖式木構(gòu)架的梁、柱均采用榫卯連接。木柱下基礎(chǔ)為磚砌獨(dú)立基礎(chǔ)：100mm厚桑皮石墊塊+300mm高磚基礎(chǔ)，下有碎石墊層；外墻下基礎(chǔ)為磚砌條形基礎(chǔ)：墻下無筋擴(kuò)展基礎(chǔ)，下有碎石墊層，基礎(chǔ)墻厚度350mm，埋深470mm。

2 修繕加固設(shè)計(jì)

采用結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件對(duì)砌體構(gòu)件進(jìn)行驗(yàn)算，并采用手算方法對(duì)木構(gòu)件承載力和變形進(jìn)行驗(yàn)算。其中，風(fēng)荷載作用取基本風(fēng)壓為0.55kN/m2，地面粗糙度為C類。根據(jù)房屋勘察報(bào)告，實(shí)測(cè)承重墻砌筑磚抗壓強(qiáng)度評(píng)定為MU5.0，砌筑砂漿抗壓強(qiáng)度評(píng)定為M1.0，混凝土梁強(qiáng)度評(píng)定值為C10。房屋原為住宅，此次改造為展覽館，樓面使用荷載取值3.5kN/m2，由于展覽需要，此次改造需對(duì)立帖式半磚墻、搭建的夾層及閣樓層一并拆除。木構(gòu)架的梁柱節(jié)點(diǎn)均按鉸接考慮。

2.1 存在的主要問題

根據(jù)房屋勘察報(bào)告、現(xiàn)場(chǎng)查勘及詳細(xì)計(jì)算分析，房屋主要存在以下問題：房屋使用功能改變，原基礎(chǔ)無法滿足后續(xù)使用要求；立帖式木構(gòu)架半磚墻拆除后，木構(gòu)架承載力不滿足要求，主要表現(xiàn)為底層木柱和2層樓面木梁承載力不足；2層樓面使用荷載增大后，樓面木擱柵承載力及變形均不滿足計(jì)算要求；木柱潮濕腐爛嚴(yán)重且有蟲蛀現(xiàn)象，個(gè)別木柱存在截面缺失；曬臺(tái)混凝土構(gòu)件鋼筋銹脹、混凝土剝落普遍；部分木擱柵腐爛嚴(yán)重、斷裂，端部與梁脫開；部分木構(gòu)件存在不同程度的干縮裂縫，部分屋面木檁條劈裂；局部榫卯連接節(jié)點(diǎn)存在輕度脫榫；樓面木地板年久老化；局部墻體存在裂縫、破損等。

2.2 加固設(shè)計(jì)

2.2.1 基礎(chǔ)加固

采用如下方法對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行加固處理，增強(qiáng)房屋基礎(chǔ)的整體性和抵抗不均勻沉降能力：對(duì)木柱基礎(chǔ)及墻下基礎(chǔ)采用增設(shè)鋼筋混凝土扁擔(dān)梁條形基礎(chǔ)進(jìn)行加固處理?；A(chǔ)加固做法如圖3所示。

圖3 基礎(chǔ)加固

2.2.2 立帖式木構(gòu)架加固

立帖式木構(gòu)架半磚墻拆除后，木構(gòu)架承載力不滿足要求，主要表現(xiàn)為：除部分木柱由于腐爛引起截面中空而導(dǎo)致承載力喪失以外，底層木柱承載力按強(qiáng)度驗(yàn)算均滿足要求，但木柱穩(wěn)定驗(yàn)算普遍不滿足要求；由于2層樓面使用荷載增加，2層樓面木梁的承載力及變形驗(yàn)算均不滿足要求。

考慮到木構(gòu)架本身加固難度大及所采取加固措施的可逆性，對(duì)2層樓面采用鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固托換，2層展覽區(qū)域荷載全部由加固后的鋼結(jié)構(gòu)承擔(dān)，而木構(gòu)架只承受原屋面荷載，具體做法如下：對(duì)木柱全高采用型鋼格構(gòu)柱進(jìn)行加固；對(duì)2層樓面木梁采用型鋼格構(gòu)梁進(jìn)行加固；對(duì)屋面木梁間增設(shè)水平支撐。木構(gòu)架加固做法如圖4所示。

圖4 木構(gòu)架加固

2.2.3 磚墻修繕

修繕前全面檢查所有墻體，對(duì)墻體所有開裂及外墻窗角斜裂縫部位均做標(biāo)記并予以記錄，對(duì)于非貫穿結(jié)構(gòu)裂縫采用填縫法修補(bǔ)。外墻由于增加設(shè)備管線、排水管留下來的孔洞全部采用鑲砌予以封堵，并按原樣修復(fù)外墻飾面。所有承重外墻內(nèi)側(cè)均采用單面鋼絲網(wǎng)片+水泥砂漿面層進(jìn)行加固，提高墻體整體性。當(dāng)墻體裂縫寬度≤5mm時(shí)，可采用壓力灌漿進(jìn)行修復(fù)。墻體裂縫寬度介于5～20mm時(shí)，應(yīng)設(shè)置混凝土鍵及拉結(jié)鋼筋，再采用壓力灌漿進(jìn)行修復(fù)（見圖5）。

圖5 混凝土鍵

2.2.4 木構(gòu)件修繕

1）木柱腐朽處理 當(dāng)木柱有不同程度腐朽而需整修、加固時(shí)，可采用下列剔補(bǔ)或墩接的方法處理：當(dāng)柱心完好，僅有表層腐朽且經(jīng)驗(yàn)算剩余截面尚能滿足受力要求時(shí)，可將腐朽部分剔除干凈，經(jīng)防腐處理后用干燥木材按原樣和原尺寸修補(bǔ)整齊，并用耐水性膠粘劑黏結(jié)。如系周圍剔補(bǔ)，尚需加設(shè)2～3道鐵箍；當(dāng)柱腳腐朽嚴(yán)重，但自柱底面向上未超過柱高的1/4時(shí)，可采用墩接柱腳的方法處理，用木料墩接，先將腐朽部分剔除，再根據(jù)剩余部分選擇墩接的榫卯樣式，如“巴掌榫”“抄手榫”等，施工時(shí)除應(yīng)注意使墩接榫頭嚴(yán)密對(duì)縫外，還應(yīng)加設(shè)鐵箍且鐵箍應(yīng)嵌入柱內(nèi)（見圖6）；若木柱內(nèi)部腐朽、蛀空，但表層完好且厚度不小于50mm時(shí)，可采用高分子材料灌漿加固；當(dāng)木柱嚴(yán)重腐朽、蟲蛀或開裂而不能采用修補(bǔ)、加固方法處理時(shí)，可考慮更換新柱，更換前應(yīng)確定原柱高、復(fù)制要求及材料選擇。在不拆落木構(gòu)架的情況下墩接木柱時(shí)，必須用架子或其他支撐物將柱和柱連接的梁枋等承重構(gòu)件支頂牢固，以保證木柱懸空施工時(shí)的安全。

圖6 木柱柱腳墩接

2）木構(gòu)件局部截面缺失處理 采用干燥木材依原樣和原尺寸修補(bǔ)整齊，以耐水性膠粘劑貼補(bǔ)嚴(yán)實(shí)，再用鐵箍緊固。

3）樓面木擱柵、木地板置換 由于2層使用荷載有所增加，2層樓面木擱柵的承載力及變形均不滿足要求，需對(duì)2層樓面木擱柵進(jìn)行整體置換，并按規(guī)范要求增設(shè)剪刀撐。鑒于樓面木地板年久老化，對(duì)所有樓面木地板按歷史裝修風(fēng)格進(jìn)行更換。

4）木構(gòu)件干裂修繕 木構(gòu)件的干縮裂縫深度不超過構(gòu)件該方向截面尺寸的1/3時(shí)，可按下列嵌補(bǔ)方法進(jìn)行修復(fù)：當(dāng)裂縫寬度≤3mm時(shí)，可在木構(gòu)件的油飾或斷白過程中用膩?zhàn)庸茨▏?yán)實(shí)；當(dāng)裂縫寬度在3～30mm時(shí)，可用木條嵌補(bǔ)嚴(yán)實(shí)，用耐水性膠粘劑粘牢；當(dāng)裂縫寬度大于30mm時(shí)，除用木條以耐水性膠粘劑補(bǔ)嚴(yán)粘牢外，尚應(yīng)在木構(gòu)件開裂段內(nèi)加2～3道鐵箍。若木構(gòu)件開裂段較長(zhǎng)，則箍距不宜大于0.5m，鐵箍應(yīng)嵌入柱內(nèi)，使其外皮與柱外皮齊平。當(dāng)干縮裂縫深度超過木構(gòu)件該方向截面尺寸的1/3或因構(gòu)架傾斜、扭轉(zhuǎn)而造成木構(gòu)件產(chǎn)生縱向裂縫時(shí)，需待構(gòu)架整修復(fù)位后方可對(duì)開裂部位進(jìn)行修復(fù)；若木構(gòu)件裂縫貫通且內(nèi)部腐朽，則采用杉木依原樣和原尺寸更換。

2.2.5 木結(jié)構(gòu)連接節(jié)點(diǎn)脫榫處理

若榫頭完整，僅因柱傾斜而脫榫時(shí)，可先將柱撥正，再用鐵件拉結(jié)榫卯；若梁柱完整，僅因榫頭腐朽、斷裂而脫榫時(shí)，應(yīng)先將破損部分剔除干凈，并在梁端部開卯口，經(jīng)防腐處理后，用新制的硬木榫頭嵌入卯口內(nèi)，嵌接時(shí)，榫頭與原構(gòu)件用耐水性膠粘劑粘牢并用螺栓固緊，榫頭的截面尺寸及其與原構(gòu)件嵌接的長(zhǎng)度應(yīng)按計(jì)算確定，并應(yīng)在嵌接長(zhǎng)度內(nèi)用2道鐵箍箍緊。

2.2.6 木構(gòu)件蟻蝕腐朽處理

應(yīng)自腐朽處向上鋸成斜口，更換構(gòu)件粘牢后用螺栓或鐵箍加固；構(gòu)件蟲蛀中空且表層完好且厚度不小于50mm時(shí)，可采用不飽和聚酯樹脂灌漿進(jìn)行修補(bǔ)；中空超過1/3截面時(shí)，宜截取更換。

2.2.7 木構(gòu)架、木屋面節(jié)點(diǎn)修繕

木柱與木梁、木柱與木檁條的節(jié)點(diǎn)部位采取夾板、鐵件、扒釘?shù)燃訌?qiáng)連接，增強(qiáng)木構(gòu)架與木屋面的整體性，使既有建筑保持牢固和可靠，如圖7，8所示。

圖7 木立帖柱與木檁條節(jié)點(diǎn)加固

圖8 木立帖柱與木梁節(jié)點(diǎn)加固

2.2.8 混凝土構(gòu)件修繕

此次修繕的房屋歷史久遠(yuǎn)，房屋曬臺(tái)區(qū)域混凝土構(gòu)件存在不同程度的混凝土碳化和鋼筋銹蝕，部分混凝土構(gòu)件銹脹開裂、保護(hù)層剝落。修繕時(shí)全面檢修混凝土構(gòu)件，對(duì)開裂露筋的混凝土構(gòu)件進(jìn)行鋼筋除銹后采用環(huán)氧砂漿進(jìn)行修復(fù)，對(duì)銹脹嚴(yán)重的混凝土樓板進(jìn)行置換，新澆混凝土板四周需在既有墻體增設(shè)圈梁，圈梁做法如圖9所示。

圖9 新增混凝土現(xiàn)澆板圈梁做法

3 結(jié)語

1）立帖式磚木結(jié)構(gòu)房屋中，立帖式木構(gòu)架間鑲嵌的半磚墻不直接參與豎向承重，但對(duì)保持木構(gòu)架的完整性和穩(wěn)定性具有重要作用，立帖式木構(gòu)架的承載力驗(yàn)算結(jié)果也充分驗(yàn)證了這一點(diǎn)，如非必要，不宜破壞立帖式木構(gòu)架半磚墻；如果出于改造需求不得不破壞半磚墻時(shí)，則應(yīng)采取必要的加強(qiáng)措施，增強(qiáng)木構(gòu)架之間的縱向聯(lián)系。

2）磚木結(jié)構(gòu)木構(gòu)件本身加固難度大，當(dāng)實(shí)施困難時(shí)，可考慮采取托換方式將新增使用荷載由托換結(jié)構(gòu)承擔(dān)，減小原結(jié)構(gòu)木構(gòu)件的加固量，而以修繕維修為主。

3）在加固過程中，需考慮新舊結(jié)構(gòu)的有效連接，以確保新舊結(jié)構(gòu)能夠共同作用。