磚混建筑結(jié)構(gòu)改造中托換梁加固技術(shù)研究

羅少華

（太原市龍城發(fā)展投資集團有限公司，山西 太原 030000）

0 引言

居民的生活水平逐步提高，對建筑功能的需求趨于多樣化，對既有磚混建筑結(jié)構(gòu)的改造成為保障建筑安全、豐富建筑功能的重要方式。例如，將磚混建筑結(jié)構(gòu)的部分空間改造為多功能廳或?qū)挸ǖ目筒蛷d，以此來優(yōu)化居住條件。但磚混建筑結(jié)構(gòu)改造期間涉及到拆除作業(yè)，原結(jié)構(gòu)受力條件發(fā)生改變，不利于建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，需采取加強支撐等防護措施。面對錯綜復雜的磚混建筑結(jié)構(gòu)改造工程，需注重技術(shù)探索，確定適應于磚混建筑結(jié)構(gòu)特點的加固技術(shù)。

托換梁加固技術(shù)是適應于磚混建筑結(jié)構(gòu)特點的加固技術(shù)之一，應用廣泛、效果較佳，本文以某磚混建筑結(jié)構(gòu)改造工程為例，從托換梁的設(shè)計技術(shù)和施工技術(shù)兩個方面對該技術(shù)進行分析，以期為類似磚混建筑結(jié)構(gòu)改造提供參考。

1 工程改造要求與改造方案

1.1 工程改造要求

某磚混建筑結(jié)構(gòu)，自建成以來已使用十余年的時間。建筑層高3.4m，設(shè)置鋼筋混凝土條形基礎(chǔ)，采用橫墻承重體系，配套構(gòu)造柱和圈梁。根據(jù)屋主的改造要求，拆除南北方向客廳與臥室的橫墻，打通房屋與小客廳，開辟出更具寬敞性、功能多樣性的大客廳，以滿足屋主日常休閑、會客的需要。

明確屋主的改造要求：房屋建筑結(jié)構(gòu)必須維持穩(wěn)定，提供安全的居住環(huán)境；為避免客廳產(chǎn)生壓抑感，改造后客廳的凈高不宜過低；便捷施工，盡可能降低施工難度；在保證改造有效性的同時縮短工期；合理控制成本；減小房屋改造引發(fā)的不良影響，做到文明施工。

1.2 工程改造方案

以屋主的改造要求為引導，確定改造思路：改造采用型鋼托換拆墻的方法，針對原構(gòu)造柱的尺寸做截面加寬處理，提升構(gòu)造柱的穩(wěn)定性；確定待拆除的墻體，于墻體上設(shè)置托換梁；墻體的荷載由新增的托換梁承擔，進而將荷載傳遞至兩側(cè)的柱子和墻體，再傳遞至基礎(chǔ)，建立“托換梁→兩側(cè)柱子和墻體→基礎(chǔ)”的良好傳遞路徑。改造時，針對基礎(chǔ)、托換梁、豎向承重構(gòu)件采取加固措施，保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

2 托換梁設(shè)計技術(shù)的分析

2.1 托換梁的形式選擇

磚混建筑結(jié)構(gòu)改造中，采用托換梁取代承重墻的結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法。首先明確常見托換梁的形式，經(jīng)過優(yōu)缺點分析后，再結(jié)合本磚混建筑改造條件做出選擇。

（1）墻側(cè)夾芯梁托換形式的優(yōu)缺點

墻側(cè)夾芯梁托換形式的優(yōu)點：在保證原承重墻完整可靠的前提下澆筑托換體系，新澆筑結(jié)構(gòu)的強度、剛度各方面均達標后，拆除原承重墻，此方式可保證施工安全，避免上部結(jié)構(gòu)變形。

其缺點：施工難度高，需在頂板處開孔才可澆筑混凝土，振搗難度大，局部混凝土可能由于振搗不充分而缺乏密實性，埋下隱患；新澆筑部分側(cè)面夾芯梁與原結(jié)構(gòu)的完整性不足，不利于荷載的高效傳遞，為保證新舊結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定連接，需額外增設(shè)附加構(gòu)造，導致工程量增加。

（2）墻下單梁托換形式的優(yōu)缺點

墻下單梁托換形式的優(yōu)點：荷載傳遞路徑清晰明了，結(jié)構(gòu)受力穩(wěn)定，僅需對建筑原基礎(chǔ)和柱子采取改造措施即可，作業(yè)難度低，施工效率高。

其缺點：承重結(jié)構(gòu)的拆除時間需安排在托換體系澆筑前，由于承重結(jié)構(gòu)提前拆除，易導致上部結(jié)構(gòu)發(fā)生變形，因此需加強對結(jié)構(gòu)受力和變形的監(jiān)測，密切關(guān)注承重結(jié)構(gòu)拆除后其它建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定狀態(tài)，及時采取控制措施。

（3）選擇分析

從本磚混建筑結(jié)構(gòu)的調(diào)查結(jié)果來看，結(jié)構(gòu)墻體未見明顯的變形和裂縫，配套的構(gòu)造柱、圈梁等設(shè)施也保持穩(wěn)定可靠的狀態(tài)，改造條件良好，因此采用便捷性優(yōu)勢突出的墻下單梁托換形式，但需重點關(guān)注墻體上下貫通問題，要求上部墻體始終維持穩(wěn)定。為此，在墻體中設(shè)置起臨時支撐作用的鋼支撐，用于維持上部墻體的穩(wěn)定性；墻下單梁托換施工環(huán)節(jié)，按500mm的水平間距依次布設(shè)，再向孔洞內(nèi)設(shè)置鋼支撐，在托換體系成型前承擔上部荷載，具體如圖1所示。

圖1 鋼支撐剖面圖

2.2 托換梁的參數(shù)計算

待拆除墻體承受源自于屋面、二層橫墻、二層樓面的荷載，荷載設(shè)計值取63.97kN/m，僅憑借圈梁無法滿足受力穩(wěn)定性要求，因此采取加固措施。底層的層高僅為3.2m，以圈梁下方單托換梁的方法改造后，層高不足，業(yè)主日常居住中感到壓抑，缺乏可行性。針對該問題做技術(shù)優(yōu)化，采用鋼梁對墻體進行托換，如圖2所示。

圖2 墻體托換示意圖

墻體拆除后，由布設(shè)在鋼梁上的5根臨時墊梁將上部荷載傳遞至鋼梁，托換梁體系成型后，切除臨時墊梁兩側(cè)多余的部分，形成規(guī)格合適的墊塊，協(xié)同發(fā)揮墊梁和鋼梁的性能優(yōu)勢，保證承載的有效性。

托換結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計要點主要在于托換梁的參數(shù)計算，具體如下：

（1）上部墻體抗彎強度的驗算。墻體上部荷載經(jīng)由托梁上的5塊墊塊傳遞給托換梁，墊塊屬于受力傳遞的重要設(shè)施，由于墊塊的間距較小，墻體用力傳遞的夾角以剛性角為主，因此無需驗算上部墻體抗彎強度。

（2）圈梁的驗算。通過5塊墊塊的布設(shè)，圈梁成為4跨連續(xù)梁結(jié)構(gòu)，圈梁所受的剪力和最大彎矩得到有效抑制，墊塊在維持圈梁受力穩(wěn)定性方面有重要作用。圈梁的驗算中，重點考慮正截面和斜截面的承載力、抗裂性能、撓度，計算結(jié)果顯示各方面均達到規(guī)范要求時，表明圈梁穩(wěn)定可靠。

（3）墊塊強度的驗算。墊梁的跨度小，彎矩和剪力較低[1]。通過綴板焊接槽鋼，組成格構(gòu)梁，格構(gòu)梁的驗算結(jié)果顯示其達到規(guī)范要求。

（4）托換梁的強度計算。強度是評價托換梁質(zhì)量的重要指標，須合理計算與設(shè)計。托換梁與框架柱端部的預埋鋼板焊接，圈梁與托梁間用5塊墊塊連接，根據(jù)此結(jié)構(gòu)布置方式，計算時將托梁簡化為簡支梁，強度計算簡圖如圖3所示。

圖3 托換梁的計算簡圖

托換梁材料為Q235鋼材，計算過程如下：

托換梁所受的最大彎矩：

托換梁采用2槽鋼25a（W=540cm3）

式中：M

max——梁的最大彎矩；

W——梁的凈截面抵抗矩；

γx——截面塑性發(fā)展系數(shù)；

f——材料強度設(shè)計值；

τ——梁的剪應力；

FQmax——梁的最大剪力；

h——梁的截面高度；

t——型鋼的厚度；

u——撓度；

P——集中荷載；

l——梁的跨度；

E——型鋼的彈性模量；

I——截面的軸慣性矩。

按上述方法計算，結(jié)果顯示托換梁的強度和剛度均達標。

3 托換梁施工技術(shù)的分析

3.1 施工要求

（1）保證地基基礎(chǔ)的強度和剛度。本磚混建筑結(jié)構(gòu)采用的是墻下條形基礎(chǔ)，改造后局部承重墻由框架柱替代。條形基礎(chǔ)由原本的均布線荷載轉(zhuǎn)變?yōu)榫植考泻奢d，受力條件改變[2]。為此，采取如下技術(shù)措施：嚴格校核基礎(chǔ)的強度和地基的承載力，針對不滿足受力要求的部分采取局部加固措施；利用內(nèi)框地梁將源自于內(nèi)框柱的集中力轉(zhuǎn)化為均布荷載，避免條形基礎(chǔ)部分區(qū)域受到過強的作用力。

（2）保證建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能。從地震條件的結(jié)構(gòu)振動特性來看，新增內(nèi)框架與既有磚混結(jié)構(gòu)存在顯著區(qū)別。同時，為改造出寬敞的大客廳，對部分墻體做拆除處理，迫使建筑水平向剛度降低，遇地震時面臨諸多隱患。因此，對鋼筋混凝土內(nèi)框架做優(yōu)化設(shè)計，使其側(cè)向剛度與待拆除磚墻的側(cè)向剛度基本一致。

（3）協(xié)調(diào)施工順序。按照“改造基礎(chǔ)→設(shè)置內(nèi)框架地梁→設(shè)置內(nèi)框柱及其頂梁”的基本流程有序施工。內(nèi)框架梁柱施工成型后，安排質(zhì)量檢驗，達到設(shè)計要求則按自上而下的順序拆除舊墻體。

3.2 施工流程

基礎(chǔ)鋼筋綁扎和澆筑混凝土→新柱鋼筋及預埋件的綁扎，混凝土澆筑→剔除圈梁下洞口→布設(shè)臨時墊梁、設(shè)置支撐→拆除圈梁下墻體→布設(shè)托換梁→焊接梁端墊塊→拆除臨時立柱→確定墊梁多余部分并切除→焊接托換梁和墊塊。

3.3 施工技術(shù)要點

（1）支架的搭建與拆除。立柱施工現(xiàn)場地面需平整、穩(wěn)定，于立柱底下布設(shè)墊塊，用于分散立柱傳遞的荷載，避免局部過度集中受力。立柱布設(shè)到位后呈豎直狀態(tài)，不可失穩(wěn)。立柱底部用木楔預緊，上部以焊接的方法臨時連接墊梁。立柱間設(shè)置雙向水平支撐，端部設(shè)剪刀撐，共同維持立柱的穩(wěn)定性。托換梁成型后，按先中間、后兩端的順序拆除支架，拆除后的構(gòu)件分類堆放到位。經(jīng)過支架的拆除作業(yè)后，上部荷載將有效傳遞至托換梁，建立穩(wěn)定可靠的受力傳遞路徑[3]。

（2）混凝土澆筑。新施工的結(jié)構(gòu)尺寸小，需嚴格控制混凝土的坍落度，以較大坍落度的細石混凝土為宜，此材料的澆筑效果較佳；水泥選用普通硅酸鹽水泥，注重混凝土的早期強度；按配合比稱量原材料，做充分的拌和，保證原材料分布的均勻性；混凝土拌和后及時澆筑，澆筑期間加強振搗，減少混凝土內(nèi)部的空隙，提高密實度。

（3）墻體的拆除。臨時支撐施作成型后用木楔頂緊，在確認無安全隱患的前提下方可組織墻體的拆除作業(yè)。拆除前，沿墻體長度方向每間隔1m設(shè)置一處道槽，以開設(shè)道槽的方法將原本完整的墻體劃分為多個小墻肢，以免由于拆除的振動作用而威脅到建筑物的穩(wěn)定性。墻體的拆除按照先中間、后兩端的順序依次進行，拆除人員注重安全防護，合理控制拆除速度。墻體拆除分多個批次逐步完成，避免墊梁由于瞬間受力而產(chǎn)生異常。

（4）托換梁的設(shè)置。根據(jù)設(shè)計圖紙確定托換梁的布設(shè)位置，做好標記，作為托換梁位置控制的參照基準。托換梁架設(shè)環(huán)節(jié)，加強對水平度、垂直度、高程等指標的檢測與控制[4]。托換梁設(shè)置成型后，將其與柱頂及柱側(cè)墊板做焊接處理，建立穩(wěn)定可靠的連接關(guān)系，使托換梁有足夠的穩(wěn)定性。支架拆除后，確定墊梁的多余部分并將其切除，再與托換梁連接至一體，確保布設(shè)到位的墊塊位置準確且穩(wěn)定可靠。

3.4 施工注意事項

施工作業(yè)嚴格按照設(shè)計方案進行，施工期間加強監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)問題并處理，從而保證舊房改造的有效性。工程施工中應注意如下事項。

（1）按照流程有序施工。例如由下而上設(shè)置內(nèi)框架，自上而下、先中間后兩端有序拆除墻體，施工期間加強安全防護，避免由于房屋改造誘發(fā)安全事故[5]。

（2）內(nèi)框梁、柱混凝土澆筑環(huán)節(jié)，注重混凝土的科學拌和和澆筑期間的有效振搗。例如內(nèi)框頂梁的施工宜采用膨脹細石混凝土，拌和采用的水泥、砂石等各類原材料均要達到質(zhì)量要求，澆筑時輔以振搗措施，振搗遵循“快插慢拔”的原則，充分提高混凝土的密實度。

（3）內(nèi)磚墻和板內(nèi)側(cè)的抹灰層用水和刷子清理干凈，再新澆筑混凝土，確保新澆筑的結(jié)構(gòu)與墻體及板面穩(wěn)定結(jié)合至一體，利用構(gòu)成的完整結(jié)構(gòu)高效傳遞荷載，維持建筑結(jié)構(gòu)受力的穩(wěn)定性。

（4）在承重墻上開鑿孔洞時，禁止連續(xù)開鑿同一塊墻體，原因在于此開鑿方式易導致墻體松動，適宜的方法是隔段有序開鑿。

（5）磚混建筑結(jié)構(gòu)改造及加固期間必須加強對墻體、樓板的監(jiān)測，根據(jù)實測結(jié)果判斷施工現(xiàn)場的安全狀況和質(zhì)量狀況，視實際情況采取針對性的控制措施，確保各項改造活動均在安全的前提下落實到位。

4 結(jié)束語

綜上所述，磚混建筑結(jié)構(gòu)的改造是依托既有建筑資源進行居住品質(zhì)提升的重要策略，可滿足屋主對建筑大空間、高品質(zhì)的要求。針對磚混建筑結(jié)構(gòu)的改造，通常采用托換改造的方式，以便發(fā)揮出效率高、效果好、成本低的優(yōu)勢。作為施工單位，可考慮托換梁改造的技術(shù)策略，并在施工期間采取加固措施，優(yōu)化受力分布狀態(tài)，維持建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，營造安全的工程施工環(huán)境和用戶使用環(huán)境。