某框架結(jié)構(gòu)教培中心托梁拔柱改造施工技術(shù)應(yīng)用

趙允浩（上海川勤建筑工程有限公司，上海 201901）

建筑使用功能的改變直接影響結(jié)構(gòu)形式，大開間，高挑空往往是老舊建筑所不具備的，為滿足不斷變化得空間使用需求，結(jié)構(gòu)布局的改變難以避免，局部拆柱、改動(dòng)受力墻體等屢見不鮮，受力體系改動(dòng)應(yīng)結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際，針對不同特點(diǎn)具體分析，保證施工過程安全可靠及后續(xù)的使用安全。

1 某框架結(jié)構(gòu)教培中心托梁拔柱改造工程概述

上海某 6 層框架結(jié)構(gòu)建筑，筏板基礎(chǔ)，地下 1 層，層高 3.6 m，地上 6 層，首層層高 4.5 m，二層及以上層高3.3 m，原結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度 C30，原建筑使用功能為商務(wù)辦公樓，本次改造使用功能調(diào)整為教培中心，⑧-?/- 我域?yàn)樘艨罩型ィ瑸闈M足建筑使用要求， 軸/⑨ 軸與 軸/? 軸 2 根框架柱需拔除，框架柱截面 600 mm×600 mm如圖 1 所示，拔柱標(biāo)高 -0.050 ～11.050 m，使結(jié)構(gòu)梁跨度由6 500 mm 變?yōu)?13 000 mm，結(jié)構(gòu)梁受力特性變化較大，需對影響范圍內(nèi)的梁柱進(jìn)行加固改造。

圖1 —0.050～11.050 拔柱平面圖

根據(jù)建筑改造要求及現(xiàn)場實(shí)際情況，對本項(xiàng)目改造施工流程、施工重難點(diǎn)、千斤頂卸載過程控制進(jìn)行細(xì)致的探討。

2 改造方案

2.1 總體加固方案

原結(jié)構(gòu)布置圖：橫向 軸框架梁截面為 250 mm×650 mm，縱向 ⑨ 軸、⑩ 軸框架梁截面為 350 mm×650 mm，⑨-?/- 為原井道洞口如圖 2 所示。

圖2 改造前原結(jié)構(gòu)平面示意

拔柱后，橫向 /⑧-⑨ 與 /⑨-? 軸框架梁跨度由6 500 mm 增大至 13 000 mm，采用增大截面加固；縱向⑩/- 與 ⑨/ - 框架梁跨度由 6 500 mm 增大至13 000 mm，兩端框架柱錯(cuò)開 500 mm，若利用原有框梁加大截面加固，梁寬尺寸過大，無法滿足改造后的建筑要求，綜合工程結(jié)構(gòu)形式及各影響因素，故采用鑿除后新做斜框梁的形式改造，組成十字轉(zhuǎn)換梁支撐上部結(jié)構(gòu)荷載如圖 3所示。

圖3 改造后加固平面示意

與轉(zhuǎn)換梁相連的框架柱，受轉(zhuǎn)換梁受力特性影響，承擔(dān)豎向力增加較大，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果，增大柱截面尺寸，且應(yīng)保證加固后的轉(zhuǎn)換柱寬度不小于轉(zhuǎn)換梁寬度，即柱寬≥900 mm。

原井道洞口封閉，新增混凝土樓板，新增樓板鋼筋采用植筋與原結(jié)構(gòu)連接。

轉(zhuǎn)換梁上部托換結(jié)構(gòu)采用增設(shè)臨時(shí)鋼支撐，與框架柱組成臨時(shí)桁架，作為轉(zhuǎn)換梁施工過程中保障措施，也是保障結(jié)構(gòu)安全的重要手段；轉(zhuǎn)換梁下部在擬拔除框柱兩側(cè)增設(shè)鋼牛腿設(shè)置千斤頂回頂卸載，每根柱布置兩組千斤頂，轉(zhuǎn)換梁施工完成后，布置千斤頂頂緊后切割拔柱，千斤頂卸載是托梁拔柱得核心技術(shù)與關(guān)鍵。

2.2 十字轉(zhuǎn)換梁加固

經(jīng)計(jì)算，橫向轉(zhuǎn)換梁由原截面尺寸 250 mm×650 mm增至 900 mm×1 500 mm，梁側(cè)及梁底三面加大截面尺寸，縱向框架梁為新建轉(zhuǎn)換梁，截面尺寸 900 mm×1 500 mm，增大截面及新增梁混凝土強(qiáng)度 C35。

由于是改造項(xiàng)目，已建樓板面筋在加固梁及新增梁盡可能利舊且保證鋼筋連續(xù)，轉(zhuǎn)換梁上部新增受力筋均布置在原樓板板筋上部，受新增主筋植筋、新增箍筋及保護(hù)層厚度影響，轉(zhuǎn)換梁完成面高于原樓板頂面 80 mm，轉(zhuǎn)換梁箍筋的施工采用分解為 2 個(gè) U 型件焊接而成。

轉(zhuǎn)換梁受力鋼筋與轉(zhuǎn)換柱連接采用植筋方式連接錨固，植筋深度即使將柱截面打穿也難以滿足錨固要求，本工程植筋孔禁止采用水鉆鉆孔，施工中采用電錘打植筋孔將柱截面打穿極難實(shí)現(xiàn)，為達(dá)到預(yù)期的錨固要求，考慮錨固深度時(shí)，除考慮原框柱打孔植筋深度外，同時(shí)將柱加大截面新增的截面尺寸一并考慮。

2.3 框架柱加固

⑨/ 與 /? 軸框架柱為外墻柱，改造后突出部分不可超過原外墻邊線，故考慮采用三面加大；內(nèi)部框架柱采用四面截面加大，增大截面混凝土強(qiáng)度 C 35，經(jīng)計(jì)算，內(nèi)部柱四面各加大 200 mm，外墻柱向轉(zhuǎn)換梁方向加大 400 mm，兩側(cè)各加大 200 mm，受力鋼筋向下植入地下室底板，向上在樓面與圍套鋼板塞焊錨固。

3 改造施工重難點(diǎn)分析及應(yīng)對策略

3.1 重點(diǎn)節(jié)點(diǎn)處理

重難點(diǎn) 1、由于梁跨度由 6 500 mm 增大至 13 000 mm，十字轉(zhuǎn)換梁跨中部位正好位于拔柱位置，梁底受力鋼筋必須貫通，轉(zhuǎn)換梁交叉點(diǎn)部位節(jié)點(diǎn)施工質(zhì)量是本次改造重點(diǎn)控制工序關(guān)鍵點(diǎn)。

對策 1、針對跨中底筋必須貫通的要求，加固施工前，先將部分柱截面靜力切割，保留 250 mm×250 mm 芯柱不切割，切割高度應(yīng)考慮截面加大高度及千斤頂尺寸及張拉行程，經(jīng)深化放樣確定芯柱高度為 1 350 mm，保證雙向受力底筋貫通。

3.2 重點(diǎn)工序安全保障措施

重難點(diǎn) 2、250 mm×250 mm×1 350 mm 芯柱承載力無法承載上部保留結(jié)構(gòu)荷載，存在嚴(yán)重安全隱患，拔柱過程要求科學(xué)合理，過程可控可逆，有充分安全保障措施。

對策 2、如圖 4 所示，在轉(zhuǎn)換梁上層設(shè)置型鋼支撐，與周圍混凝土柱形成臨時(shí)桁架，將擬拔柱 ⑨/ 與 ?/ 上部的豎向荷載引導(dǎo)傳遞至 ⑧/ 與 ?/ 框柱，保證轉(zhuǎn)換梁施工過程中的結(jié)構(gòu)安全。待轉(zhuǎn)換梁澆筑完成達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，在芯柱梁側(cè)設(shè)置兩組 250 t 千斤頂，保證千斤頂卸載拔柱過程能夠足夠支撐力，可在分步卸載的過程中監(jiān)測轉(zhuǎn)換梁形變變化。

圖4 臨時(shí)鋼桁架立面布置圖

4 施工工藝及質(zhì)量要求

4.1 植筋施工

放初始定位線→確定原結(jié)構(gòu)鋼筋位置并做標(biāo)記→放鉆孔位置十字交叉線→驗(yàn)線→沖擊鉆鉆孔→清孔(三刷三吹)→隱蔽驗(yàn)收→注膠植筋→固化保護(hù)。

4.2 梁柱加大截面施工

界面處理(粉刷層鑿除，接觸面鑿毛)→ 新增鋼筋(包括植受力筋、箍筋、拉結(jié)筋等)→模板安裝→混凝土澆筑→養(yǎng)護(hù)達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后拆模。

5 托梁拔柱整體施工流程

5.1 階段一：轉(zhuǎn)換柱及轉(zhuǎn)換梁加固

（1）地下室 -7.750 m 標(biāo)高轉(zhuǎn)換柱柱加大截面施工。

（3）7.750～11.050 m 滿堂支撐搭設(shè)、監(jiān)測點(diǎn)位布置。

（4）⑨ 軸、⑩軸 350 mm×650 mm 框架梁鑿除。

（5）⑨/ 與 ?/ 框架柱靜力切割，保留250mm×250 mm 芯柱 。

（6）7.750～11.050 m 轉(zhuǎn)換柱及 11.050 m 轉(zhuǎn)換梁加大截面施工。

（7）養(yǎng)護(hù)至 100% 設(shè)計(jì)強(qiáng)度。

（8）拆除梁模板支撐架及滿堂支撐架，鋼牛腿安裝。

他手舉風(fēng)箏追趕我，卻不想風(fēng)箏被一個(gè)樹枝夾到，進(jìn)退不得。他喚住我，可憐兮兮的樣子不知道該怎么辦，我一把拿過風(fēng)箏線，說“我來試試?！?/p>

5.2 階段二：千斤頂回頂卸載

（9）千斤頂安裝就位且維持受力狀態(tài)。

（10）臨時(shí)鋼桁架切斷。

（11）芯柱靜力切割切斷。

（12）千斤頂分步卸載。

（13）監(jiān)測轉(zhuǎn)換梁變形趨勢，趨于穩(wěn)定后分項(xiàng)驗(yàn)收。

（14）從上至下依次拆除下部結(jié)構(gòu)梁板及結(jié)構(gòu)柱至-0.050 m。

6 施工工況一分析—⑨ 軸、⑩ 軸框架梁鑿除

框架梁拆除對周邊次梁與樓板影響較大，為保證拆改過程中的相鄰構(gòu)件結(jié)構(gòu)安全，采取對周邊結(jié)構(gòu)設(shè)置滿堂腳手架支撐的措施，滿堂支撐架搭設(shè)同時(shí)將轉(zhuǎn)換梁支撐立桿一并搭設(shè)綜合考慮：支撐架體采用扣件式鋼管腳手架，經(jīng)計(jì)算，900 mm×1 500 mm 轉(zhuǎn)換梁支撐架體系，梁跨度方向立桿間距 450 mm，梁底兩側(cè)立桿間距 900 mm，附加立桿 2根，與兩側(cè)立桿間距均分布置，步距 1 500 mm；滿堂支撐架立桿間距 900 mm×900 mm，步距 1 500 mm。

框架梁拆除采用風(fēng)鎬人工破碎鑿除，破碎結(jié)構(gòu)梁前，先將框架梁邊樓板開槽，槽寬 200 mm，保留樓板鋼筋不斷開，開槽目的意在減少鑿除震動(dòng)對相鄰結(jié)構(gòu)的影響；原梁柱節(jié)點(diǎn)縱向受力主筋保留 2 000 mm 不切斷，作為抗剪鋼筋使用。

7 施工工況二分析—⑨/ 與 ?/ 框柱切割、保留芯柱

芯柱切割前，①臨時(shí)鋼桁架已安裝完畢；②周邊滿堂腳手架支撐架已搭設(shè)；③350 mm×650 mm 框架梁已鑿除；④梁柱加大截面表面鑿毛作業(yè)已完成；⑤各構(gòu)件植筋孔打孔作業(yè)已完成；⑥芯柱底部位鋼牛腿埋板螺栓孔打孔完成，各工序施工均驗(yàn)收合格。保障柱截面削弱切割芯柱作業(yè)過程中L 軸框架梁的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定及施工安全；同時(shí)避免芯柱切割完成后，再出現(xiàn)震動(dòng)作業(yè)對芯柱擾動(dòng)。

框架柱截面 600 mm×600 mm，切割高度 1 350 mm，保留芯柱截面 250 mm×250 mm，切割芯柱為靜力切割作業(yè)，在柱表面放線,標(biāo)記切割線位置,采用水鉆鉆孔，鉆頭直徑 40 mm 在柱上打?qū)Υ┛祝饎傛溊K鋸靜力切割，由于要求保留芯柱尺寸精度要求高，增設(shè)導(dǎo)向輪，引導(dǎo)控制繩鋸切割面精度。

芯柱切割完畢后，立刻組織人員進(jìn)行轉(zhuǎn)換梁施工，待混凝土強(qiáng)度達(dá)到 100% 設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，拆除轉(zhuǎn)換梁支撐及滿堂腳手架支撐，焊接安裝鋼牛腿如圖 5 所示。

圖5 中庭柱卸載節(jié)點(diǎn)詳圖

8 施工工況三分析—千斤頂回頂卸載

8.1 拔柱前準(zhǔn)備工作

①檢查鋼牛腿焊縫質(zhì)量、焊縫長度、焊腳高度、加勁板數(shù)量位置等，保證鋼牛腿受力性能；②千斤頂安裝至指定位置，千斤頂中心距離芯柱邊距離相同，避免千斤頂負(fù)重后受力不均傾斜或翻倒；③檢查千斤頂?shù)撞渴欠衿秸€(wěn)固，并且將油污清理干凈防止受力時(shí)打滑，發(fā)生安全事故；④安裝完成后將千斤頂擦拭干凈，測試千斤頂?shù)墓ぷ鳡顟B(tài)，檢查各部件是否靈活；⑤配合第三方監(jiān)測單位布置監(jiān)測點(diǎn)，現(xiàn)場清理，確定最佳觀測點(diǎn)；⑥以交底會(huì)議形式，對參加拔柱作業(yè)的全部人員進(jìn)行書面安全技術(shù)交底，包含且不限于現(xiàn)場管理人員、施工作業(yè)班組、設(shè)計(jì)方、監(jiān)理方、業(yè)主方等，明確拔柱作業(yè)流程，各施工工序先后順序，施工措施、危險(xiǎn)源、安全措施、應(yīng)急措施等；⑦根據(jù)專項(xiàng)方案中應(yīng)急預(yù)案要求，配備應(yīng)急物資、應(yīng)急照明、備用千斤頂、急救藥箱等。

8.2 卸載方案

設(shè)計(jì)計(jì)算變形為 12 mm，異常變形報(bào)警限值為 25 mm，計(jì)劃分 3 次卸載過程實(shí)施,第一次卸載 3 mm，第二次卸載10 mm，第三次卸載 16 mm。

如圖 6 所示卸載方案利用千斤頂?shù)淖枣i功能，兩組的四個(gè)千斤頂同步卸載，監(jiān)測單位全程同步監(jiān)測卸載過程中各監(jiān)測點(diǎn)位移變化。卸載過程中，觀察千斤頂是否與轉(zhuǎn)換梁底面脫開，判斷轉(zhuǎn)換梁結(jié)構(gòu)受力是否達(dá)到設(shè)計(jì)狀態(tài)。

圖6 中庭柱卸載千斤頂布置圖

8.3 截柱卸載程序

（1）步驟一:兩組千斤頂布置到位，加壓頂緊至轉(zhuǎn)換梁梁底，每臺千斤頂加載 50 KN；

（2）步驟二:臨時(shí)鋼桁架切斷,先切斷 /?-? 軸鋼構(gòu)件，穩(wěn)定 15 分鐘,再切斷 /⑧-⑨ 軸鋼構(gòu)件，千斤頂頂升力無變化；

（3）步驟三:芯柱切斷分 2 組執(zhí)行,采用繩鋸靜力切割切斷, 鋸繩珠徑 11.5 mm,首先切斷11軸芯柱，第一道切斷位置貼近梁底,切斷瞬間千斤頂 C 頂升力增加至 75 kN,千斤頂 D頂升力無變化，穩(wěn)定 15 min,第二道切割部位自芯柱切割面向下 50 mm，此空隙作為卸載過程中轉(zhuǎn)換梁形變空間，同時(shí)若出現(xiàn)異常情況，可迅速用應(yīng)急鋼板將此空隙填實(shí); 重復(fù)上述步驟切斷 9 軸芯柱, 第一道切斷瞬間，千斤頂 A 頂升力增加至 100 kN,千斤頂 B 頂升力無變化，千斤頂 C 頂升力增加至 100 kN,千斤頂 D 頂升力無變化，穩(wěn)定 15 min，自芯柱切割面向下 50 mm 切割第二道；此時(shí)上部荷載通過轉(zhuǎn)換梁轉(zhuǎn)移至回頂千斤頂，受力狀態(tài)為千斤頂與轉(zhuǎn)換梁共同受力。

實(shí)際卸載過程中未出現(xiàn)異常情況，第一次卸載完成后，千斤頂與轉(zhuǎn)換梁脫開，同步監(jiān)測跨中最大撓度為 0.8 mm，卸載完成后 72 h 每 12 h 監(jiān)測一次，最終撓度變化 1.1 mm，經(jīng)各方認(rèn)可，驗(yàn)收合格后，從上至下依次拆除下部結(jié)構(gòu)梁板及結(jié)構(gòu)柱至 -0.050 m。

8.4 數(shù)據(jù)偏差原因分析

托梁拔柱施工完成后，針對設(shè)計(jì)計(jì)算變形與實(shí)際變形數(shù)值差異和同一芯柱兩側(cè)千斤頂回頂力數(shù)值差異進(jìn)行討論分析，總結(jié)出以下原因：

原因 1：轉(zhuǎn)換梁跨度 ＞4 m，施工時(shí)已按照規(guī)范要求(0.1%～0.3%)起拱，施工時(shí)起拱值 20 mm，起拱減小了轉(zhuǎn)換梁的實(shí)測撓度，導(dǎo)致數(shù)值差異。

原因 2：轉(zhuǎn)換梁由于起拱，梁底面不是完全水平，千斤頂與接觸面不能完全貼合，同時(shí)千斤頂中心至芯柱的距離不完全相等，導(dǎo)致了同一芯柱兩側(cè)千斤頂回頂力數(shù)值差異。

9 結(jié) 語

綜上所述，托梁拔柱施工工況復(fù)雜、專業(yè)性強(qiáng)、施工難度大、各工序施工要求高，項(xiàng)目的成功實(shí)現(xiàn)，離不開設(shè)計(jì)階段和施工過程中的緊密配合，各環(huán)節(jié)的精細(xì)化管理和控制是保證托梁拔柱施工安全的保障。

本項(xiàng)目是以梁柱增大截面法加固、臨時(shí)鋼桁架輔助，千斤頂托換卸載的托梁拔柱改造工程，項(xiàng)目成功實(shí)施，在實(shí)施方案策劃，施工部署，工藝選擇，工序質(zhì)量控制，資源整合等諸多方面均取得較好效果，希望能為同類項(xiàng)目提供參考。