某磚混結(jié)構(gòu)建筑加固設(shè)計(jì)研究

吳正成

(福州市建筑設(shè)計(jì)院 福建福州 350011)

0 引言

磚混結(jié)構(gòu)由于造價(jià)低、施工難度低、剛度大，在早期房屋結(jié)構(gòu)中被廣泛采用。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和居民生活水平的不斷提高，人們對(duì)原有建筑的安全性、功能性和舒適性提出了更高的要求。

磚混結(jié)構(gòu)建筑普遍存在開(kāi)間與進(jìn)深的局限性，恰是這個(gè)局限性對(duì)當(dāng)前的磚混結(jié)構(gòu)建筑的加固改造帶來(lái)一些麻煩。例如，較為常見(jiàn)的底層小開(kāi)間或者小進(jìn)深的宿舍、辦公室、儲(chǔ)物間等改造成商鋪、大廳這種對(duì)使用空間要求比較大的結(jié)構(gòu)體系。對(duì)于此類建筑的加固，由于需要移除底層部分承重墻體以獲取較大使用空間，通常采用增加內(nèi)框架梁柱的托換方法，將原磚混結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)變?yōu)榇u混-內(nèi)框復(fù)合結(jié)構(gòu)體系。通過(guò)改變主體結(jié)構(gòu)的傳力途徑，從而達(dá)到拆除承重墻體的目的。

基于此，本文以某改造工程為例，論述其如何合理利用新增混凝柱、梁與加固后的構(gòu)造柱及梁形成共同受力體系，達(dá)到墻體框式托換目的，在滿足功能改造要求的同時(shí)，又能較大程度地減少對(duì)原結(jié)構(gòu)改變。

1 工程概況

福州長(zhǎng)樂(lè)市某一座磚混結(jié)構(gòu)農(nóng)村信用社，約建于1985年。一層層高4.2m，二至四層層高均為3.3m，結(jié)構(gòu)主體高度14.1m，高寬比1.33。主要承重墻體為240mm厚實(shí)心黏土磚墻，一層最大抗震橫墻間距6.9m，采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土梁板，各層承重墻體頂部均設(shè)有閉合圈梁，縱、橫墻交界處及大梁兩端設(shè)有混凝土構(gòu)造柱，基礎(chǔ)采用毛石條形基礎(chǔ)。一層主要使用功能是辦公室和營(yíng)業(yè)廳，二層到三層是辦公室及員工宿舍，四層是雜物間和會(huì)議室，屋面為上人屋面。

采用貫入法檢測(cè)砌筑砂漿抗壓強(qiáng)度，一層、二至四層磚墻等構(gòu)件現(xiàn)齡期砂漿抗壓強(qiáng)度推定值分別為1.5MPa、1.4MPa。采用回彈法檢測(cè)砌筑磚抗壓強(qiáng)度，一層、二至四層墻體磚塊強(qiáng)度推定等級(jí)為MU10.0。二至四層梁構(gòu)件經(jīng)齡期修正后現(xiàn)齡期混凝土抗壓強(qiáng)度推定值為22.3MPa～23.0MPa。原建筑一層平面圖、二層平面圖如圖1～圖2所示。

圖1 改造前一層平面圖

圖2 改造前二層平面圖

工程改造前對(duì)原結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面的安全性檢測(cè)鑒定，經(jīng)鑒定該結(jié)構(gòu)承重墻體受壓承載力、局部受壓承載力、承重墻體及墻頂圈梁裂縫、各測(cè)點(diǎn)位移及基礎(chǔ)沉降均滿足結(jié)構(gòu)安全性要求[1]。

現(xiàn)業(yè)主提出需拆除首層(5)-(B-D)軸、(4)-(A-B)軸、(B)-(4-6)軸承重墻體及(5-6)-(B-D)軸樓梯間，將辦理窗口移至(B)-(4-6)軸，將原設(shè)于二層的混凝土金庫(kù)待一層混凝土金庫(kù)施工完畢后移至一層，(4)-(B-D)軸承重墻上新增一洞口。改造后一層平面圖如圖3所示。圖中交叉斜線陰影墻體表示為改造后原有承重墻體的門窗洞口進(jìn)行封堵。

圖3 改造后一層平面圖

2 改造后結(jié)構(gòu)受力分析

2.1 計(jì)算模型

采用PKPM結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件對(duì)改造后的房屋進(jìn)行承載力及抗震性計(jì)算，砌筑砂漿抗壓強(qiáng)度與實(shí)心磚抗壓強(qiáng)度取值按實(shí)測(cè)值，混凝土梁抗壓強(qiáng)度取C20。依據(jù)《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50003-2011)[2]確定該房屋的靜力計(jì)算方案為剛性方案。該工程為Ⅱ類場(chǎng)地，抗震設(shè)防烈度為7度(0.1g)，基本風(fēng)壓0.7kN/m2，地面粗糙度為C類。板面恒載，根據(jù)板厚及裝飾裝修荷載取值，活載根據(jù)房間的使用功能不同分別取值：辦公室、宿舍、會(huì)議室取2.0kN/m2，樓梯間取3.5kN/m2，金庫(kù)取10kN/m2，上人屋面取2.0kN/m2，不上人屋面取0.5kN/m2。

2.2 計(jì)算結(jié)果分析

經(jīng)計(jì)算，改造后的結(jié)構(gòu)二至四層承重墻體整體穩(wěn)定性、高厚比、受壓承載力、局部受壓承載力及抗震承載力均滿足規(guī)范要求。二層(1/A)-(1-6)軸梁經(jīng)計(jì)算滿足承載力及抗震性要求。

改造后建筑，由于一層(5)-(B-D)、(B)-(4-6)、(4)-(A-B)承重墻體拆除，改變?cè)薪Y(jié)構(gòu)傳力途徑，使得上述部位原二層圈梁形成抬墻梁，墻端構(gòu)造柱形成轉(zhuǎn)換柱，承載力及抗震性不滿足要求，應(yīng)進(jìn)行加固處理。(4-6)-(A-D)軸原構(gòu)造柱，由于承重墻拆除形成轉(zhuǎn)換柱,導(dǎo)致原墻下條形基礎(chǔ)不能滿足承載力要求，需要進(jìn)行局部加固處理。依據(jù)《建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》1.0.4及1.0.5條，該結(jié)構(gòu)單元后續(xù)使用年限為30年，屬A類建筑，加固改造的抗震設(shè)計(jì)應(yīng)符合A類建筑抗震鑒定要求[3]。

3 房屋加固設(shè)計(jì)方案

3.1 上部結(jié)構(gòu)加固

采用托換技術(shù)，在需拆除的承重墻頂圈梁兩側(cè)設(shè)置托換梁，待托換梁混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后拆除承重墻，使板面荷載傳遞到托換梁，再通過(guò)托換柱傳遞到新增基礎(chǔ)[4]。這種方法較先加臨時(shí)支撐后拆除承重墻更安全、可靠。一層局部改造平面圖如圖4所示。

圖4 一層局部改造平面圖

原建筑(4)-(A)軸、(4)-(B)軸、(5)-(B)軸設(shè)有構(gòu)造柱，拆除承重墻后對(duì)構(gòu)造柱采取增大截面加固處理方式[5]，(4)-(A)軸構(gòu)造柱，由于建筑外立面造型影響，采取增大截面室內(nèi)一側(cè)柱截面，(5-6)-(B-D)軸局部新增框架柱、框架梁，形成內(nèi)框架結(jié)構(gòu)。新增托換柱及框架柱下設(shè)立獨(dú)立基礎(chǔ)及地基梁。對(duì)拆除樓梯后的樓板進(jìn)行封堵，新增梁柱形成局部框架體系，避免因封堵樓板后傳力途徑的改變?cè)龃笤苓厜w及基礎(chǔ)的受力。拆除樓梯前先對(duì)原二層金庫(kù)卸荷，同時(shí)對(duì)上部金庫(kù)部分樓板做好相應(yīng)支撐，待新增梁柱混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，先拆除樓梯間分隔墻體頂部20mm內(nèi)的承重墻，同時(shí)監(jiān)測(cè)相應(yīng)樓板及新增梁有無(wú)變形及開(kāi)裂情況，在無(wú)異常情況下繼續(xù)拆除下部剩余墻體。托換柱及新增柱大樣如圖5所示。

圖5 托換柱及新增柱大樣

進(jìn)行托換前，先進(jìn)行墻頂圈梁下方混凝土墊塊施工，施工方法如圖6所示。

墻體托換立面圖中，混凝土陰影部分，表示該范圍墻體拆除后用混凝土強(qiáng)度為C25細(xì)石混凝土填充密實(shí)，在混凝土強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求后再拆除圖示中斜線陰影部分墻體。拆除過(guò)程，輕敲慢擊，禁止采用大錘或風(fēng)鎬；剔鑿時(shí)，避免破壞剔鑿區(qū)域以外的墻體。在樓面板靠近墻體兩側(cè)鉆灌漿孔，孔徑100mm，間距約800～1000。為防止出現(xiàn)安全事故，開(kāi)孔之前對(duì)相應(yīng)部位樓板加設(shè)臨時(shí)支撐。在斜線陰影墻體范圍設(shè)置鋼筋混凝土連接鍵，將兩側(cè)托換梁相連接，使托換梁與圈梁形成一個(gè)整體受力體系。灌漿使用二級(jí)配混凝土，粗骨料粒徑≤40。灌漿高度要求高于新增混凝土梁截面高度，高出部分待拆模后鑿除。待加固構(gòu)件混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，先拆除托換梁底20mm范圍內(nèi)的承重墻，同時(shí)監(jiān)測(cè)托換梁有無(wú)變形及開(kāi)裂情況。在無(wú)異常情況下，繼續(xù)拆除下部剩余墻體。托換梁、托換柱截面及配筋通過(guò)計(jì)算確定。

圖6 墻體托換大樣

由于底層內(nèi)部拆除多道承重墻體，并在局部墻體開(kāi)設(shè)門洞，造成底層側(cè)向剛度減少，抗震性能較改造前明細(xì)削弱，故對(duì)改造后底層封堵的洞口及原結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)易封堵的洞口進(jìn)行加固處理，以提高封堵洞口后墻體的整體剛度，從而提高該部分墻體的抗震性能。

墻體加固改造前，先清除干凈原有墻面；鉆孔后，及時(shí)清除孔內(nèi)雜物，安設(shè)錨固鋼筋。堵砌用磚砌體強(qiáng)度等級(jí)≥MU10;砂漿強(qiáng)度等級(jí)高于原砌體砂漿一級(jí)，且≥M5[2]。新舊砌體接縫及孔洞處，用砂漿灌嚴(yán)。新砌筑封堵墻體距原洞口頂部留空50mm，用C20素混凝土澆灌填實(shí)。對(duì)原結(jié)構(gòu)(4)-(B-D)軸墻體開(kāi)洞，洞口周邊應(yīng)采取加固措施。門洞封堵大樣、門洞加固大樣如圖7～圖8所示。

圖7 門洞封堵大樣

圖8 門洞加固大樣

3.2 基礎(chǔ)加固

改造后建筑，由于托換框架替換了原承重墻體，改變了原有結(jié)構(gòu)傳力途徑，導(dǎo)致原墻下條形基礎(chǔ)受力發(fā)生改變，托換柱及新增框架柱下條形基礎(chǔ)承載力不滿足計(jì)算要求，需進(jìn)行加固處理。

對(duì)此，首先先鑿除柱底原有基礎(chǔ)表面風(fēng)化疏松面層，然后對(duì)較堅(jiān)實(shí)的基層表面進(jìn)行鑿毛處理，并及時(shí)清理干凈，最后按設(shè)計(jì)要求植入鋼筋，澆搗混凝土。局部基礎(chǔ)加固如圖9所示。

圖9 局部基礎(chǔ)加固平面及大樣

4 結(jié)語(yǔ)

該加固改造工程涉及改造項(xiàng)目較多，包含墻體托換，新增框架柱梁、墻體門洞加固與樓板洞口封堵及基礎(chǔ)加固等。由于改造過(guò)程拆除承重墻體對(duì)原結(jié)構(gòu)受力體系影響較大，因此在制定加固改造方案時(shí)特別注意以下幾個(gè)方面:

(1)改造后結(jié)構(gòu)的傳力途徑應(yīng)簡(jiǎn)潔、明確，新增托換結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)滿足承載力要求。

(2)新舊結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間應(yīng)采取可靠的連接措施，形成整體受力。

(3)施工過(guò)程應(yīng)避免對(duì)改造外的結(jié)構(gòu)構(gòu)件產(chǎn)生破壞。

(4)墻體拆除的同時(shí)應(yīng)密切監(jiān)測(cè)相應(yīng)樓板及新增受力構(gòu)件的變形及開(kāi)裂情況。

由于措施得當(dāng)，該改造工程取得如愿效果，使新增混凝土柱、梁柱加固后的構(gòu)造柱及圈梁形成設(shè)計(jì)意圖的共同受力體系，達(dá)到了加固改造設(shè)計(jì)初衷。該改造方法值得同類加固改造工程參考。