多層砌體結(jié)構(gòu)底層承重墻托換加固設計及施工

傅建邦

中國二十冶集團有限公司 上海 201900

1 工程概況

某公司辦公樓建于20世紀90年代初，為六層磚混結(jié)構(gòu)，橫墻承重，預制樓板。底層層高3.90m，二至六層層高均為3.30m。因業(yè)務需要，一道承重墻拆除形成大空間。

經(jīng)查原始圖紙及維保記錄，需要拆除結(jié)構(gòu)和原設計圖紙一致。加固設計工作開始前，按規(guī)定進行了相應的鑒定工作，本工程原結(jié)構(gòu)完好。

根據(jù)使用要求，改造施工過程中不能影響該辦公樓其他區(qū)域正常使用[1]。

2 方案比選

因本工程擬拆除的墻體為承重墻，承受其上5層的墻體重量及各層樓板傳至墻上的荷載，受力較大，且拆除及加固施工不能影響上部正常使用，根據(jù)經(jīng)驗，采用托換技術(shù)比較合適。

托換技術(shù)的基本思路是通過結(jié)構(gòu)托梁承擔上部荷載，托梁將上部荷載通過在原縱橫墻交接部位增設的壁柱傳至基礎。本工程因托換位置位于底層，如果將增設的壁柱直通至基礎，傳力路徑是最合理的，壁柱及基礎混凝土用量也是最經(jīng)濟的。但查原始圖紙發(fā)現(xiàn)，原基礎底標高-2.10m，基礎底板厚0.3m，另據(jù)調(diào)查本工程地下水位在±0.000以下1.00m左右。從施工角度考慮，開挖至基礎頂板，會有大量地下水滲出。在有水環(huán)境中，壁柱鋼筋植入基礎的可靠性難以保證，同時，開挖產(chǎn)生的泥漿對辦公樓及周圍環(huán)境也有較大影響。如何解決基礎施工問題，也是本工程的一個難點。

初步分析，本工程托換可采用單根混凝土托梁托換（方案1）、型鋼雙托梁托換（方案2）或混凝土雙托梁托換（方案3）等3個方案，現(xiàn)將各方案闡述如下。

方案1：在墻體拆除位置地坪下設混凝土梁，該梁直接落在原基礎磚放腳上，避免開挖至基礎頂板。在原縱橫墻交接處新增鋼筋混凝土框架柱，柱頂設混凝土托梁，托梁頂緊原墻體圈梁。傳力路徑為：上部結(jié)構(gòu)荷載→上部混凝土托梁→新增框架柱→下部混凝土梁→原有基礎磚放腳→基礎→地基。該方案的問題有四方面。一是混凝土托梁占用凈高較多，新增框架柱尺寸也比較大，以致新開洞口寬度和高度都較小，影響使用功能。二是地坪下混凝土梁及頂部混凝土托梁施工時，必須將新澆筑混凝土梁高范圍內(nèi)的承重墻拆除或?qū)⒃撈兄貕θ坎鸪?，需要采取專門的支撐措施，承擔上部結(jié)構(gòu)的荷載，工序復雜，風險較高，對上部結(jié)構(gòu)正常使用有影響；三是須保證上部結(jié)構(gòu)完全不受擾動的前提下，將其荷載完全傳遞至臨時支撐系統(tǒng)，臨時支撐實施的難度和費用都將比較高。四是臨時支撐的實施會導致工期增加，其搭設完畢后會造成原有墻體拆除不便，也會導致工期增加。

方案2和方案3（見圖1）：均采用框架雙梁托換技術(shù)，不同的是方案2采用雙型鋼梁托換，方案3采用雙混凝土梁托換。使用型鋼雙托梁托換技術(shù)進行托換時，在墻體兩側(cè)設置槽鋼托梁，槽鋼翼緣朝外，通過綴板及螺桿連接夾住墻體。使用鋼筋混凝土雙托梁托換技術(shù)進行托換時，先打孔穿墻設置肩梁，并在緊貼擬拆墻體的兩側(cè)設置兩根支承肩梁的托梁，擬拆墻上部墻體傳來的荷載通過肩梁傳遞到托梁。因雙托梁是兩道夾著原有墻體（圈梁）的兩道夾梁，要求新增鋼筋混凝土壁柱截面寬度（垂直梁跨度方向）較大，截面高度就可以適當減小，這樣洞口凈寬可相應增大，可更好地滿足建筑使用要求[2]。

圖1 方案3剖面圖

托梁采用型鋼，濕作業(yè)較少，施工方便。

但因上部荷載較大，經(jīng)過試算，常規(guī)槽鋼截面無法滿足要求。如換用H型鋼，一方面其腹板和原有圈梁和墻體無法貼緊，即使填充灌漿料，也不易保證；另一方面，單根H型鋼梁重量近700kg，室內(nèi)施工時運輸和吊裝均有困難。方案3創(chuàng)造性地將上部結(jié)構(gòu)框架托換技術(shù)用到基礎，即在±0.000處也設雙托梁，避免了基礎大開挖（上部結(jié)構(gòu)托換是通過肩梁將墻體荷載傳至托梁，再由托梁傳給結(jié)構(gòu)柱，托梁和肩梁合起來呈“U”形，基礎部分是通過托梁將結(jié)構(gòu)柱荷載傳至肩梁，由肩梁將荷載傳給原地坪以下磚墻/放腳，托梁和肩梁合起來呈倒“U”形）。傳力路徑為：上部荷載→上部肩梁（圖1中肩梁1）→上部雙托梁（圖1中KL1）→新增鋼筋混凝土壁柱（圖1中KZ1）→基礎雙托梁

（圖1中DKL1）→下部肩梁（圖1中肩梁2）→原有基礎磚放腳→基礎→地基。

該方案的優(yōu)點一是托梁及柱施工時，在原有墻體肩梁處開設洞口，剩余墻體仍能滿足施工期間承受上部荷載的要求，僅需設置必要的臨時支撐承擔上托梁模板及混凝土重量即可，待其混凝土達到設計強度后，先拆除這些臨時支撐及模板，再自上而下拆除原有墻體時，無支撐等構(gòu)件干擾，便于施工，同時能節(jié)省費用，縮短工期；二是拆除過程中托換夾梁和托換柱承受上部荷載，安全可靠，能夠規(guī)避臨時支撐可能產(chǎn)生的安全隱患。故選擇方案3。

3 結(jié)構(gòu)計算及設計

確定方案后進行結(jié)構(gòu)計算。首先計算上部荷載，上托梁需要承擔其上五層墻體及粉刷的自重、二層樓面相鄰樓板直接傳至托梁的恒活荷載，其余三層至六層樓板及屋面?zhèn)髦辽喜繅w并經(jīng)其傳至托梁的恒活荷載。

上部墻體荷載：厚240mm，兩側(cè)粉刷按20mm水泥砂漿計，墻體自重為3.3×5×（20×0.24+20×0.02×2）=92.40kN/m。

樓面恒荷載：120mm厚預應力圓孔板，折算厚度按86mm，面層按30mm水泥砂漿，底部粉刷按20mm，吊頂荷載按10kg/m2計，則每層樓板傳至承重墻的樓板自重為3.6×（26×0.086+20×0.05+0.01）=11.69kN/m，取11.70kN/m。

屋面恒荷載：屋面找平、找坡、防水、保護等構(gòu)造做法及板底粉刷、吊頂總共按3.0kN/m2計，則屋面?zhèn)髦脸兄貕Φ臉前遄灾貫?.6×（26×0.086+3）=18.85kN/m。

按現(xiàn)行《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB 50009-2012），樓面活荷載為2.0kN/m2，屋面活荷載為0.5kN/m2，則：

樓面活荷載：3.6×2.0=7.2kN/m。

屋面活荷載：3.6×0.5=1.8kN/m。

綜上，上部結(jié)構(gòu)傳至托梁的恒荷載共計92.40+11.70×5+18.85=169.75kN/m，傳至托梁的活荷載共計7.2×5+1.8=37.8 kN/m。

原結(jié)構(gòu)圈梁高度為400mm，為保證肩梁能夠滿足傳遞上部荷載至托梁的要求，經(jīng)計算其斷面高度選用400mm，這樣托梁高度就確定為800，配筋從略。需要說明的是：下托梁需要將托換柱傳來的集中荷載較均勻的傳至其下的墻體及基礎，這就需要托梁有較大的剛度，因此托梁截面高度仍取800mm。肩梁下原有墻體經(jīng)驗算受力滿足要求，且原基礎梁、板剛度較大，地基反力和改造前接近[3]。

4 施工過程控制

為加快施工，施工時用早強灌漿料代替普通混凝土，施工工序也做了調(diào)整?，F(xiàn)場先開挖地坪處下托梁溝槽，然后在對應位置開肩梁的洞口，再拆除縱橫墻交接處的墻體，最后開上托梁處肩梁洞口。15軸靠B軸處原有一個門洞，此處縱橫墻交接處墻體是門洞過梁的支座，因此施工開始前在門洞過梁下做了臨時支撐。

施工中，先綁扎下托梁及其肩梁鋼筋，預留并固定好柱縱筋后澆筑下托梁及其肩梁灌漿料，然后綁扎柱子、上托梁及其肩梁鋼筋，安裝模板及其支撐，一次性澆筑成型

整個施工過程，除原門洞處臨時支撐外，僅在澆筑上托梁和柱時使用了模板及其臨時支撐。施工過程中，上部結(jié)構(gòu)重量仍由原墻體（含原門洞處臨時支撐）承擔，安全可靠，對上部使用幾乎沒有產(chǎn)生影響。待灌漿料達到設計強度后，托換結(jié)構(gòu)體系已經(jīng)能夠承擔上部結(jié)構(gòu)所有荷載，原有墻體拆除時不需要任何支撐，方便快捷[4]。

5 結(jié)束語

本工程工期緊張，同時要求施工不能影響上部建筑正常使用，經(jīng)比選分析采用混凝土框架托換方案；因地下水位較高，要求不能大開挖，設計時在地坪下設置托換夾梁，將上部荷載傳至地坪下的原結(jié)構(gòu)墻體上，將開挖深度控制在1.00m以內(nèi)，施工過程中僅發(fā)現(xiàn)有少量地下水滲出，對工程施工沒有影響。托換技術(shù)既擴大了使用空間，又能充分利用原結(jié)構(gòu)承受施工期間上部結(jié)構(gòu)重量，上部結(jié)構(gòu)安全比較容易保證，同時減少了臨時支撐的費用，縮短了工期。早強灌漿料的使用，對縮短工期更是起到了錦上添花的作用。

本文將方案比選、設計及施工過程進行了整理和總結(jié)，以供類似工程參考。