歷史風貌建筑——美國兵營保護性加固與結構更換分析

□文/喬小明 高志強 高象軒

1 工程概況

美國兵營坐落于和平區煙臺道與大沽北路交口，主體約建成于1913年，磚木結構，屬于天津市歷史風貌建筑。由于建筑物較久遠且在不同時期均經歷過自然災害等因素影響，為避免因其自身結構和外界環境因素影響建筑的使用壽命，故需對該建筑進行全面修繕。

該建筑內部結構已幾乎全部拆除，僅剩外墻和內部木梁，整體結構存在安全隱患，為保證修繕施工安全，需將外墻臨時加固穩定，做好全面的保護排險工作。在修繕中需要進行地基基礎加固和主體結構更換，地基基礎加固是結構加固的重要前提，而主體結構更換則是將原有木結構更換為鋼筋混凝土框架結構。

2 外檐墻體保護排險方案

建筑除外圍墻體和中部的內橫墻及木梁被保留外，其他所有室內墻體均已被拆除。在內部木框架保留狀態下，對現有結構的受壓承載力、抗剪能力進行驗算，結果顯示其受壓承載力、受剪承載力不足，需增加外圍保留墻體的整體穩定性，以確保施工過程安全。

原有設計方案擬采用新加鋼結構進行外圍墻臨時加固，根據現狀及工期要求并經過多次對比論證，一致認為采用安德固腳手架比新加外圍鋼結構保護體系結構更為適用本工程。

1）安徳固腳手架施工方便，架體靈活，搭拆快捷，可以縮短工期。此工程屬于天津市重點工程，工期十分緊迫，采用鋼結構保護體系施工周期較長，而安徳固架體則可以將外檐墻體加固時間縮短到最低，適用于工期緊迫的工程。

2）安徳固腳手架能夠適用現有場地施工，不需要占用較大場地。現場場地狹小，工作面有限，使用安徳固腳手架不需占用較大場地，可以滿足現場施工要求。而鋼結構體系則需要較大的工作面，在現場場地有限的條件下不能滿足施工要求。

3）安徳固腳手架對墻體加固方式靈活，不會對原墻體產生破壞。安徳固架體由外徑為48mm的桿件組成雙排及三排架為主體結構的外墻架并且在原建筑窗口四角部位伸進水平鋼管，對窗間承重墻體形成“環箍”，提高其內外兩個方向的抗側能力，所有與墻體連接均采用“箍、夾、背”的方式進行處理，以達到了保護墻體穩定性的目的。而鋼結構保護體系整體較為笨重，施工搭設時也容易對墻體產生磕碰等破壞。

4）安徳固腳手架穩定性強，能夠形成內外整體網架。安徳固腳手架使用的鋼管采用Q345B低碳合金鋼材質，架體由外徑為48mm的桿件組成雙排及三排架為主體結構的外墻架，形成內外整體網架。與鋼結構相比，同樣也能產生較強整體穩定性。

5）安徳固腳手架不需要特殊地基基礎處理。由于此工程工期緊迫而且施工現場條件有限，若使用鋼結構體系需要進行基礎處理，現場無法進行，而且鋼結構基礎施工影響整體施工進度。使用安徳固腳手架可以避免因基礎處理而影響工期。

6）安徳固腳手架不需要電氣焊等組裝，避免引起木結構火災發生，有效保護古建筑。

7）安徳固腳手架搭設不受冬季施工影響，適用冬季施工。此工程施工正處于冬季，搭設鋼結構體系將產生極大影響。而安徳固架體施工不受季節影響，能夠正常的進行施工。

新加外圍臨時支撐安德固腳手架結構主要起到保護原有建筑外墻，提高墻體的抗側向穩定性和整體抗傾覆能力，提高豎向承載力，同時提高其抵抗后續內部新建結構施工時可能對原建筑墻體產生的各種不利影響的作用。

3 新結構基礎施工的難題

由于原有的木結構需要替換為鋼筋混凝土框架結構，在進行內部框架施工前，經計算需打樁進行地基加固。考慮到工作面不足、新結構替換原有木結構困難，需要采用小型打樁機進行施工。打樁前面臨著外墻不穩定且增加基礎土體的擠壓力等難題，經過多位專家論證，基礎采用高壓旋噴樁進行地基加固。

在滿足框架承載力并不影響外墻結構的前提下，設計出符合要求的樁體數量、位置及尺寸。施工中嚴格按照圖紙的要求控制，由于打樁過程中會令基礎土體擠壓力增大，土體會有拱起情況，所以在整個施工過程中做好外墻監測，防止因打樁對墻體造成損壞。

4 鋼筋混凝土框架結構代替木結構

由于原有木結構歷經百年，經實地考察建筑內部木結構已經腐蝕較嚴重，尤其在探挖基礎時發現首層根部已經全部腐爛。這些木結構已經完成其自身的作用，若再進行使用將無法繼續保證其承重效果。

如今建筑的抗震要求較高，尤其是做為歷史風貌建筑的美國兵營更需要較強的抗震體系。若使用原有木結構將無法滿足目前規范的抗震要求。

鋼筋混凝土框架結構在結構上能承受較大的荷載，能抵抗木結構無法承受的壓力、剪力、彎矩等并有較強的結構穩定性。在抗震方面，鋼筋混凝土框架結構能夠滿足地震引起的作用力并可以根據當地的地震等級調節鋼筋混凝土的抗震等級。

考慮到此建筑的重要性，對于防火要求也很高，原有木結構為易燃體，使用鋼筋混凝土結構能避免諸多危險事件的發生，給使用者帶來安全性保障。所以采用鋼筋混凝土框架結構代替木結構作為新建筑的承重體系，可以令美國兵營更長久地佇立。

整個美國兵營全部依靠原有木結構作為水平與豎向支撐體系，承受大部分荷載，拆除木結構前要考慮結構整體的穩定性。木結構也做為外墻的支撐連接結構保護著外墻的穩定性，原有木結構每層均與外墻連接，施工時若將木結構全部拆除將對外墻的穩定性造成相當大的影響，所有需要逐層拆除逐層施工。

原有木結構拆除前必須將整體木結構支撐牢固，新支撐架體采用扣件式鋼管腳手架支撐。

由于外圍護墻體存在，使得工作面較狹窄且施工中安全隱患較多，拆除木結構需要克服工作面問題和施工安全隱患問題。拆除原有木梁木柱要按照順序及安全操作規程進行施工，拆除時注意支撐架體的穩定性，嚴禁對支撐架體產生破壞。木梁木柱拆除后應逐一檢查支撐架體的整體性和穩定性，保證施工安全正常進行。

新建鋼筋混凝土框架結構還應避免結構沉降對外墻產生豎向拉應力，經過研究需要將內部新建鋼筋混凝土框架結構與原有磚墻采用銷鍵形式進行軟連接。

新建鋼筋混凝土框架與原有外墻應為兩個單獨體系，沉降量不一樣，施工時既考慮與原有外墻在結構上不產生連接，又要增強原有外墻的穩定性，故在新建鋼筋混凝土樓板周邊與原有外墻之間埋設直徑為8mm的一級光圓鋼筋進行軟連接，在鋼筋混凝土框架梁端部與原有外墻連接處以銷鍵形式進行軟連接，連接鋼筋直徑為10mm一級光圓鋼筋并在四周連接處留有后澆帶，待鋼筋混凝土框架與外墻全部沉降完成后將后澆帶施工完成。這樣既能因內外結構軟連接在橫向對原有外墻增加一定的穩定性，又不會因新建鋼筋混凝土框架結構的沉降對原有外墻產生豎向拉應力造成外墻的破壞。

5 結語

從事歷史風貌建筑修繕施工管理，應積極致力于施工中新材料、新技術、新工藝的應用，善于鉆研，敢于探索，有創新精神。美國兵營歷史將近百年，保持建筑原貌的前提下需要對建筑的結構穩定性和抗震性能進行增強，經過此次施工可以全面解決美國兵營的結構穩定性和抗震性能，提高安全使用功能的同時也按照原始資料將此歷史風貌建筑的原貌一一恢復，充分做到“修舊如舊”。