對既有砌體房屋改造大開間結構設計的探討

摘要：本文討論了兩類既有砌體房屋大開間改造工程——“墻承重改為梁承重”和“形成局部底部框架磚房”的設計，分析了結構計算的內容和設計方法，并提出了加固補強的途徑。

關鍵詞：既有砌體房屋;大開間;改造加固

近年來，業主對既有砌體房屋改造成大開間的需求日益增多，有的為改善辦公條件，將兩個小開間和并為大開間;有的拆除多道墻體，將住宅、辦公樓等局部改為較大空間的公共建筑;特別是沿街的民用房屋，將底層部分區域改變使用功能，改造成銀行或通信公司營業廳。

這些改造是通過梁托換技術，拆除部分承重墻實現的，改變了原砌體房屋的結構體系和荷載傳遞途徑，盡管已經有許多工程竣工，但在改造過程中存在設計概念不明確、計算內容不全面等缺陷，留下了安全隱患。本文就此類改造工程的結構體系進行分析，并提出設計和施工方法的建議。

1、改造工程的結構體系

這些改造工程從形成的新結構體系來看，可以分為兩類：（1）僅在頂層拆除部分墻體，或是由上及下連續拆除相同軸線的墻體，用混凝土梁托換，梁只承擔本層的樓面荷載，形成磚墻和梁混合承重的結構體系;（2）僅在底層拆除部分墻體，混凝土托換梁不僅承擔本層樓面荷載，而且承擔上部樓層的墻體形成局部底部框架磚房。

圖1所示的某病房樓，為6層磚混結構，因需要10個面積較大的病房，業主提出將5～6層的②、④、⑥、⑧、⑩軸線墻體的A.B段全部拆除。

圖1某病房樓的改造平面示意圖

拆除這些承重墻，應用混凝土梁進行托換，形成新的磚混結構體系。托換梁可以通過加固圈梁來設置，加固方案有兩種：①直接加大圈梁截面高度（圖2a），擴大部分箍筋與原箍筋焊接;②在圈梁兩側設置雙梁形成Ⅱ形截面（圖2b），h可取1/12—15，兩側梁通過混凝土銷鍵相連，銷鍵截面150×150，間距500。

兩種方案相比，前者結構概念明確，施工方便但原圈梁箍筋常為φ6@200，斜截面承載力受到很大限制;后者雖然施工比較復雜，但截面高度比前者小，更容易滿足凈空高度的要求，而且箍筋為4肢箍，斜截面承載力容易保證，因此當開間較大或樓面荷載較大時，宜優先選用后者方案。

圖2 托換乘

圖3所示某沿街辦公樓，為5層砌體房屋，位于7度設防烈度區，橫墻承重，樓板現澆。由于底層①軸.⑤軸出租給某農業銀行作營業廳，業主提出拆除②、③、④軸橫墻和B、C軸縱墻的①.⑤區段，以滿足大空間的功能要求。

圖3某辦公樓局部大空間改造平面圖

僅底層拆除墻體，可以采用局部框架托換體系直接在磚墻上剔槽澆筑框支柱JZl，因為③軸墻體設有構造柱，可以將馬牙槎剔除，周圈擴大截面形成JZ2（見圖4）。為了滿足凈空高度的要求，L和J均可采用Ⅱ形截面（圖2b），h≥1/10;框架托換體系不僅承擔2層樓面荷載，而且承擔上部墻體傳遞的荷載，整個房屋成為“局部底部框架磚房”。

圖4底部框架梁柱與抗震墻截面

2、結構設計

房屋改造設計時，應保證有明確的承重體系和合理的荷載傳遞途徑，新體系應滿足結構布置的一般規定。計算時應按現行設計規范確定荷載，按照新結構形式和構件截面計算荷載效應。

2.1托換結構的驗算

圖1工程，5層～6層荷載傳遞途徑變為：

計算時托換梁取兩端鉸接模型，只承擔本層荷載。圖2（a）類型的托換梁，直接按250×h矩形截面驗算承載力和變形，并取圈梁混凝土強度等級和箍筋配置數量;如果該位置沒有圈梁，直接按新矩形截面梁計算;圖2（b）類型的托換梁，可仍按300×矩形截面驗算承載力和變形，原圈梁作為安全儲備。

托換梁端部與縱墻的圈梁或構造柱連接，鋼筋采用化學植筋的方法錨固。縱墻需進行局部承壓驗算，必要時應設梁墊，見圖2（c）。

圖3工程，應按“底層框架磚房”計算新體系的荷載效應，新增框架不僅承擔豎向荷載，還和剩余的磚墻共同承擔水平地震剪力。截面驗算時，托換梁仍按300×h矩形截面計算，框架柱按環形截面計算，不考慮原圈梁和構造柱的作用。

2.2其他構件的驗算

磚混體系中，由于荷載和傳遞途徑的改變，勢必改變相關構件的設計內力，托換梁兩端縱墻及其基礎的豎向荷載效應都有所增加;底部框架磚房底層剩余墻體的水平地震剪力，柱下基礎的豎向荷載效應也有很大改變，應驗算這些構件的承載力，必要時采取加固措施。

表1兩類改造工程相關構件的內力改變

構件內力

改造前（kN）

改造后（kN）

增大（%）

磚混體系

5層A②窗間墻豎向軸力

280.99

424.18

51

5③層軸A-B墻橫向地震剪力

80.90

96.12

19

A-②窗間墻基礎豎向壓力

846.83

1089.16

29

底部框架磚房

底層A-⑧窗間墻縱向地震剪力

100.43

127.07

27

底層①軸A-B墻橫向地震剪力

244.39

330.10

35

③-B框支柱基礎豎向壓力

1351.97

1646.54

22

2.3構件加固

砌體房屋設計多為條形基礎，改造為磚混體系后某些區段豎向壓力增大，可采用局部加大基礎寬度的加固方案，見圖5（a）;改造為底部框架體系時，宜按柱下獨立基礎進行驗算。若原建筑物為鋼筋混凝土柔性基礎，可以同時擴大基礎底面積和基礎高度，以滿足抗彎驗算和抗沖切驗算，見圖5（b）、（C）;當基底配筋不易滿足承載力要求時，或原建筑物為剛性基礎時，加固時應采用柔性基礎方案。

圖5基礎的加固

墻體砂漿設計強度一般為M2.5～M5，建造時間早的建筑物，砂漿的實際強度更低，因此結構驗算中經常遇到兩個問題：（1）去掉部分墻體后，各層剩余墻體的地震剪力明顯加大，容易造成門窗洞口間墻段抗震承載力不足;（2）不滿足底部框架磚房“底層抗震墻砂漿強度不低于MIO，過渡層砂漿強度不低于M7.5”的構造要求。

解決這兩個問題，關鍵是提高墻體的抗震能力通常采用雙面加鋼絲網的方法加固墻體，鋼絲網不小于聲4@250，穿墻拉接筋不小于聲4@1000，并呈梅花型布置。

2.4施工措施

房屋改造需制定合理的施工方案和施工順序應先加固基礎，再加固剩余墻體，澆筑梁和柱，待混凝土到達設計強度后拆除墻體。新舊混凝土的結合面應鑿毛，清理干凈并充分濕潤后，刷界面劑，然后澆注新混凝土。拆除墻體，應從頂層依次向下進行采用圖2（a）的方案加固時，應分段進行，也可以做好支撐后，整體澆筑。各層支撐應做整體穩定性驗算，并上下對齊。

3、結語

多層砌體房屋改造成局部大開間，設計前應對既有建筑物進行安全鑒定，并出具可靠的鑒定報告改造設計時，應首先對改造后的結構方案進行分析，看是否滿足新結構體系概念設計的一般規定結構計算時，按照新的結構形式和構件截面計算荷載效應，并按材料的實際強度和配筋狀況驗算承載力和變形。由荷載的增加、傳遞途徑的改變以及按新規范計算時帶來的其他構件承載力不足時，應進行加固補強。