某老建筑木結構的托梁抽柱設計

李興甲

【摘要】某老建筑因使用要求，需抽掉支承樓面木主梁的木柱，形成大空間。通過設置鋼桁架抱住木主梁，并設置鋼筋混凝土附壁支承柱，成功實現托梁抽柱。本文可供類似改建工程結構設計時參考。

【關鍵詞】木結構；托梁抽柱；鋼桁架；附壁支承柱

1、概述

寧波市江北老外灘—老建筑，現為一私人會所，無相關設計施工資料，建于何年也不詳，但根據寧波市老外灘的歷史，使用時間應有近百年。該建筑為三層，二、三層樓面結構平面圖如圖1。墻體采用青磚、石灰砂漿砌筑，墻體厚度為240mm厚，雙面采用石灰砂漿粉刷。②、④、⑤軸樓面主梁為100mm×280mm方木，主梁下等間距設置二根φ140mm圓木柱，主梁上設有方木次梁，次梁上鋪木地板；②、④、⑤軸屋面為三角形木屋架，木屋架上設有方木檁條，檁條上為木望板，木望板上為小青瓦屋面。從現場情況看，木頭質量較好，無白蟻、腐爛、開裂等現象，木結構仍能正常使用。現業主要求將②、④、⑤軸上的二根圓木柱取消，進行托梁抽柱，形成大空間。

2、托換梁的設計

業主要求托換梁要輕巧，且不要降低太多的凈高。采用鋼筋混凝土托換梁，截面尺寸相對較大，與木結構連接也不好處理；混凝土與木頭長期接觸，若處理不當，可能

會影響木結構壽命；同時，鋼筋混凝土梁施工也不方便；因此，采用鋼筋混凝土梁的方案被否決。最后決定采用如圖2所示的鋼桁架托換方案，得到了業主的認可。100mm×

角鋼L75mm×50mm×6mm緊貼樓面木主梁的二側，二根角鋼之間用M16螺桿拉結，角鋼與方鋼用二根50mm×6mm鋼板綴條焊接連接。該鋼結構桁架僅占用100 mm凈空，外觀輕巧、美觀，且施工方便。

下面來說明鋼結構桁架的計算。取如圖3所示的計算簡圖，上弦桿為二根角鋼

L75mm×50mm×6mm短肢相拼，上弦桿為100mm×100mm×6mm方鋼，腹桿為二塊50mm×6mm鋼板，腹桿兩端與上下弦桿按鉸接考慮；作用在鋼桁架上的荷載按均布荷載考慮，樓面恒載取1.5KN/m2，，則q恒=5.7KN/m，樓面活載取2.5KN/m2，則a活=9.5KN/m；桁架的高度取上下弦桿的形心之間的距離，即H=380-50-12.1=317.9 mm。根據計算內力，上弦桿按壓彎構件計算，下弦桿按拉彎構件計算，腹桿按軸心受壓或受拉桿件計算，經計算各構件的強度和穩定性均滿足要求。根據腹桿的拉力或壓力，計算腹桿與上、下弦桿的連接焊縫。經計算鋼桁架的撓度為12.6mm，小于L/400（為14mm）。

3、鋼桁架支承柱及其基礎的設計

考慮到原墻體無構造柱、圈梁，且使用時間已較長，故鋼桁架另設支承柱，柱下另設基礎，將鋼桁架承受的荷載直接傳給地基土。支承柱采用鋼筋混凝土柱，斷面300mm×300mm，混凝土柱與墻體交接處，將墻體粉刷鑿除并鑿成馬牙槎，混凝土柱與墻體之間設拉結筋；這樣，支承柱還可兼做附壁構造柱，起到對墻體的加固作用。具體如圖4。

根據鋼桁架傳下來的荷載，支承柱下新設置鋼筋混凝土基礎，新增基礎平面圖如圖5；基礎厚度取500mm，既可滿足基礎臺

階寬高比不大于2.5，也可滿足附壁支承柱縱筋在基礎內直錨段長度大于20d。

由于施工場地小，很難實施現場攪拌混凝土和泵送混凝土的施工，故支承柱和新做基礎均采用H40無收縮自流平灌漿料，保證了質量也減少了對周邊環境的影響。

4、托梁換柱的施工要求

托梁換柱應要有合理的施工順序和必要的措施來確保安全。施工順序應按以下要求進行：第一步，施工新加的基礎。第二步，加工鋼桁架。由于本建筑為木結構，宜避免在室內加工，以防火災；為保證鋼桁架尺寸準確，加工前應實地測量建筑的平面尺寸和各木主梁的截面尺寸。第三步，自下而上茌二層和三層樓面木次梁下設置牢固的臨時支撐，使樓面木主梁卸載。第四步，從上而下拆除二根圓木柱，并觀察臨時支撐的受力和變形情況，確保支撐安全。第五步，綁扎一層支承柱鋼筋，澆筑一層支承柱灌漿料，安裝二層樓面鋼桁架。鋼桁架應盡量頂緊樓面木主梁，木主梁底部和兩側與鋼桁架接觸處，采用結構膠將縫隙填實，并通過螺桿將木主梁抱緊。第六步，綁扎二層支承柱鋼筋，待一層支承柱灌漿料澆筑48小時后，澆筑二層支承柱灌漿料，安裝三層樓面鋼桁架。鋼桁架與木主梁連接要求同二層樓面。第七步，綁扎三層支承柱鋼筋，待二層支承柱灌漿料澆筑48小時后，澆筑三層支承柱灌漿料至屋架下弦底。第八步，待支承柱灌漿料達到齡期后，從上往下逐層拆除臨時支撐。第九步，對鋼桁架進行防銹、防火處理。

結語：

通過設置鋼桁架抱住木主梁，成功完成了托梁去柱，施工簡單，基本不降低房屋凈高。采用鋼筋混凝土柱既解決了鋼桁架的支承問題，又增強了外墻的整體性和穩定性。該工程改造竣工并投入使用已五年，使用情況良好，得到業主的好評。