某磚混結構建筑加固設計研究

吳正成

(福州市建筑設計院 福建福州 350011)

0 引言

磚混結構由于造價低、施工難度低、剛度大，在早期房屋結構中被廣泛采用。隨著社會經濟的快速發展和居民生活水平的不斷提高，人們對原有建筑的安全性、功能性和舒適性提出了更高的要求。

磚混結構建筑普遍存在開間與進深的局限性，恰是這個局限性對當前的磚混結構建筑的加固改造帶來一些麻煩。例如，較為常見的底層小開間或者小進深的宿舍、辦公室、儲物間等改造成商鋪、大廳這種對使用空間要求比較大的結構體系。對于此類建筑的加固，由于需要移除底層部分承重墻體以獲取較大使用空間，通常采用增加內框架梁柱的托換方法，將原磚混結構體系轉變為磚混-內框復合結構體系。通過改變主體結構的傳力途徑，從而達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、梁與加固后的構造柱及梁形成共同受力體系，達到墻體框式托換目的，在滿足功能改造要求的同時，又能較大程度地減少對原結構改變。

1 工程概況

福州長樂市某一座磚混結構農村信用社，約建于1985年。一層層高4.2m，二至四層層高均為3.3m，結構主體高度14.1m，高寬比1.33。主要承重墻體為240mm厚實心黏土磚墻，一層最大抗震橫墻間距6.9m，采用現澆鋼筋混凝土梁板，各層承重墻體頂部均設有閉合圈梁，縱、橫墻交界處及大梁兩端設有混凝土構造柱，基礎采用毛石條形基礎。一層主要使用功能是辦公室和營業廳，二層到三層是辦公室及員工宿舍，四層是雜物間和會議室，屋面為上人屋面。

采用貫入法檢測砌筑砂漿抗壓強度，一層、二至四層磚墻等構件現齡期砂漿抗壓強度推定值分別為1.5MPa、1.4MPa。采用回彈法檢測砌筑磚抗壓強度，一層、二至四層墻體磚塊強度推定等級為MU10.0。二至四層梁構件經齡期修正后現齡期混凝土抗壓強度推定值為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

工程改造前對原結構進行全面的安全性檢測鑒定，經鑒定該結構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、各測點位移及基礎沉降均滿足結構安全性要求[1]。

現業主提出需拆除首層(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，將原設于二層的混凝土金庫待一層混凝土金庫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行封堵。

圖3 改造后一層平面圖

2 改造后結構受力分析

2.1 計算模型

采用PKPM結構計算軟件對改造后的房屋進行承載力及抗震性計算，砌筑砂漿抗壓強度與實心磚抗壓強度取值按實測值，混凝土梁抗壓強度取C20。依據《砌體結構設計規范》(GB50003-2011)[2]確定該房屋的靜力計算方案為剛性方案。該工程為Ⅱ類場地，抗震設防烈度為7度(0.1g)，基本風壓0.7kN/m2，地面粗糙度為C類。板面恒載，根據板厚及裝飾裝修荷載取值，活載根據房間的使用功能不同分別取值：辦公室、宿舍、會議室取2.0kN/m2，樓梯間取3.5kN/m2，金庫取10kN/m2，上人屋面取2.0kN/m2，不上人屋面取0.5kN/m2。

2.2 計算結果分析

經計算，改造后的結構二至四層承重墻體整體穩定性、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范要求。二層(1/A)-(1-6)軸梁經計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，改變原有結構傳力途徑，使得上述部位原二層圈梁形成抬墻梁，墻端構造柱形成轉換柱，承載力及抗震性不滿足要求，應進行加固處理。(4-6)-(A-D)軸原構造柱，由于承重墻拆除形成轉換柱,導致原墻下條形基礎不能滿足承載力要求，需要進行局部加固處理。依據《建筑抗震鑒定標準》1.0.4及1.0.5條，該結構單元后續使用年限為30年，屬A類建筑，加固改造的抗震設計應符合A類建筑抗震鑒定要求[3]。

3 房屋加固設計方案

3.1 上部結構加固

采用托換技術，在需拆除的承重墻頂圈梁兩側設置托換梁，待托換梁混凝土強度達到設計強度后拆除承重墻，使板面荷載傳遞到托換梁，再通過托換柱傳遞到新增基礎[4]。這種方法較先加臨時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)軸設有構造柱，拆除承重墻后對構造柱采取增大截面加固處理方式[5]，(4)-(A)軸構造柱，由于建筑外立面造型影響，采取增大截面室內一側柱截面，(5-6)-(B-D)軸局部新增框架柱、框架梁，形成內框架結構。新增托換柱及框架柱下設立獨立基礎及地基梁。對拆除樓梯后的樓板進行封堵，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增大原周邊墻體及基礎的受力。拆除樓梯前先對原二層金庫卸荷，同時對上部金庫部分樓板做好相應支撐，待新增梁柱混凝土強度達到設計要求后，先拆除樓梯間分隔墻體頂部20mm內的承重墻，同時監測相應樓板及新增梁有無變形及開裂情況，在無異常情況下繼續拆除下部剩余墻體。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

進行托換前，先進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度為C25細石混凝土填充密實，在混凝土強度滿足設計要求后再拆除圖示中斜線陰影部分墻體。拆除過程，輕敲慢擊，禁止采用大錘或風鎬；剔鑿時，避免破壞剔鑿區域以外的墻體。在樓面板靠近墻體兩側鉆灌漿孔，孔徑100mm，間距約800～1000。為防止出現安全事故，開孔之前對相應部位樓板加設臨時支撐。在斜線陰影墻體范圍設置鋼筋混凝土連接鍵，將兩側托換梁相連接，使托換梁與圈梁形成一個整體受力體系。灌漿使用二級配混凝土，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。待加固構件混凝土強度達到設計要求后，先拆除托換梁底20mm范圍內的承重墻，同時監測托換梁有無變形及開裂情況。在無異常情況下，繼續拆除下部剩余墻體。托換梁、托換柱截面及配筋通過計算確定。

圖6 墻體托換大樣

由于底層內部拆除多道承重墻體，并在局部墻體開設門洞，造成底層側向剛度減少，抗震性能較改造前明細削弱，故對改造后底層封堵的洞口及原結構簡易封堵的洞口進行加固處理，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，及時清除孔內雜物，安設錨固鋼筋。堵砌用磚砌體強度等級≥MU10;砂漿強度等級高于原砌體砂漿一級，且≥M5[2]。新舊砌體接縫及孔洞處，用砂漿灌嚴。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。對原結構(4)-(B-D)軸墻體開洞，洞口周邊應采取加固措施。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，改變了原有結構傳力途徑，導致原墻下條形基礎受力發生改變，托換柱及新增框架柱下條形基礎承載力不滿足計算要求，需進行加固處理。

對此，首先先鑿除柱底原有基礎表面風化疏松面層，然后對較堅實的基層表面進行鑿毛處理，并及時清理干凈，最后按設計要求植入鋼筋，澆搗混凝土。局部基礎加固如圖9所示。

圖9 局部基礎加固平面及大樣

4 結語

該加固改造工程涉及改造項目較多，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加固等。由于改造過程拆除承重墻體對原結構受力體系影響較大，因此在制定加固改造方案時特別注意以下幾個方面:

(1)改造后結構的傳力途徑應簡潔、明確，新增托換結構構件應滿足承載力要求。

(2)新舊結構構件之間應采取可靠的連接措施，形成整體受力。

(3)施工過程應避免對改造外的結構構件產生破壞。

(4)墻體拆除的同時應密切監測相應樓板及新增受力構件的變形及開裂情況。

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