磚混建筑結構改造中托換梁加固技術研究

羅少華

（太原市龍城發展投資集團有限公司，山西 太原 030000）

0 引言

居民的生活水平逐步提高，對建筑功能的需求趨于多樣化，對既有磚混建筑結構的改造成為保障建筑安全、豐富建筑功能的重要方式。例如，將磚混建筑結構的部分空間改造為多功能廳或寬敞的客餐廳，以此來優化居住條件。但磚混建筑結構改造期間涉及到拆除作業，原結構受力條件發生改變，不利于建筑結構的穩定性，需采取加強支撐等防護措施。面對錯綜復雜的磚混建筑結構改造工程，需注重技術探索，確定適應于磚混建筑結構特點的加固技術。

托換梁加固技術是適應于磚混建筑結構特點的加固技術之一，應用廣泛、效果較佳，本文以某磚混建筑結構改造工程為例，從托換梁的設計技術和施工技術兩個方面對該技術進行分析，以期為類似磚混建筑結構改造提供參考。

1 工程改造要求與改造方案

1.1 工程改造要求

某磚混建筑結構，自建成以來已使用十余年的時間。建筑層高3.4m，設置鋼筋混凝土條形基礎，采用橫墻承重體系，配套構造柱和圈梁。根據屋主的改造要求，拆除南北方向客廳與臥室的橫墻，打通房屋與小客廳，開辟出更具寬敞性、功能多樣性的大客廳，以滿足屋主日常休閑、會客的需要。

明確屋主的改造要求：房屋建筑結構必須維持穩定，提供安全的居住環境；為避免客廳產生壓抑感，改造后客廳的凈高不宜過低；便捷施工，盡可能降低施工難度；在保證改造有效性的同時縮短工期；合理控制成本；減小房屋改造引發的不良影響，做到文明施工。

1.2 工程改造方案

以屋主的改造要求為引導，確定改造思路：改造采用型鋼托換拆墻的方法，針對原構造柱的尺寸做截面加寬處理，提升構造柱的穩定性；確定待拆除的墻體，于墻體上設置托換梁；墻體的荷載由新增的托換梁承擔，進而將荷載傳遞至兩側的柱子和墻體，再傳遞至基礎，建立“托換梁→兩側柱子和墻體→基礎”的良好傳遞路徑。改造時，針對基礎、托換梁、豎向承重構件采取加固措施，保證結構的穩定性。

2 托換梁設計技術的分析

2.1 托換梁的形式選擇

磚混建筑結構改造中，采用托換梁取代承重墻的結構優化方法。首先明確常見托換梁的形式，經過優缺點分析后，再結合本磚混建筑改造條件做出選擇。

（1）墻側夾芯梁托換形式的優缺點

墻側夾芯梁托換形式的優點：在保證原承重墻完整可靠的前提下澆筑托換體系，新澆筑結構的強度、剛度各方面均達標后，拆除原承重墻，此方式可保證施工安全，避免上部結構變形。

其缺點：施工難度高，需在頂板處開孔才可澆筑混凝土，振搗難度大，局部混凝土可能由于振搗不充分而缺乏密實性，埋下隱患；新澆筑部分側面夾芯梁與原結構的完整性不足，不利于荷載的高效傳遞，為保證新舊結構的穩定連接，需額外增設附加構造，導致工程量增加。

（2）墻下單梁托換形式的優缺點

墻下單梁托換形式的優點：荷載傳遞路徑清晰明了，結構受力穩定，僅需對建筑原基礎和柱子采取改造措施即可，作業難度低，施工效率高。

其缺點：承重結構的拆除時間需安排在托換體系澆筑前，由于承重結構提前拆除，易導致上部結構發生變形，因此需加強對結構受力和變形的監測，密切關注承重結構拆除后其它建筑結構的穩定狀態，及時采取控制措施。

（3）選擇分析

從本磚混建筑結構的調查結果來看，結構墻體未見明顯的變形和裂縫，配套的構造柱、圈梁等設施也保持穩定可靠的狀態，改造條件良好，因此采用便捷性優勢突出的墻下單梁托換形式，但需重點關注墻體上下貫通問題，要求上部墻體始終維持穩定。為此，在墻體中設置起臨時支撐作用的鋼支撐，用于維持上部墻體的穩定性；墻下單梁托換施工環節，按500mm的水平間距依次布設，再向孔洞內設置鋼支撐，在托換體系成型前承擔上部荷載，具體如圖1所示。

圖1 鋼支撐剖面圖

2.2 托換梁的參數計算

待拆除墻體承受源自于屋面、二層橫墻、二層樓面的荷載，荷載設計值取63.97kN/m，僅憑借圈梁無法滿足受力穩定性要求，因此采取加固措施。底層的層高僅為3.2m，以圈梁下方單托換梁的方法改造后，層高不足，業主日常居住中感到壓抑，缺乏可行性。針對該問題做技術優化，采用鋼梁對墻體進行托換，如圖2所示。

圖2 墻體托換示意圖

墻體拆除后，由布設在鋼梁上的5根臨時墊梁將上部荷載傳遞至鋼梁，托換梁體系成型后，切除臨時墊梁兩側多余的部分，形成規格合適的墊塊，協同發揮墊梁和鋼梁的性能優勢，保證承載的有效性。

托換結構體系的設計要點主要在于托換梁的參數計算，具體如下：

（1）上部墻體抗彎強度的驗算。墻體上部荷載經由托梁上的5塊墊塊傳遞給托換梁，墊塊屬于受力傳遞的重要設施，由于墊塊的間距較小，墻體用力傳遞的夾角以剛性角為主，因此無需驗算上部墻體抗彎強度。

（2）圈梁的驗算。通過5塊墊塊的布設，圈梁成為4跨連續梁結構，圈梁所受的剪力和最大彎矩得到有效抑制，墊塊在維持圈梁受力穩定性方面有重要作用。圈梁的驗算中，重點考慮正截面和斜截面的承載力、抗裂性能、撓度，計算結果顯示各方面均達到規范要求時，表明圈梁穩定可靠。

（3）墊塊強度的驗算。墊梁的跨度小，彎矩和剪力較低[1]。通過綴板焊接槽鋼，組成格構梁，格構梁的驗算結果顯示其達到規范要求。

（4）托換梁的強度計算。強度是評價托換梁質量的重要指標，須合理計算與設計。托換梁與框架柱端部的預埋鋼板焊接，圈梁與托梁間用5塊墊塊連接，根據此結構布置方式，計算時將托梁簡化為簡支梁，強度計算簡圖如圖3所示。

圖3 托換梁的計算簡圖

托換梁材料為Q235鋼材，計算過程如下：

托換梁所受的最大彎矩：

托換梁采用2槽鋼25a（W=540cm3）

式中：M

max——梁的最大彎矩；

W——梁的凈截面抵抗矩；

γx——截面塑性發展系數；

f——材料強度設計值；

τ——梁的剪應力；

FQmax——梁的最大剪力；

h——梁的截面高度；

t——型鋼的厚度；

u——撓度；

P——集中荷載；

l——梁的跨度；

E——型鋼的彈性模量；

I——截面的軸慣性矩。

按上述方法計算，結果顯示托換梁的強度和剛度均達標。

3 托換梁施工技術的分析

3.1 施工要求

（1）保證地基基礎的強度和剛度。本磚混建筑結構采用的是墻下條形基礎，改造后局部承重墻由框架柱替代。條形基礎由原本的均布線荷載轉變為局部集中荷載，受力條件改變[2]。為此，采取如下技術措施：嚴格校核基礎的強度和地基的承載力，針對不滿足受力要求的部分采取局部加固措施；利用內框地梁將源自于內框柱的集中力轉化為均布荷載，避免條形基礎部分區域受到過強的作用力。

（2）保證建筑結構的抗震性能。從地震條件的結構振動特性來看，新增內框架與既有磚混結構存在顯著區別。同時，為改造出寬敞的大客廳，對部分墻體做拆除處理，迫使建筑水平向剛度降低，遇地震時面臨諸多隱患。因此，對鋼筋混凝土內框架做優化設計，使其側向剛度與待拆除磚墻的側向剛度基本一致。

（3）協調施工順序。按照“改造基礎→設置內框架地梁→設置內框柱及其頂梁”的基本流程有序施工。內框架梁柱施工成型后，安排質量檢驗，達到設計要求則按自上而下的順序拆除舊墻體。

3.2 施工流程

基礎鋼筋綁扎和澆筑混凝土→新柱鋼筋及預埋件的綁扎，混凝土澆筑→剔除圈梁下洞口→布設臨時墊梁、設置支撐→拆除圈梁下墻體→布設托換梁→焊接梁端墊塊→拆除臨時立柱→確定墊梁多余部分并切除→焊接托換梁和墊塊。

3.3 施工技術要點

（1）支架的搭建與拆除。立柱施工現場地面需平整、穩定，于立柱底下布設墊塊，用于分散立柱傳遞的荷載，避免局部過度集中受力。立柱布設到位后呈豎直狀態，不可失穩。立柱底部用木楔預緊，上部以焊接的方法臨時連接墊梁。立柱間設置雙向水平支撐，端部設剪刀撐，共同維持立柱的穩定性。托換梁成型后，按先中間、后兩端的順序拆除支架，拆除后的構件分類堆放到位。經過支架的拆除作業后，上部荷載將有效傳遞至托換梁，建立穩定可靠的受力傳遞路徑[3]。

（2）混凝土澆筑。新施工的結構尺寸小，需嚴格控制混凝土的坍落度，以較大坍落度的細石混凝土為宜，此材料的澆筑效果較佳；水泥選用普通硅酸鹽水泥，注重混凝土的早期強度；按配合比稱量原材料，做充分的拌和，保證原材料分布的均勻性；混凝土拌和后及時澆筑，澆筑期間加強振搗，減少混凝土內部的空隙，提高密實度。

（3）墻體的拆除。臨時支撐施作成型后用木楔頂緊，在確認無安全隱患的前提下方可組織墻體的拆除作業。拆除前，沿墻體長度方向每間隔1m設置一處道槽，以開設道槽的方法將原本完整的墻體劃分為多個小墻肢，以免由于拆除的振動作用而威脅到建筑物的穩定性。墻體的拆除按照先中間、后兩端的順序依次進行，拆除人員注重安全防護，合理控制拆除速度。墻體拆除分多個批次逐步完成，避免墊梁由于瞬間受力而產生異常。

（4）托換梁的設置。根據設計圖紙確定托換梁的布設位置，做好標記，作為托換梁位置控制的參照基準。托換梁架設環節，加強對水平度、垂直度、高程等指標的檢測與控制[4]。托換梁設置成型后，將其與柱頂及柱側墊板做焊接處理，建立穩定可靠的連接關系，使托換梁有足夠的穩定性。支架拆除后，確定墊梁的多余部分并將其切除，再與托換梁連接至一體，確保布設到位的墊塊位置準確且穩定可靠。

3.4 施工注意事項

施工作業嚴格按照設計方案進行，施工期間加強監控，及時發現問題并處理，從而保證舊房改造的有效性。工程施工中應注意如下事項。

（1）按照流程有序施工。例如由下而上設置內框架，自上而下、先中間后兩端有序拆除墻體，施工期間加強安全防護，避免由于房屋改造誘發安全事故[5]。

（2）內框梁、柱混凝土澆筑環節，注重混凝土的科學拌和和澆筑期間的有效振搗。例如內框頂梁的施工宜采用膨脹細石混凝土，拌和采用的水泥、砂石等各類原材料均要達到質量要求，澆筑時輔以振搗措施，振搗遵循“快插慢拔”的原則，充分提高混凝土的密實度。

（3）內磚墻和板內側的抹灰層用水和刷子清理干凈，再新澆筑混凝土，確保新澆筑的結構與墻體及板面穩定結合至一體，利用構成的完整結構高效傳遞荷載，維持建筑結構受力的穩定性。

（4）在承重墻上開鑿孔洞時，禁止連續開鑿同一塊墻體，原因在于此開鑿方式易導致墻體松動，適宜的方法是隔段有序開鑿。

（5）磚混建筑結構改造及加固期間必須加強對墻體、樓板的監測，根據實測結果判斷施工現場的安全狀況和質量狀況，視實際情況采取針對性的控制措施，確保各項改造活動均在安全的前提下落實到位。

4 結束語

綜上所述，磚混建筑結構的改造是依托既有建筑資源進行居住品質提升的重要策略，可滿足屋主對建筑大空間、高品質的要求。針對磚混建筑結構的改造，通常采用托換改造的方式，以便發揮出效率高、效果好、成本低的優勢。作為施工單位，可考慮托換梁改造的技術策略，并在施工期間采取加固措施，優化受力分布狀態，維持建筑結構的穩定性，營造安全的工程施工環境和用戶使用環境。