多層砌體結(jié)構(gòu)底層承重墻托換加固設(shè)計(jì)及施工

傅建邦

中國(guó)二十冶集團(tuán)有限公司 上海 201900

1 工程概況

某公司辦公樓建于20世紀(jì)90年代初，為六層磚混結(jié)構(gòu)，橫墻承重，預(yù)制樓板。底層層高3.90m，二至六層層高均為3.30m。因業(yè)務(wù)需要，一道承重墻拆除形成大空間。

經(jīng)查原始圖紙及維保記錄，需要拆除結(jié)構(gòu)和原設(shè)計(jì)圖紙一致。加固設(shè)計(jì)工作開(kāi)始前，按規(guī)定進(jìn)行了相應(yīng)的鑒定工作，本工程原結(jié)構(gòu)完好。

根據(jù)使用要求，改造施工過(guò)程中不能影響該辦公樓其他區(qū)域正常使用[1]。

2 方案比選

因本工程擬拆除的墻體為承重墻，承受其上5層的墻體重量及各層樓板傳至墻上的荷載，受力較大，且拆除及加固施工不能影響上部正常使用，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，采用托換技術(shù)比較合適。

托換技術(shù)的基本思路是通過(guò)結(jié)構(gòu)托梁承擔(dān)上部荷載，托梁將上部荷載通過(guò)在原縱橫墻交接部位增設(shè)的壁柱傳至基礎(chǔ)。本工程因托換位置位于底層，如果將增設(shè)的壁柱直通至基礎(chǔ)，傳力路徑是最合理的，壁柱及基礎(chǔ)混凝土用量也是最經(jīng)濟(jì)的。但查原始圖紙發(fā)現(xiàn)，原基礎(chǔ)底標(biāo)高-2.10m，基礎(chǔ)底板厚0.3m，另?yè)?jù)調(diào)查本工程地下水位在±0.000以下1.00m左右。從施工角度考慮，開(kāi)挖至基礎(chǔ)頂板，會(huì)有大量地下水滲出。在有水環(huán)境中，壁柱鋼筋植入基礎(chǔ)的可靠性難以保證，同時(shí)，開(kāi)挖產(chǎn)生的泥漿對(duì)辦公樓及周?chē)h(huán)境也有較大影響。如何解決基礎(chǔ)施工問(wèn)題，也是本工程的一個(gè)難點(diǎn)。

初步分析，本工程托換可采用單根混凝土托梁托換（方案1）、型鋼雙托梁托換（方案2）或混凝土雙托梁托換（方案3）等3個(gè)方案，現(xiàn)將各方案闡述如下。

方案1：在墻體拆除位置地坪下設(shè)混凝土梁，該梁直接落在原基礎(chǔ)磚放腳上，避免開(kāi)挖至基礎(chǔ)頂板。在原縱橫墻交接處新增鋼筋混凝土框架柱，柱頂設(shè)混凝土托梁，托梁頂緊原墻體圈梁。傳力路徑為：上部結(jié)構(gòu)荷載→上部混凝土托梁→新增框架柱→下部混凝土梁→原有基礎(chǔ)磚放腳→基礎(chǔ)→地基。該方案的問(wèn)題有四方面。一是混凝土托梁占用凈高較多，新增框架柱尺寸也比較大，以致新開(kāi)洞口寬度和高度都較小，影響使用功能。二是地坪下混凝土梁及頂部混凝土托梁施工時(shí)，必須將新澆筑混凝土梁高范圍內(nèi)的承重墻拆除或?qū)⒃撈兄貕θ坎鸪枰扇?zhuān)門(mén)的支撐措施，承擔(dān)上部結(jié)構(gòu)的荷載，工序復(fù)雜，風(fēng)險(xiǎn)較高，對(duì)上部結(jié)構(gòu)正常使用有影響；三是須保證上部結(jié)構(gòu)完全不受擾動(dòng)的前提下，將其荷載完全傳遞至臨時(shí)支撐系統(tǒng)，臨時(shí)支撐實(shí)施的難度和費(fèi)用都將比較高。四是臨時(shí)支撐的實(shí)施會(huì)導(dǎo)致工期增加，其搭設(shè)完畢后會(huì)造成原有墻體拆除不便，也會(huì)導(dǎo)致工期增加。

方案2和方案3（見(jiàn)圖1）：均采用框架雙梁托換技術(shù)，不同的是方案2采用雙型鋼梁托換，方案3采用雙混凝土梁托換。使用型鋼雙托梁托換技術(shù)進(jìn)行托換時(shí)，在墻體兩側(cè)設(shè)置槽鋼托梁，槽鋼翼緣朝外，通過(guò)綴板及螺桿連接夾住墻體。使用鋼筋混凝土雙托梁托換技術(shù)進(jìn)行托換時(shí)，先打孔穿墻設(shè)置肩梁，并在緊貼擬拆墻體的兩側(cè)設(shè)置兩根支承肩梁的托梁，擬拆墻上部墻體傳來(lái)的荷載通過(guò)肩梁傳遞到托梁。因雙托梁是兩道夾著原有墻體（圈梁）的兩道夾梁，要求新增鋼筋混凝土壁柱截面寬度（垂直梁跨度方向）較大，截面高度就可以適當(dāng)減小，這樣洞口凈寬可相應(yīng)增大，可更好地滿(mǎn)足建筑使用要求[2]。

圖1 方案3剖面圖

托梁采用型鋼，濕作業(yè)較少，施工方便。

但因上部荷載較大，經(jīng)過(guò)試算，常規(guī)槽鋼截面無(wú)法滿(mǎn)足要求。如換用H型鋼，一方面其腹板和原有圈梁和墻體無(wú)法貼緊，即使填充灌漿料，也不易保證；另一方面，單根H型鋼梁重量近700kg，室內(nèi)施工時(shí)運(yùn)輸和吊裝均有困難。方案3創(chuàng)造性地將上部結(jié)構(gòu)框架托換技術(shù)用到基礎(chǔ)，即在±0.000處也設(shè)雙托梁，避免了基礎(chǔ)大開(kāi)挖（上部結(jié)構(gòu)托換是通過(guò)肩梁將墻體荷載傳至托梁，再由托梁傳給結(jié)構(gòu)柱，托梁和肩梁合起來(lái)呈“U”形，基礎(chǔ)部分是通過(guò)托梁將結(jié)構(gòu)柱荷載傳至肩梁，由肩梁將荷載傳給原地坪以下磚墻/放腳，托梁和肩梁合起來(lái)呈倒“U”形）。傳力路徑為：上部荷載→上部肩梁（圖1中肩梁1）→上部雙托梁（圖1中KL1）→新增鋼筋混凝土壁柱（圖1中KZ1）→基礎(chǔ)雙托梁

（圖1中DKL1）→下部肩梁（圖1中肩梁2）→原有基礎(chǔ)磚放腳→基礎(chǔ)→地基。

該方案的優(yōu)點(diǎn)一是托梁及柱施工時(shí)，在原有墻體肩梁處開(kāi)設(shè)洞口，剩余墻體仍能滿(mǎn)足施工期間承受上部荷載的要求，僅需設(shè)置必要的臨時(shí)支撐承擔(dān)上托梁模板及混凝土重量即可，待其混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，先拆除這些臨時(shí)支撐及模板，再自上而下拆除原有墻體時(shí)，無(wú)支撐等構(gòu)件干擾，便于施工，同時(shí)能節(jié)省費(fèi)用，縮短工期；二是拆除過(guò)程中托換夾梁和托換柱承受上部荷載，安全可靠，能夠規(guī)避臨時(shí)支撐可能產(chǎn)生的安全隱患。故選擇方案3。

3 結(jié)構(gòu)計(jì)算及設(shè)計(jì)

確定方案后進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算。首先計(jì)算上部荷載，上托梁需要承擔(dān)其上五層墻體及粉刷的自重、二層樓面相鄰樓板直接傳至托梁的恒活荷載，其余三層至六層樓板及屋面?zhèn)髦辽喜繅w并經(jīng)其傳至托梁的恒活荷載。

上部墻體荷載：厚240mm，兩側(cè)粉刷按20mm水泥砂漿計(jì)，墻體自重為3.3×5×（20×0.24+20×0.02×2）=92.40kN/m。

樓面恒荷載：120mm厚預(yù)應(yīng)力圓孔板，折算厚度按86mm，面層按30mm水泥砂漿，底部粉刷按20mm，吊頂荷載按10kg/m2計(jì)，則每層樓板傳至承重墻的樓板自重為3.6×（26×0.086+20×0.05+0.01）=11.69kN/m，取11.70kN/m。

屋面恒荷載：屋面找平、找坡、防水、保護(hù)等構(gòu)造做法及板底粉刷、吊頂總共按3.0kN/m2計(jì)，則屋面?zhèn)髦脸兄貕Φ臉前遄灾貫?.6×（26×0.086+3）=18.85kN/m。

按現(xiàn)行《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB 50009-2012），樓面活荷載為2.0kN/m2，屋面活荷載為0.5kN/m2，則：

樓面活荷載：3.6×2.0=7.2kN/m。

屋面活荷載：3.6×0.5=1.8kN/m。

綜上，上部結(jié)構(gòu)傳至托梁的恒荷載共計(jì)92.40+11.70×5+18.85=169.75kN/m，傳至托梁的活荷載共計(jì)7.2×5+1.8=37.8 kN/m。

原結(jié)構(gòu)圈梁高度為400mm，為保證肩梁能夠滿(mǎn)足傳遞上部荷載至托梁的要求，經(jīng)計(jì)算其斷面高度選用400mm，這樣托梁高度就確定為800，配筋從略。需要說(shuō)明的是：下托梁需要將托換柱傳來(lái)的集中荷載較均勻的傳至其下的墻體及基礎(chǔ)，這就需要托梁有較大的剛度，因此托梁截面高度仍取800mm。肩梁下原有墻體經(jīng)驗(yàn)算受力滿(mǎn)足要求，且原基礎(chǔ)梁、板剛度較大，地基反力和改造前接近[3]。

4 施工過(guò)程控制

為加快施工，施工時(shí)用早強(qiáng)灌漿料代替普通混凝土，施工工序也做了調(diào)整。現(xiàn)場(chǎng)先開(kāi)挖地坪處下托梁溝槽，然后在對(duì)應(yīng)位置開(kāi)肩梁的洞口，再拆除縱橫墻交接處的墻體，最后開(kāi)上托梁處肩梁洞口。15軸靠B軸處原有一個(gè)門(mén)洞，此處縱橫墻交接處墻體是門(mén)洞過(guò)梁的支座，因此施工開(kāi)始前在門(mén)洞過(guò)梁下做了臨時(shí)支撐。

施工中，先綁扎下托梁及其肩梁鋼筋，預(yù)留并固定好柱縱筋后澆筑下托梁及其肩梁灌漿料，然后綁扎柱子、上托梁及其肩梁鋼筋，安裝模板及其支撐，一次性澆筑成型

整個(gè)施工過(guò)程，除原門(mén)洞處臨時(shí)支撐外，僅在澆筑上托梁和柱時(shí)使用了模板及其臨時(shí)支撐。施工過(guò)程中，上部結(jié)構(gòu)重量仍由原墻體（含原門(mén)洞處臨時(shí)支撐）承擔(dān)，安全可靠，對(duì)上部使用幾乎沒(méi)有產(chǎn)生影響。待灌漿料達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，托換結(jié)構(gòu)體系已經(jīng)能夠承擔(dān)上部結(jié)構(gòu)所有荷載，原有墻體拆除時(shí)不需要任何支撐，方便快捷[4]。

5 結(jié)束語(yǔ)

本工程工期緊張，同時(shí)要求施工不能影響上部建筑正常使用，經(jīng)比選分析采用混凝土框架托換方案；因地下水位較高，要求不能大開(kāi)挖，設(shè)計(jì)時(shí)在地坪下設(shè)置托換夾梁，將上部荷載傳至地坪下的原結(jié)構(gòu)墻體上，將開(kāi)挖深度控制在1.00m以?xún)?nèi)，施工過(guò)程中僅發(fā)現(xiàn)有少量地下水滲出，對(duì)工程施工沒(méi)有影響。托換技術(shù)既擴(kuò)大了使用空間，又能充分利用原結(jié)構(gòu)承受施工期間上部結(jié)構(gòu)重量，上部結(jié)構(gòu)安全比較容易保證，同時(shí)減少了臨時(shí)支撐的費(fèi)用，縮短了工期。早強(qiáng)灌漿料的使用，對(duì)縮短工期更是起到了錦上添花的作用。

本文將方案比選、設(shè)計(jì)及施工過(guò)程進(jìn)行了整理和總結(jié)，以供類(lèi)似工程參考。