某砖混结构建筑加固设计研究

吴正成

(福州市建筑设计院 福建福州 350011)

0 引言

砖混结构由于造价低、施工难度低、刚度大，在早期房屋结构中被广泛采用。随着社会经济的快速发展和居民生活水平的不断提高，人们对原有建筑的安全性、功能性和舒适性提出了更高的要求。

砖混结构建筑普遍存在开间与进深的局限性，恰是这个局限性对当前的砖混结构建筑的加固改造带来一些麻烦。例如，较为常见的底层小开间或者小进深的宿舍、办公室、储物间等改造成商铺、大厅这种对使用空间要求比较大的结构体系。对于此类建筑的加固，由于需要移除底层部分承重墙体以获取较大使用空间，通常采用增加内框架梁柱的托换方法，将原砖混结构体系转变为砖混-内框复合结构体系。通过改变主体结构的传力途径，从而达到拆除承重墙体的目的。

基于此，本文以某改造工程为例，论述其如何合理利用新增混凝柱、梁与加固后的构造柱及梁形成共同受力体系，达到墙体框式托换目的，在满足功能改造要求的同时，又能较大程度地减少对原结构改变。

1 工程概况

福州长乐市某一座砖混结构农村信用社，约建于1985年。一层层高4.2m，二至四层层高均为3.3m，结构主体高度14.1m，高宽比1.33。主要承重墙体为240mm厚实心黏土砖墙，一层最大抗震横墙间距6.9m，采用现浇钢筋混凝土梁板，各层承重墙体顶部均设有闭合圈梁，纵、横墙交界处及大梁两端设有混凝土构造柱，基础采用毛石条形基础。一层主要使用功能是办公室和营业厅，二层到三层是办公室及员工宿舍，四层是杂物间和会议室，屋面为上人屋面。

采用贯入法检测砌筑砂浆抗压强度，一层、二至四层砖墙等构件现龄期砂浆抗压强度推定值分别为1.5MPa、1.4MPa。采用回弹法检测砌筑砖抗压强度，一层、二至四层墙体砖块强度推定等级为MU10.0。二至四层梁构件经龄期修正后现龄期混凝土抗压强度推定值为22.3MPa～23.0MPa。原建筑一层平面图、二层平面图如图1～图2所示。

图1 改造前一层平面图

图2 改造前二层平面图

工程改造前对原结构进行全面的安全性检测鉴定，经鉴定该结构承重墙体受压承载力、局部受压承载力、承重墙体及墙顶圈梁裂缝、各测点位移及基础沉降均满足结构安全性要求[1]。

现业主提出需拆除首层(5)-(B-D)轴、(4)-(A-B)轴、(B)-(4-6)轴承重墙体及(5-6)-(B-D)轴楼梯间，将办理窗口移至(B)-(4-6)轴，将原设于二层的混凝土金库待一层混凝土金库施工完毕后移至一层，(4)-(B-D)轴承重墙上新增一洞口。改造后一层平面图如图3所示。图中交叉斜线阴影墙体表示为改造后原有承重墙体的门窗洞口进行封堵。

图3 改造后一层平面图

2 改造后结构受力分析

2.1 计算模型

采用PKPM结构计算软件对改造后的房屋进行承载力及抗震性计算，砌筑砂浆抗压强度与实心砖抗压强度取值按实测值，混凝土梁抗压强度取C20。依据《砌体结构设计规范》(GB50003-2011)[2]确定该房屋的静力计算方案为刚性方案。该工程为Ⅱ类场地，抗震设防烈度为7度(0.1g)，基本风压0.7kN/m2，地面粗糙度为C类。板面恒载，根据板厚及装饰装修荷载取值，活载根据房间的使用功能不同分别取值：办公室、宿舍、会议室取2.0kN/m2，楼梯间取3.5kN/m2，金库取10kN/m2，上人屋面取2.0kN/m2，不上人屋面取0.5kN/m2。

2.2 计算结果分析

经计算，改造后的结构二至四层承重墙体整体稳定性、高厚比、受压承载力、局部受压承载力及抗震承载力均满足规范要求。二层(1/A)-(1-6)轴梁经计算满足承载力及抗震性要求。

改造后建筑，由于一层(5)-(B-D)、(B)-(4-6)、(4)-(A-B)承重墙体拆除，改变原有结构传力途径，使得上述部位原二层圈梁形成抬墙梁，墙端构造柱形成转换柱，承载力及抗震性不满足要求，应进行加固处理。(4-6)-(A-D)轴原构造柱，由于承重墙拆除形成转换柱,导致原墙下条形基础不能满足承载力要求，需要进行局部加固处理。依据《建筑抗震鉴定标准》1.0.4及1.0.5条，该结构单元后续使用年限为30年，属A类建筑，加固改造的抗震设计应符合A类建筑抗震鉴定要求[3]。

3 房屋加固设计方案

3.1 上部结构加固

采用托换技术，在需拆除的承重墙顶圈梁两侧设置托换梁，待托换梁混凝土强度达到设计强度后拆除承重墙，使板面荷载传递到托换梁，再通过托换柱传递到新增基础[4]。这种方法较先加临时支撑后拆除承重墙更安全、可靠。一层局部改造平面图如图4所示。

图4 一层局部改造平面图

原建筑(4)-(A)轴、(4)-(B)轴、(5)-(B)轴设有构造柱，拆除承重墙后对构造柱采取增大截面加固处理方式[5]，(4)-(A)轴构造柱，由于建筑外立面造型影响，采取增大截面室内一侧柱截面，(5-6)-(B-D)轴局部新增框架柱、框架梁，形成内框架结构。新增托换柱及框架柱下设立独立基础及地基梁。对拆除楼梯后的楼板进行封堵，新增梁柱形成局部框架体系，避免因封堵楼板后传力途径的改变增大原周边墙体及基础的受力。拆除楼梯前先对原二层金库卸荷，同时对上部金库部分楼板做好相应支撑，待新增梁柱混凝土强度达到设计要求后，先拆除楼梯间分隔墙体顶部20mm内的承重墙，同时监测相应楼板及新增梁有无变形及开裂情况，在无异常情况下继续拆除下部剩余墙体。托换柱及新增柱大样如图5所示。

图5 托换柱及新增柱大样

进行托换前，先进行墙顶圈梁下方混凝土垫块施工，施工方法如图6所示。

墙体托换立面图中，混凝土阴影部分，表示该范围墙体拆除后用混凝土强度为C25细石混凝土填充密实，在混凝土强度满足设计要求后再拆除图示中斜线阴影部分墙体。拆除过程，轻敲慢击，禁止采用大锤或风镐；剔凿时，避免破坏剔凿区域以外的墙体。在楼面板靠近墙体两侧钻灌浆孔，孔径100mm，间距约800～1000。为防止出现安全事故，开孔之前对相应部位楼板加设临时支撑。在斜线阴影墙体范围设置钢筋混凝土连接键，将两侧托换梁相连接，使托换梁与圈梁形成一个整体受力体系。灌浆使用二级配混凝土，粗骨料粒径≤40。灌浆高度要求高于新增混凝土梁截面高度，高出部分待拆模后凿除。待加固构件混凝土强度达到设计要求后，先拆除托换梁底20mm范围内的承重墙，同时监测托换梁有无变形及开裂情况。在无异常情况下，继续拆除下部剩余墙体。托换梁、托换柱截面及配筋通过计算确定。

图6 墙体托换大样

由于底层内部拆除多道承重墙体，并在局部墙体开设门洞，造成底层侧向刚度减少，抗震性能较改造前明细削弱，故对改造后底层封堵的洞口及原结构简易封堵的洞口进行加固处理，以提高封堵洞口后墙体的整体刚度，从而提高该部分墙体的抗震性能。

墙体加固改造前，先清除干净原有墙面；钻孔后，及时清除孔内杂物，安设锚固钢筋。堵砌用砖砌体强度等级≥MU10;砂浆强度等级高于原砌体砂浆一级，且≥M5[2]。新旧砌体接缝及孔洞处，用砂浆灌严。新砌筑封堵墙体距原洞口顶部留空50mm，用C20素混凝土浇灌填实。对原结构(4)-(B-D)轴墙体开洞，洞口周边应采取加固措施。门洞封堵大样、门洞加固大样如图7～图8所示。

图7 门洞封堵大样

图8 门洞加固大样

3.2 基础加固

改造后建筑，由于托换框架替换了原承重墙体，改变了原有结构传力途径，导致原墙下条形基础受力发生改变，托换柱及新增框架柱下条形基础承载力不满足计算要求，需进行加固处理。

对此，首先先凿除柱底原有基础表面风化疏松面层，然后对较坚实的基层表面进行凿毛处理，并及时清理干净，最后按设计要求植入钢筋，浇捣混凝土。局部基础加固如图9所示。

图9 局部基础加固平面及大样

4 结语

该加固改造工程涉及改造项目较多，包含墙体托换，新增框架柱梁、墙体门洞加固与楼板洞口封堵及基础加固等。由于改造过程拆除承重墙体对原结构受力体系影响较大，因此在制定加固改造方案时特别注意以下几个方面:

(1)改造后结构的传力途径应简洁、明确，新增托换结构构件应满足承载力要求。

(2)新旧结构构件之间应采取可靠的连接措施，形成整体受力。

(3)施工过程应避免对改造外的结构构件产生破坏。

(4)墙体拆除的同时应密切监测相应楼板及新增受力构件的变形及开裂情况。

由于措施得当，该改造工程取得如愿效果，使新增混凝土柱、梁柱加固后的构造柱及圈梁形成设计意图的共同受力体系，达到了加固改造设计初衷。该改造方法值得同类加固改造工程参考。