砖混结构中托梁拆墙方法的研究.docx

文章编号 100228528 (2007) 0320066205砖混结构中托梁拆墙方法的研究易方民1 ,韩素容2 ,刘长民1 ,谭宝锋1 ,徐海波1 ,胡孔国3(11 中国建筑科学研究院 ,北京 100013 ;21 惠州市建筑科技设计研究院 ,广东 惠州 516001 ;31 中国电子工程设计院 ,北京 100840) 摘 要 结合实际工程系统地总结了砖混结构中托梁拆墙改造工程的几种结构设计方案 ,分析对比了各种设计方案的特点 、设计要点 、适用范围及相应的施工方法 。最后通过工程实例介绍了这些方法的具体应用 。 关键词 砖混结构 ;托梁拆墙 ;设计方案 ;施工方法 ;工程实例 中图分类号 tu398 + 15 ; tu32012 文献标识码 bresearch on the methods of wall removal by use of supporting beamin brick and concrete composite structuresyi fang2min1 , han s u2rong2 , l iu chang2min1 , tan b ao2feng1 , xu hai2bo1 , hu kong2guo3(1. china academy of b uilding research , beijing 100013 , china ; 2. the institute of huizhou , huizhou 516001 , guangdong , china ;3. china electronics engineering design institute , beijing 100840 , china) abstract several design schemes of wall removal by use of supporting beam in brick and concrete composite structures are summarized in this paper. and the features , keystones of design , the application range and the construction methods of each scheme are compared. finally , the applications of all methods are introduced based on actual projects. key words actual projectbrick and concrete composite structure ; wall removal by use of supporting beam ; design scheme ; construction method ;1 前言2结构形式在房屋建成投入使用的过程中 ,往往由于功能改变而要求对原建筑物进行改造 ,例如小开间改为 大开间 、加层等 。这些改造往往会涉及到结构的变 动 ,甚至结构体系都发生改变 。如在砖混结构中将小开间改造成大开间 ,则需要将某些墙体拆除 ,此时 必须要增加梁进行托换 ,利用梁来承受原墙体所承 受的荷载 ,并通过柱传递至基础上 。托换的方法很 多 ,相应的结构计算 、构件设计及施工方案也不一 样 ,本文结合作者完成的实际工程对几种砖混结构中托梁拆墙的方法进行了总结和分析 ,供类似工程 设计施工时参考 。砖混结构的承重体系为横墙 、纵墙或纵横墙混合承重 ,如底部改为连通的大空间后 ,往往仅剩下外 墙和楼梯间 ,原有的传力途径完全被阻断 ,整个房屋 的重量无法再通过内墙传至原来的条形基础上 ,必须增设新的结构 。新结构既要承担上部结构的重量 和水平荷载 ,又要实现大空间 ,采用托梁拆墙后的框 架结构是唯一的途径 。如图 1 中所示的某一工程 ,图 1a 和图 1b 为该 工程底层改造前后的建筑平面布置图 。对于该改造工程有图 1c 和图 1d 两种托梁拆墙后的框架结构方 案 。对比两种方案 ,最大的区别在于框架柱 、梁的位 置和数量不同 。方案 1 的优点是 :梁柱均位于原有墙体之下 ,大 空间中的柱数量较少 ,同时可以利用原有的条形基础 ;但缺点是施工中托梁拆墙比较困难 。方案 2 的 收稿日期 2006210217 作者简介 易方民 (19722) ,男 ,博士 ,副研究员 联系方式 yfmyd 163 . com67第 3 期易方民 ,等 :砖混结构中托梁拆墙方法的研究优点是 :每道墙在托梁拆墙中可以分段进行 ,施工比较容易实现 ;缺点是只适用于横墙承重的结构 ,梁的 刚度要求大 , 成本较高 , 大空间中柱的数量相对较 多 ,同时框架柱集中在纵墙下 ,基础需要加固 。方案1 适合于开间和进深均较小的砖混结构 , 方案 2 适 合于开间和进深均较大的砖混结构 。工方案等综合同时考虑 ;(3) 托梁的刚度要求很高 。因为托梁承载的上 部结构为砖混结构 , 不允许有大的变形 , 否则会开 裂 ,因此一般要求托梁的挠度应控制在 1800 以内 ; (4) 托梁的受力过程有别于普通梁 ,普通梁是随 着施工过程逐步加载的 ,而托梁可能是瞬时完成加载的 。托梁的形式主要有 h 型钢梁 、混凝土梁 、混凝 土组合墙梁和型钢组合墙梁等几种形式 ,具体如图2 中所示 。图中的几种形式托梁各有优缺点 , 适用 范围也不一样 ,实际工程中具体采用哪种形式尚需根据具体情况而定 。图 1 某工程结构改造方案平面示意图上述两种方案中 ,上部结构的竖向荷载向基础传递均能实现 ,但水平地震作用的传递尚需重点考 虑 。最好的解决途径就是在建筑功能容许的前提下 ,在 1222 轴上 d e 段增加一道剪力墙来承担水平荷载 ;如果建筑功能不允许 ,则要求底层新建框架 部分能承担上部结构所产生的水平地震作用 。图 2 几种主要的托梁形式h 型钢梁 (图 2a) 具有质量容易保证 、工期短等优点 ,但拆墙施工难度大 ,需要采取措施将上层墙体 的荷载传递走 ,两端的框架柱需采用钢结构 。混凝土梁 ( 图 2b) 的最大的优点就是拆墙难度 较小 ,但是浇筑混凝土需要在楼板上开孔并留出排气孔 ,施工困难 、质量不易保证 ,同时工期较长 ,两端 的框架柱需采用混凝土结构 。如果楼板下有圈梁 , 则无法开孔浇筑混凝土 ,这种形式托梁就不能采用 了 。混凝土 ( 型钢) 组合墙梁 ( 图 2c 、d) 施工比较容易 ,但墙体两侧的混凝土梁隔一定距离需要设置连 梁 ,一方面加强结构的整体性 ;另一方面连梁可以传 递上部墙体荷载 。采用这种组合墙梁时 ,两端的框 架柱的截面尺寸需要大 ,否则无法传递组合墙梁上 的荷载 。由于可以在圈梁两侧的楼板上开洞浇筑混凝土 ,所以与图 2b 中的混凝土梁相比 ,在楼板下有3 构件设计311 托梁拆除承重墙后仅剩下楼板或圈梁 ,无法承担上 层墙体及楼板传递下来的荷载 ,则需要在原有墙体位置下设置托梁 。墙下的托梁设计非常重要 ,它不仅要承担上部结构的荷载 ,而且它的形式往往决定 了施工方案 。与普通框架梁相比 ,托梁设计时需要 考虑以下几点 :(1) 首先要了解工程的实际现状 。如需要设置 托梁处的楼板是现浇板还是预制板 ? 是否有圈梁 ? 以及是纵墙承重还是横墙承重等 ;(2) 选择托梁的形式时要与框架的方案以及施68建 筑 科 学第 23 卷圈梁时 ,图 2c 中的混凝土组合墙梁的在有圈梁的情况下同样适用 。312框架柱拆除承重墙后 ,除了设置托梁外还必须新增设 框架柱才能将上部荷载传递到基础上 。框架柱的形 式主要有角钢格构柱 (外包构造柱) 、混凝土柱 、钢柱和贴柱等几种 ,具体如图 3 所示 。胀 、自密实等性能的混凝土或灌浆料 ;(2) 采用图 3a 中的角钢格构柱时 ,连接板间距 、 柱顶及柱脚的连接节点做法以及角钢与构造柱之间 填充混凝土的材料选择等非常关键 ,同时计算中要 合理考虑核心区原有构造柱的贡献 。一般原则是轴 向压力由角钢格构柱和构造柱共同承担 ,弯矩由角钢格构柱独立承担 ;(3) 对于图 3b 中的混凝土柱 ,新旧混凝土的接 触面处理 、混凝土的浇筑方法 、以及柱顶梁柱节点的 处理都非常重要 ,部分框架梁的钢筋需要穿过原有 构造柱 ;(4) 对于图 3c 和图 3d 中新增框架柱 ,关键是柱 顶节点处理方法 。313 基础砖混结构改造后由于内部拆墙较多 ,房屋的总 重量一般有所减轻 ,同时建成数年后地基的承载力一般有所提高 ,所以托梁拆墙改造后砖混结构的地 基基础总体承载力一般都能满足要求 。关键问题是 如何将框架柱中的集中力传递至原有的墙下无筋条 形基础上 。一般解决的方法是 : 当新增框架柱位于 原有条形基础上时 ,在框架柱柱底之间增加刚度很大条形基础 ,使框架柱集中力能均匀的传递至原有 条基上 ,如图 4 所示 。图 3 新增框架柱类型在新增框架柱的设计中 ,首先要确定其截面形式和位置 ,具体过程中要考虑以下几点 :(1) 在满足建筑功能的情况下 ,原有构造柱尽量 不拆除 ,新增框架柱尽量采用图 3a 和 3b 中的形式 ;(2) 选择新增框架柱的形式时应综合考虑施工 的可行性 ;(3) 新增框架柱的形式应与托梁的形式对应 。 如 ,当托梁为图 2a 中的钢梁或图 2c 中型钢组合墙梁时 ,框架柱往往采用图 3a 中的角钢组合格构柱或 图 3d 中钢柱 ;当采用图 2b 中的混凝土梁或图 2d 中 混凝土组合墙梁时 , 往往采用图 3b 、c 中的混凝土柱 ;(4) 图 3e 中的框架柱形式的优点是施工容易 ,不需要拆除墙体 ,只需沿高度方向隔一定距离在墙 体上开洞使框架柱各部分形成整体 。缺点是占用空间大 ,缺乏计算依据 ,整体性差 ,质量不易保证 ,适用于局部墙体的拆除 。 在确定新增框架柱的具体形式后 ,各种形式框架柱的具体设计计算中应注意以下几点 :(1) 对于图 3a 、3b 和 3c 方案 , 其混凝土部分的 浇筑方法 ,往往是在由于操作空间小 、浇筑混凝土的厚度薄 、无法振捣 、支模后无法浇筑混凝土 ( 只有在楼板上开孔) , 应采用流动性强 、早期强度高 、微膨图 4 新增刚性基础采用图 4 中的基础方案时 ,由于基础是在墙体拆除之前施工 ,所以地下部分的墙体是保留在刚性 基础中的 。为了加强基础的整体性 ,必须隔一定距 离 (不应超过 1000mm) 在地下墙体上开洞 ,使墙体两 侧的基础形成整体 。对于采用图 3a 和 3d 中的钢结 构框架柱时 ,可直接在此混凝土刚性基础预埋柱脚 锚栓 。当新增框架柱不位于原有纵横条形基础上或69第 3 期易方民 ,等 :砖混结构中托梁拆墙方法的研究集中位于纵向条基或横向条基上时 ,则需要新增独立基础 、桩基或对原基础进行加固 。314节点设计与普通钢框架结构或混凝土框架结构相比 ,托 梁拆墙砖混结构改造工程中的节点设计更加关键 。 由于施工时没有操作空间 ,框架柱不连续 ,节点焊缝的实施以及混凝土的浇筑都非常困难 ,尤其钢结构 。 此处列出改造工程中典型的两种钢结构梁柱节点 , 如图 5 所示 ,分别是角钢格构式框架柱的梁柱节点 和柱脚节点设计 ,其中在梁柱节点中有两点必须注 意 :(1) 为了保证新增钢梁上的荷载能传递到框架 柱上 ,柱顶角钢之间必须采用高度超过钢梁截面高 度的钢板当缀板 ,否则钢梁腹板上的剪力和弯矩无 法传递到框架柱上 ;(2) 由于构造柱的存在 ,梁翼缘标高处各角钢之 间无法设置内隔板 ( 加劲板) ,同时圈梁或楼板的存 在 ,框架梁上翼缘与框架柱之间的焊缝不易实施 ,所 以各框架梁与柱之间在梁上下翼缘标高处必须设置 外加强箍 ;对于柱脚节点必须注意 : 由于构造柱的 存在 ,无法在柱底焊接柱脚底板 ,为了便于将角钢格构柱安装在柱脚锚栓上 ,在柱底用宽角钢代替缀板 和柱脚底板 ; 当柱底弯矩很大时 ,可在柱脚锚栓之 间给柱脚角钢加上加劲肋 。由于改造后的结构包括保留下来的原有墙体和新增的框架结构两部分 ,为了保证两部分变形协调 、 共同工作 ,必须加强新旧结构的连接 ,提高结构的整 体性 。主要措施有 :(1) 加强边柱与保留墙体的连接 。具体措施一 方面沿框架柱高度方向每隔一定距离设钢箍将柱与墙连接起来 ;另一方面将保留墙体加固层中的钢筋 与柱连接起来 ;(2) 加强托梁与上部圈梁或楼板的连接 。对于 钢托梁 ,用灌浆料将梁上翼缘与板底或圈梁底的缝隙填充起来 ;对于混凝土托梁 ,可利用楼板上浇筑孔 设计抗剪键加强连接 。4 施工要点托梁拆柱砖混结构改造工程的施工方法非常重要 ,在开工前应拟定周密的施工组织计划 。411 施工顺序砖混结构中托梁拆墙改造工程施工中主要施工 工序一般包括 :保留墙体加固 、基础施工 、框架柱施工 、拆除墙体 、托梁施工和收尾工作等 。这些主要工 序的施工顺序非常重要 ,组织不当会引起上部结构 出现裂缝 、施工困难甚至整个改造工程的成败 。其施工工序一般分三个阶段 ,第一阶段主要包括保留墙体的加固和基础施工 ; 第二阶段主要包括 框架柱施工 、拆除墙体和托梁施工 ,这一阶段是整个工程施工中最重要的阶段 。首先按照开间或一道道墙将改造范围划分为若干个区 ,然后根据实际结构 和现场情况排定各个区的施工顺序分开轮流施工 ;在每个区范围内 ,一般按照局部拆除墙体 、框架柱施 工 、拆除框架柱之间墙体 、托梁施工的顺序施工 。必须是一道墙完成后才能进行下一道墙的施工 ,不得 几道墙同时施工 ; 第三阶段主要包括加强边柱与保留墙体的整体性 、补喷 、补刷等收尾工作 。412 承重墙的拆除承重墙的具体拆除方案与托梁形式有关 ,对比 图 2 中的几种托梁形式 ,采用图 2a 中的钢梁时拆除最为困难 ,图 2b 中的混凝土梁次之 ,图 2c 、d 中的组合墙梁最简单 。本文将重点介绍对前两种托梁形式 的承重墙拆除方法 。采用图 2a 中的钢梁时 ,因为承重墙拆除前 ,新的承重体系尚未形成 ,因此在其实施前必须进行卸 载 ,即通过荷载转移使得拟拆除的墙体不承受上部图 5 节点形式315其他除上述主要构件的设计外 ,其他细节设计也非 常重要 ,例如原有保留墙体的加固 、新旧结构之间整体性等 。当底部改为连通的大空间后 ,往往仅剩下外墙 和楼梯间 。为了提高底层的抗侧能力 ,必须对保留 下来的墙体进行加固 。一般的加固方法就是采用钢 筋网喷射混凝土板墙加固 ,钢筋网与墙体采用 8s 型拉结筋锚固 。70建 筑 科 学第 23 卷(1) 混凝土要求有好的流动性 、密实性 ,建议加入一些微膨胀剂 ;(2) 混凝土浇筑方向可从一端向另一端推进 ,并 留出排气孔 ,使梁中空气排出 ;(3) 托梁施工前砖模顶和板底必须处理平整 。荷载 。对 于 钢 梁 这 种托梁形式 ,最优的卸载 方 法 就 是 沿 墙 体 方 向 隔 一 定 距 离 架 设 一 定 数 量 的 支 架 和 水 平 枕 梁 ,将 2 层及以上的荷 载 通 过 支 架 直 接 传 递 到基础上 ,对拟拆除墙 体进行卸载 ,卸载完成 后 马 上 将 托 梁 处 的 墙 体拆除然后安装托梁 , 具体方案如图 6 所示 。 采 用 此 种 卸 载 方5 工程实例某住宅楼为六层砖混结构房屋 ,第 1 层层高为316m ,其他各层为 218m 。现浇混凝土楼屋面板 ,240厚粘土砖墙 ,混凝土条形基础 ,有圈梁 、构造柱 ,原结 构局部平面布置图见图 1a 。应甲方要求 ,将该房屋底层 18 轴至 22 轴之间的三个开间改成大开间 ,改造后的平面布置见图 1b 所示 。 该由于该房屋开间和进深都较小 ,所以采用了图 1c 中的结构方案 。该结构楼板下设有圈梁 ,因此 采用混凝土托梁时 ,浇筑混凝土比较困难并且工期 很紧 ,所以采用图 3a 中的钢梁 。与钢托梁相对应 , 对于新增框架柱 ,在有构造柱的位置选择了图 2a 中的角钢格构式柱 、无构造柱处选择图 2c 中的钢柱 。 对于基础 ,由于新增框架位于原有混凝土条形基础上 ,故采用图 4 中的基础形式 。与上述结构方案相对应的 ,承重墙拆除方案采用图 6 中的卸载方案 。 该工程已于 2005 年上半年完工 ,施工顺利 ,周期短 ,施工及使用期间未发现异常现象 。图 6 承重墙卸载方案案必须注意以下几点 : 加强各支架之间的整体性 ,防止支架失稳 ; 保证枕梁和支架的刚度 ,避免上部 结构出现裂缝 ; 墙体拆除前必须对枕梁和圈梁或楼板下的缝隙进行处理 。采用图 2b 中的混凝土梁时 ,承重墙的拆除方案 相对简单 ,其施工一般分二个阶段 。第一阶段为卸 载 ,首先墙体方向隔一段距离在圈梁底或板底开一定数量高度稍大于梁截面高度的洞 ,在每个洞里安 装一个钢支座 ,上下分别顶紧混凝土楼板和保留下来的砖模 ,则完成了钢支座之间墙体的卸载 。第二阶段为拆墙 。不同于钢梁 ,此处的承重墙分两步拆 除 ,第一部分首先对钢支座间的托梁范围内的墙体进行拆除 ,以便托梁的施工 ;第二部分即托梁范围以下的墙体要当托梁的底模使用 ,要等托梁混凝土达 到设计强度后才能拆除 。413托梁的施工不同形式托梁的施工方法也不一 样 。对 于 图2a 中的托梁施工相对容易 , 将钢梁安装就位即可 ,但施工应注意以下几点 :(1) 承重墙拆除之后圈梁底或楼板底凹凸不平 ,在安装钢梁前必须打磨平整 ;(2) 由于操作空间有限 ,尤其梁上翼缘焊缝实施 困难 ,施工中必须要求高级焊接技师 ;(3) 钢梁安装完后 ,其上翼缘与圈梁板底或楼板 底缝隙必须处理 。对于图 2b 中混凝土托梁施工相对困难 。当钢 支托之间托梁范围内的墙体拆除后即可绑扎托梁钢 筋 ,最后在楼板处开孔浇筑混凝土 , 即完成托梁施工 。但施工中应注意以下几点 :6结语(1) 砖混结构的托梁拆墙改造工程有多种不同的结构布置方案 ,托梁 、框架柱等主要构件也有多种 不同的具体形式 。各种结构形式各有特点 ,适用范围 、工期造价以及相应的施工方法也不一样 。(2) 分析对比以及工程实例表明 : 托梁采用钢 梁 、框架柱采用构造柱外包角钢格构柱或钢柱是砖 混结构的托梁拆墙改造工程的一种很好的结构形 式 ,其构件截面小 、净空高 ,工期短 、质量有保证 。(3) 砖混结构的托梁拆墙改造工程中 ,除了主要 构件的设计外 ,节点构造 、缝隙处理 、保留墙体加固 、新旧结构连接等细部设计也非常重要 。(4) 托梁拆墙砖混结构改造工程的施工方法非 常重要 ,开工前必须拟定周密的施工计划 ,特别是墙 体的拆除应拟定详细施工顺序和支撑方案 。(下转第 86 页)86建 筑 科 学第 23 卷图 3 所示 ,纠倾沉降曲线如图 4 所示 。表 1倾斜率测量结果注 :测量方法为吊线测量法 ,吊线长度为 1815m 。于安全控制之中 。5结语桩基础建筑物的高压射水纠倾技术是利用桩基新的不均匀沉降 ,来调整建筑物的既有不均匀沉降 ,从而达到纠倾扶正的目的 。本工程是高压射水纠倾 技术和综合加固相结合的技术 ,在沿海桩基工程中的成功应用表明了该技术适用于桩基建筑物的纠倾和加固 。工程实践证明 ,只要针对具体工程的实际情况 ,严格控制设计和施工质