控制与保护建筑的综合加固改造技术研究

顾天熊 朱云龙 顾夏英 徐晓明

苏州中固建筑科技股份有限公司 江苏 苏州 215152

1 工程概况

苏州某控制与保护建筑（下称“控保建筑”）位于阊门饭店内，建于1936—1938年，为1幢3层的西式建筑。该楼主体结构为砖混结构，部分楼盖为混凝土结构，其余楼、屋盖均为木结构。楼房立面以现代建筑的简洁平直线条为主，墙面采用瓷砖贴面装饰，外廊为磨光石子地面，屋面坡度较大，以绿色琉璃瓦覆盖（图1）。

1.1 工程现状

该建筑为苏州市内控保建筑，距今已80余年，此前从未进行过修缮维护工作。修缮改造前该建筑已破败不堪，具体为：

1）部分内墙表面抹灰开裂、脱落，砖块松动。

2）部分木质楼板大面积坍塌。

3）屋面绿色琉璃瓦局部损坏，无防水层，漏水情况严重（图2～图4）。

图1 某控保建筑修缮改造完成实景

图2 抹灰脱落、砖块松动

图3 木楼面坍塌

图4 屋面漏水

1.2 结构检测情况

经检测单位专业人员检测，该楼多数测区砌筑用砖强度等级小于MU7.5，墙体砂浆的推定强度为0.3 MPa。外墙四角、纵墙与横墙交界处及楼梯间四角均未设置混凝土构造柱，纵墙与横墙交界处未设置墙体拉结筋。各层外、内墙楼盖处未设置圈梁。

2 砌体基础加固

原砌体基础为墙下条形基础，尺寸较小，设计在原墙体两侧增设地梁托墙，以提高基础的承载力。

2.1 施工工艺流程

土方开挖→开凿销键孔→绑扎钢筋→浇筑混凝土→养护→拆模→回填

2.2 质量保证措施

新增基础梁与原建筑能否可靠连接是决定基础加固效果好坏最重要的一环。设计通过在原墙体两侧每隔1 m间距开凿宽300 mm洞口，绑扎钢筋，浇筑混凝土，将两侧基础梁拉牢，保证上部结构的力能够通过新增基础梁传递到基础上（图5）。

图5 新增基础梁节点做法

3 外墙加固

3.1 加固思路及方案选择

本工程建筑外墙采用瓷砖贴面装饰，针对外墙加固需考虑减少对古建的破坏，最大限度保留建筑物的历史风貌，做到修旧如旧，同时又能增加墙体的承载力。

墙体常用的加固方法有钢筋混凝土外层加固法、钢筋水泥砂浆外层加固法、增设圈梁构造柱加固法等。考虑到本工程建筑的特殊性，经多种方案对比分析，我们选择采用混凝土结构加固找平胶单侧加固墙体。混凝土结构加固找平胶与砂浆相比自身质量仅为砂浆的1/5，因此大大提高了工程的安全系数。同时，本方法有效保留了原建筑的原有风味，体现了在文物保护方面的独特优越性。

3.2 施工工艺流程

原墙面抹灰层凿除清理→清理砖缝，原砂浆抠缝宽20 mm→界面处理→找平胶嵌缝、找平打磨2遍→环氧固沙

4 木楼面置换加固

鉴于原木楼面损坏严重，且修缮改造后楼面荷载加大，原木楼面无法满足承载要求，设计采用钢梁代替原木梁，压型钢板与混凝土组合楼面替代原木楼面。组合楼面相对于传统混凝土楼面具有自重轻的优点，能够避免对墙体及基础增加较大的恒载，在用于加固改造中具有很大优势。同时，相对于混凝土楼面，组合楼面压型金属板替代模板，能够有效地缩短施工周期，为控保建筑抢修争取宝贵的时间。

4.1 施工工艺流程

钢梁吊装→铺设压型金属板→钢筋绑扎→混凝土浇筑

4.2 主要施工过程

4.2.1 钢梁吊装、铺设压型钢板

根据钢梁平面布置图，现场测量放线。在钢梁的墙体搁置点处掏洞制作梁垫，通过电动葫芦将钢梁吊装至梁垫上。

4.2.2 绑扎钢筋、浇筑混凝土

铺设的压型钢板即成为施工模板，在板上直接绑扎钢筋，浇灌混凝土。

4.3 质量保证措施

4.3.1 梁、板节点的栓钉施工

梁板节点处采用栓钉进行连接（图6、图7）。

图6 栓钉节点

图7 栓钉施工

4.3.2 梁、墙节点的梁垫施工

根据结构检测情况，该楼多数测区砌筑用砖强度等级小于MU7.5，墙体砂浆的推定强度为0.3 MPa。考虑在钢梁与墙体节点处增加梁垫，扩大梁端支承面积，使梁端压力较均匀地传递到砌体截面上，增加局部受压承载力，保证砌体不至于局部受压被破坏。

1）荷载分析。

对于本工程组合楼面，根据GB 50009—2012《建筑结构荷载规范》计算可得永久荷载标准值为3.36 kN/m2，可变荷载标准值为2.0 kN/m2。根据规范对荷载进行效应设计值组合计算：永久荷载控制效应组合为1.35恒＋0.7×1.4活=6.5 kPa；可变荷载控制效应组合为1.2恒＋1.4活=6.83 kPa。故荷载效应组合设计值取值6.83 kPa，根据本工程钢梁布置图，按最大跨简支梁考虑，梁端局部受压面积上的轴向力设计值为23.56 kN；上部墙体的轴向力设计值为35 kN。根据GB 50003—2011《砌体结构设计规范》对梁端砌体局部受压承载力进行计算，发现梁端局部受压不满足规范要求，需设置刚性垫块。本工程梁端刚性垫块设计尺寸为280 mm×240 mm，经计算，满足规范要求。

2）梁垫施工。钢梁吊装前测量放线，在梁端位置墙体掏洞，进行梁垫施工（图8），梁垫的标高应控制在同一水平线上，以保证钢梁安装完成后梁面保持水平。待钢梁安装完毕后，用混凝土补灌注梁节点，密实墙体开凿孔洞。

图8 梁垫设计节点示意

图9 承重墙掏洞工艺流程模型

5 空间置换加固

本建筑为砌体结构，砖墙既是隔墙，又作为承重墙体使用，不能随意拆除，建筑布局在建造初期已基本固定。为了合理利用建筑，使其在新的社会环境里能够焕新颜，改造后1层拟作大空间使用，需拆除⑤/D-F轴墙体。为解决历史传承与社会发展之间的矛盾，通过托梁拆墙加固，达到空间置换的目的。

5.1 施工工艺流程

局部剔凿墙体→增加临时支撑→拆除支撑间墙体→托梁施工→养护→拆除隔墙

5.2 主要施工过程

5.2.1 第1阶段：墙体拆除掏洞，临时支撑施工

间隔600 mm在梁高范围内局部剔凿墙体，安装临时支撑，采用楔形钢板将支撑和墙体顶紧，再剔除下一个孔安装临时支撑，施工过程中尽量减少对原墙体的扰动。

拆除承重墙位置掏洞，编号为D1，D2，D3，D4……DN→托换千斤顶逐个安装，编号为L1，L2，L3，L4……LN→D1拆除后安装L1，D2拆除后安装L2……依次类推→荷载采用支撑体系托换完成（图9）。

5.2.2 第2阶段：新增托梁施工

拆除临时支撑之间的砖墙，使临时支撑受力来支撑上部墙体传来的荷载，绑扎钢筋，支模板，浇筑混凝土。

5.2.3 第3阶段：拆除托梁下墙体

待托梁混凝土强度达到100%时，拆除托梁下部墙体。

6 屋面加固

原屋面绿色琉璃瓦局部损坏严重，且无防水层，仅靠琉璃瓦排水。现房屋漏水情况严重，拟对局部损坏屋面进行修补，并增设防水层，恢复损坏琉璃瓦，在不破坏屋面原艺术形态的情况下，达到屋面防水目的。

6.1 施工工艺流程

拆除原屋面瓦片→修补屋面→增设防水层→重新铺设屋面琉璃瓦

6.2 主要施工工程

6.2.1 屋面修补

拆除原屋面琉璃瓦并整理归类，放好能够使用的瓦片，重新购配损坏的瓦片。对损坏严重的屋面进行修补。

6.2.2 防水层施工

对原屋面采用卷材防水层进行防水处理。卷材用木条固定于原屋面板上，木条间距根据琉璃瓦安装间距决定，以便挂瓦。

6.2.3 屋面瓦铺设

为保证建筑原有历史风貌，将拆除下来的琉璃瓦重新铺设，对于损坏的瓦片，尽可能找到类似的瓦片替换，以减少对建筑外观的影响，做到修旧如旧（图10）。

7 关于木圈梁加固研究

7.1 现场情况及加固方案

在原木楼面拆除过程中发现3层⑤/D-F轴线上下墙中有2道并排的木梁充当圈梁使用，无法拆除。因原两侧楼面已拆除，此木圈梁缺乏侧向支撑，如果施工振动过大，极有可能造成该木圈梁上方墙体倒塌、屋面坍塌事故，十分危险。现场对该木梁进行临时支撑（图11），停止施工，并及时反馈给公司设计，寻求解决方案。

针对木圈梁无法拆除的实际情况，设计单位即对此梁进行了特殊的加固处理。用2块钢板通过对拉螺栓夹紧墙体，再对木圈梁间的空隙灌注灌浆料密实，形成类似钢骨混凝土的结构，以达到加固木圈梁的目的（图12）。

图10 屋面施工完成

图11 临时支撑

图12 木圈梁加固示意

7.2 主要施工过程

现场按照加固方案，利用原木梁洞口安装对拉螺栓固定钢板，并将钢板对接焊接固定。待钢板安装完成后，向原木梁缝隙内灌注灌浆料，保证内部密实性。

8 结语

本文基于苏州阊门饭店内某控保建筑加固改造工程实例，介绍在古建加固改造中如何综合考虑各施工方案，选择最优的加固方案，在达到加固目的的同时最大限度地保留了古建的历史风貌。化解了古建的历史传承与社会发展之间的矛盾，使古建在新的社会环境下能够完成社会赋予其的新使命。此外，加固改造不同于新建[1-4]，每个工程可能都会遇到不同的疑难杂症，针对现场实际情况，创造性地提出加固方案，才能使工程顺利地完成。