多层砌体结构底层承重墙托换加固设计及施工

傅建邦

中国二十冶集团有限公司 上海 201900

1 工程概况

某公司办公楼建于20世纪90年代初，为六层砖混结构，横墙承重，预制楼板。底层层高3.90m，二至六层层高均为3.30m。因业务需要，一道承重墙拆除形成大空间。

经查原始图纸及维保记录，需要拆除结构和原设计图纸一致。加固设计工作开始前，按规定进行了相应的鉴定工作，本工程原结构完好。

根据使用要求，改造施工过程中不能影响该办公楼其他区域正常使用[1]。

2 方案比选

因本工程拟拆除的墙体为承重墙，承受其上5层的墙体重量及各层楼板传至墙上的荷载，受力较大，且拆除及加固施工不能影响上部正常使用，根据经验，采用托换技术比较合适。

托换技术的基本思路是通过结构托梁承担上部荷载，托梁将上部荷载通过在原纵横墙交接部位增设的壁柱传至基础。本工程因托换位置位于底层，如果将增设的壁柱直通至基础，传力路径是最合理的，壁柱及基础混凝土用量也是最经济的。但查原始图纸发现，原基础底标高-2.10m，基础底板厚0.3m，另据调查本工程地下水位在±0.000以下1.00m左右。从施工角度考虑，开挖至基础顶板，会有大量地下水渗出。在有水环境中，壁柱钢筋植入基础的可靠性难以保证，同时，开挖产生的泥浆对办公楼及周围环境也有较大影响。如何解决基础施工问题，也是本工程的一个难点。

初步分析，本工程托换可采用单根混凝土托梁托换（方案1）、型钢双托梁托换（方案2）或混凝土双托梁托换（方案3）等3个方案，现将各方案阐述如下。

方案1：在墙体拆除位置地坪下设混凝土梁，该梁直接落在原基础砖放脚上，避免开挖至基础顶板。在原纵横墙交接处新增钢筋混凝土框架柱，柱顶设混凝土托梁，托梁顶紧原墙体圈梁。传力路径为：上部结构荷载→上部混凝土托梁→新增框架柱→下部混凝土梁→原有基础砖放脚→基础→地基。该方案的问题有四方面。一是混凝土托梁占用净高较多，新增框架柱尺寸也比较大，以致新开洞口宽度和高度都较小，影响使用功能。二是地坪下混凝土梁及顶部混凝土托梁施工时，必须将新浇筑混凝土梁高范围内的承重墙拆除或将该片承重墙全部拆除，需要采取专门的支撑措施，承担上部结构的荷载，工序复杂，风险较高，对上部结构正常使用有影响；三是须保证上部结构完全不受扰动的前提下，将其荷载完全传递至临时支撑系统，临时支撑实施的难度和费用都将比较高。四是临时支撑的实施会导致工期增加，其搭设完毕后会造成原有墙体拆除不便，也会导致工期增加。

方案2和方案3（见图1）：均采用框架双梁托换技术，不同的是方案2采用双型钢梁托换，方案3采用双混凝土梁托换。使用型钢双托梁托换技术进行托换时，在墙体两侧设置槽钢托梁，槽钢翼缘朝外，通过缀板及螺杆连接夹住墙体。使用钢筋混凝土双托梁托换技术进行托换时，先打孔穿墙设置肩梁，并在紧贴拟拆墙体的两侧设置两根支承肩梁的托梁，拟拆墙上部墙体传来的荷载通过肩梁传递到托梁。因双托梁是两道夹着原有墙体（圈梁）的两道夹梁，要求新增钢筋混凝土壁柱截面宽度（垂直梁跨度方向）较大，截面高度就可以适当减小，这样洞口净宽可相应增大，可更好地满足建筑使用要求[2]。

图1 方案3剖面图

托梁采用型钢，湿作业较少，施工方便。

但因上部荷载较大，经过试算，常规槽钢截面无法满足要求。如换用H型钢，一方面其腹板和原有圈梁和墙体无法贴紧，即使填充灌浆料，也不易保证；另一方面，单根H型钢梁重量近700kg，室内施工时运输和吊装均有困难。方案3创造性地将上部结构框架托换技术用到基础，即在±0.000处也设双托梁，避免了基础大开挖（上部结构托换是通过肩梁将墙体荷载传至托梁，再由托梁传给结构柱，托梁和肩梁合起来呈“U”形，基础部分是通过托梁将结构柱荷载传至肩梁，由肩梁将荷载传给原地坪以下砖墙/放脚，托梁和肩梁合起来呈倒“U”形）。传力路径为：上部荷载→上部肩梁（图1中肩梁1）→上部双托梁（图1中KL1）→新增钢筋混凝土壁柱（图1中KZ1）→基础双托梁

（图1中DKL1）→下部肩梁（图1中肩梁2）→原有基础砖放脚→基础→地基。

该方案的优点一是托梁及柱施工时，在原有墙体肩梁处开设洞口，剩余墙体仍能满足施工期间承受上部荷载的要求，仅需设置必要的临时支撑承担上托梁模板及混凝土重量即可，待其混凝土达到设计强度后，先拆除这些临时支撑及模板，再自上而下拆除原有墙体时，无支撑等构件干扰，便于施工，同时能节省费用，缩短工期；二是拆除过程中托换夹梁和托换柱承受上部荷载，安全可靠，能够规避临时支撑可能产生的安全隐患。故选择方案3。

3 结构计算及设计

确定方案后进行结构计算。首先计算上部荷载，上托梁需要承担其上五层墙体及粉刷的自重、二层楼面相邻楼板直接传至托梁的恒活荷载，其余三层至六层楼板及屋面传至上部墙体并经其传至托梁的恒活荷载。

上部墙体荷载：厚240mm，两侧粉刷按20mm水泥砂浆计，墙体自重为3.3×5×（20×0.24+20×0.02×2）=92.40kN/m。

楼面恒荷载：120mm厚预应力圆孔板，折算厚度按86mm，面层按30mm水泥砂浆，底部粉刷按20mm，吊顶荷载按10kg/m2计，则每层楼板传至承重墙的楼板自重为3.6×（26×0.086+20×0.05+0.01）=11.69kN/m，取11.70kN/m。

屋面恒荷载：屋面找平、找坡、防水、保护等构造做法及板底粉刷、吊顶总共按3.0kN/m2计，则屋面传至承重墙的楼板自重为3.6×（26×0.086+3）=18.85kN/m。

按现行《建筑结构荷载规范》（GB 50009-2012），楼面活荷载为2.0kN/m2，屋面活荷载为0.5kN/m2，则：

楼面活荷载：3.6×2.0=7.2kN/m。

屋面活荷载：3.6×0.5=1.8kN/m。

综上，上部结构传至托梁的恒荷载共计92.40+11.70×5+18.85=169.75kN/m，传至托梁的活荷载共计7.2×5+1.8=37.8 kN/m。

原结构圈梁高度为400mm，为保证肩梁能够满足传递上部荷载至托梁的要求，经计算其断面高度选用400mm，这样托梁高度就确定为800，配筋从略。需要说明的是：下托梁需要将托换柱传来的集中荷载较均匀的传至其下的墙体及基础，这就需要托梁有较大的刚度，因此托梁截面高度仍取800mm。肩梁下原有墙体经验算受力满足要求，且原基础梁、板刚度较大，地基反力和改造前接近[3]。

4 施工过程控制

为加快施工，施工时用早强灌浆料代替普通混凝土，施工工序也做了调整。现场先开挖地坪处下托梁沟槽，然后在对应位置开肩梁的洞口，再拆除纵横墙交接处的墙体，最后开上托梁处肩梁洞口。15轴靠B轴处原有一个门洞，此处纵横墙交接处墙体是门洞过梁的支座，因此施工开始前在门洞过梁下做了临时支撑。

施工中，先绑扎下托梁及其肩梁钢筋，预留并固定好柱纵筋后浇筑下托梁及其肩梁灌浆料，然后绑扎柱子、上托梁及其肩梁钢筋，安装模板及其支撑，一次性浇筑成型

整个施工过程，除原门洞处临时支撑外，仅在浇筑上托梁和柱时使用了模板及其临时支撑。施工过程中，上部结构重量仍由原墙体（含原门洞处临时支撑）承担，安全可靠，对上部使用几乎没有产生影响。待灌浆料达到设计强度后，托换结构体系已经能够承担上部结构所有荷载，原有墙体拆除时不需要任何支撑，方便快捷[4]。

5 结束语

本工程工期紧张，同时要求施工不能影响上部建筑正常使用，经比选分析采用混凝土框架托换方案；因地下水位较高，要求不能大开挖，设计时在地坪下设置托换夹梁，将上部荷载传至地坪下的原结构墙体上，将开挖深度控制在1.00m以内，施工过程中仅发现有少量地下水渗出，对工程施工没有影响。托换技术既扩大了使用空间，又能充分利用原结构承受施工期间上部结构重量，上部结构安全比较容易保证，同时减少了临时支撑的费用，缩短了工期。早强灌浆料的使用，对缩短工期更是起到了锦上添花的作用。

本文将方案比选、设计及施工过程进行了整理和总结，以供类似工程参考。