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岩土研究院

【加固纠偏工程案例】保持建筑外形改变旧建筑使用功能的综合技术

27 2023-08-16 09:46:33

一些地处城市繁华区的旧建筑物,由于建造年代久远,建筑风格独特,有较高的建筑艺术水平,成为宝贵的建筑遗产,是城市建筑艺术不可分割的组成部分。但这些建筑物多已“超龄”,使用,且使用功能不尽完善,不能适应经济发展需要。如何保持原有艺术风貌,挽救“超龄”建筑,改变使用功能,扩大使用面积,延长使用寿命,是人们十分关注的课题。

在旧建筑内部增设新分离式结构体系,是解决这个问题的一种好方法。它具有结构合理,受力可靠,施工简便并有利于减少工程投入的特点。


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工程概况


位于哈尔滨市商业最繁华的中央大街中段两幢相邻的商城(以下简称甲、乙栋)原是20~30年代建造的俄式三层内天井砖木结构住宅(一层为商业用房),建筑风格独特,艺术水平具有代表性。原建筑面积分别为2558m2和2450m2,首层层高分别为4.8m和4.5m,二、三层层高分别为4.2m和4.5m,内天井占地面积分别为140m2和150m2。外墙均为普通砖砌筑,墙厚620mm,内墙厚240~370mm,其余为木质分隔墙,木质地板楼面,灰板条天棚,三角形木屋架,铁皮屋面防水,女儿墙高分别为3m和3.8m。外墙为水刷石或水泥砂浆饰面,有大量艺术花饰。

拟将甲栋改造成明三层暗五层,呈阶梯状退缩形式。新增加的第四层是第三层建筑面积的三分之二,地下室同标准层,改造后的建筑面积4350m2,其中新增建筑面积1802m2

拟将乙栋改造成明三层暗七层,呈阶梯状退缩形式。新增第四层与第三层面积相同,新增第五层630m2,新增第六层385m2,新增地下室630m2,改造后的建筑面积4911m2,新增建筑面积2465m2

由于地基坐落在松花江江漫滩上,地质条件复杂,淤泥质粉细砂持力层fk=120kPa,基础埋深-1.8m,毛石基础和砖基础,底部大放脚1.2m,地下水位较高(-6~-4m)。


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改造方案


建设单位设想在保持原建筑艺术风格的原则下,将这两幢旧建筑物改造成商城,并充分利用内天井的原有建筑空间,扩大营业面积,同时增加办公用房和地下库房,解决辅助用房不足的问题。

依据建设单位的设想,通过方案对比,将在旧建筑内新增设分离式钢筋混凝土独立的自承重结构体系(甲栋为框架结构体系,乙栋为无梁板结构体系)代替原建筑内全部结构体系,旧建筑内部的结构体系全部拆除,仅保留外墙体。用新结构体系承担全部荷载,保留的墙体仅承担自重荷载。新结构体系可不受原基础结构的限制,建筑平面布置可不受旧建筑平面限制,并能适应商业建筑大空间的特点。


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改造中的问题及措施


甲栋地下室施工中采取先施工新结构,后拆除旧结构的逆作法方案,其问题是新旧结构的基础标高差,新结构体系施工中自重荷载、施工荷载的传递,新结构体系的基础施工与新结构柱的连接,新结构施工中与旧结构相交处的处理,新旧结构的连接等。为此采取了以下技术措施:

(1)选择人工挖孔大直径灌注桩作承受新结构荷载和施工荷载的临时性基础。

(2)采取钢管围护桩、钢筋混凝土墙(或挡土梁)解决新旧建筑的基底标高差。

(3)采用在新结构与保留墙体问设连接铁件的方法使其共同工作。

(4)采用型钢格构短柱解决先施工框架柱与后施工基础的连结。


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技术措施的实施


4.1、钢管围护桩

新增地下室统板与旧基础标高相差近2m,为防止旧基础侧向扰动和位移,沿旧基础周边打入钢管围护桩(间距250mm,桩长6m,直径159mm)对基础进行必要的围护,保证旧基础的稳定。为确保基土不受扰动,在送桩前先进行引孔,其深度为2.5~3m,桩端部做成锥状,以利于进桩和保证桩内无泥土,送桩顶高出地下室顶板板面20~50mm,以利形成钢管围护桩的水平支撑,减小钢管桩的弯矩和长度。开挖土方前在桩管内浇注细石混凝土,以增强钢管围护桩的刚度。


4.2、人工挖孔大直径灌注桩

布置人工大直径钢筋混凝土灌注桩和柱网时,既要避开旧建筑物内的结构墙体,又要兼顾新结构形成后的建筑和结构的功能要求,还要符合有关防火、卫生及人流通道等规定。

大孔桩的边桩与旧墙体距离不宜过大或过小,以免对上部悬挑梁及桩位造成影响。为确保人工挖孔大直径钢筋混凝土灌注桩顺利成孔和操作人员的安全,采取预应力胀圈支护技术进行桩壁支护(角钢50×50×5,间距小于1500mm)。预应力胀圈外侧用厚术板紧密与胀圈相贴施加预应力,以支护牢固为准。木板要交错布置,浇注混凝土时及时分节,逐个逐层拆除支护胀圈和木板,确保大孔桩与土壁间的成桩质量。


4.3、型钢格构短柱

为保证混凝土统板基础梁钢筋能连续穿过框架柱,在人工大直径桩与柱间预埋设型钢格构短柱(图9-30-3)临时承担部分新结构体系的荷载,以保证逆作统板基础的质量。

型钢格构短柱的重心要与大孔桩重心重合,定位线要与柱定位线重合,以保证混凝土柱的施工质量。基础梁与格构短柱间的施工缝采用高一级的膨胀细石混凝土浇注,以恢复混凝土柱的整体性和确保施工缝施工的质量。


4.4、新结构体系与外墙的连接

为确保新增结构体系与保留的外墙间能产生可靠连接以形成水平约束,又不会因新旧结构发生相对沉降位移时,对保留的外墙体产生不良影响,在新增结构的板、梁与保留外墙体间埋设对扣铁件(甲栋采用18号槽钢间距3000mm,乙栋采用125×80角钢间距3000mm),使其既能产生水平约束,又能保证新旧结构间的相对垂直位移。铁件对扣时要紧密,且各方向要相互垂直,不得因混有杂物而影响工作效果(图9-30-4)。


4.5、地下室土方逆作施工

新增结构体系施工到一定高度时暂停施工,转入自上而下拆除旧建筑物,先拆屋面,然后拆除木质地面及非保留墙体,同时进行地下室土方逆作施工,出土口为电梯井口、楼梯口和预留口,并利用旧墙体拆除后遗留的后浇板带口出土。地下室土方完成后立即进行新增结构统极基础施工,再转入新增结构上层施工。


4.6、混凝土后浇板带施工

在施工一、二层混凝土新增结构时,将旧建筑物内墙体凿出新增结构梁能正常通过的洞。新增板在距旧墙体适当位置断开(断开宽度应考虑板钢筋的搭接长度和施工操作方便)。施工缝处用铁筛网作挡混凝土的挡板。在后浇板带处的混凝土梁顶部增加大直径短钢筋以加强受压区。旧建筑内的墙体全部拆除后再补浇后浇带,使其与新增结构成为共同工作的有机整体。


4.7、混凝土挡土梁

混凝土挡土梁是借鉴钢管围护桩方法,在增设地下室时对原有基础加以保护的另一种方法(乙栋原旧墙体基础与统板基础底标高差1.55m,故采用此方法),挡土梁不象钢管围护桩那样贴紧原有基础,而距外墙基础有适当距离(取l=2.6m,为高差的1~2倍即可),这样虽然地下室建筑面积稍有减小,但资金投入相应减少,可用余下资金增加上部建筑面积以增加营业额,还具有减少施工程序、施工方法简单的特点。混凝土挡土梁施工时沿基础周边分段挖沟浇筑挡土梁,以保护原有基础不受损害,并可作为地下室结构墙。

采用该方法改变旧建筑使用功能,不影响市容市貌,可以保持原建筑立面风格且无改造痕迹,减少了工程投资;采用逆作法施工可减少土方开挖量和建筑材料堆放、运输,并减少拆除房屋时建筑垃圾的运输、处理或爆破工程费用。

该方法在改变旧建筑使用功能的同时,可改变原结构体系,重新进行平面布置和内外装修,使内部焕然一新;同时还可扩大使用面积,设置各种功能的用房;并通过必要的加固补强措施来改变外墙的结构受力条件,延长旧建筑物的使用年限。