Hans Journal of Civil Engineering 土木工程, 2023, 12(7), 955-963 Published Online July 2023 in Hans. /journal/hjce /10.12677/hjce.2023.127109
既有建筑外墙保留内部结构置换关键技术研究
方 林，李承铭
华东建筑设计研究院有限公司，上海
收稿日期：2023年6月12日；录用日期：2023年7月3日；发布日期：2023年7月17日
摘
要
屋基础和结构布置特点，提出适宜的基础及底部墙体托换技术，验证了双梁夹墙技术的可行性；采用锚板与锚筋将原砌体墙与新增框架梁柱拉结，验证墙体自身受压承载力、锚筋抗剪承载力，保证外墙的稳定性，确保保留外墙与新建框架的变形协调；框架柱先浇筑，提出墙体凿除和楼板临时支撑设计方法，考虑框架梁柱两次先后施工的影响，设计梁柱连接节点加强做法。研究成果可为类似工程提供参考借鉴。
关键词
既有砌体结构，框架结构，外墙保留，结构置换
Research on Key Technology of Replacing Internal Structure and Retaining Exterior Walls of Existing Building
Lin Fang, Chengming Li
East China Architectural Design & Research Institute Co., Ltd., Shanghai
Received: Jun. 12th , 2023; accepted: Jul. 3rd , 2023; published: Jul. 17th , 2023
Abstract
In this paper, a six story existing masonry structure is taken as an example to carry out the re-search on the key technology of replacing internal structure and retaining exterior walls of the existing building. Under the condition that the internal structure is not demolished first, the de-sign idea and structure replacement method of demolishing while building are proposed, and
方林，李承铭
construction simulation analysis is performed. According to the characteristics of existing build-ing foundation and structure layout, the appropriate underpinning technology of foundation and bottom walls is proposed, and the feasibility of double beam sandwich wall technology is verified.
Anchor plates and anchor bars are used to tie the original masonry walls with the newly added frame beams and columns to verify the compressive bearing capacity of the walls and the shear bearing capacity of anchor bars, so as to ensure the stability of the external walls and the defor-mation coordination between the external walls and the new frame. The frame columns shall be poured first, a
nd the design method of wall chiseling and temporary floor support shall be put forward. Considering the influence of two successive constructions of frame beams and columns, the strengthening method of beam column connection joints shall be designed. The research re-sults can provide reference for similar projects.
Keywords
Existing Masonry Structure, Frame Structure, Retaining Exterior Walls, Replacing Internal
Structure Array Copyright © 2023 by author(s) and Hans Publishers Inc.
This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY 4.0).
/licenses/by/4.0/
1. 引言
在经济新常态下，我国房地产行业正处在转型发展阶段，从以增量为主的发展模式转变为存量和增量并
重的发展时期。在土地利用日益集约节约的约束条件下，城市内涵式发展、有机更新和既有建筑改造将成为未来中国城市发展的主要路径，存量房地产更新和既有建筑改造将有广阔的市场前景。在城市更新过程中，有部分整体保留价值较低的历史建筑往往面临一个难题，即如何在其结构与功能更新的需求下保存建筑有价值的部分并延续建筑环境原有的历史风貌。针对部分有价值的历史建筑改造，如何采用针对性的技术措施，在内部结构进行置换改造的要求下保存并修缮建筑外墙，有必要进行详细研究。
现有文献资料表明[1]-[8]，相关专家学者针对既有建筑外墙保留内部结构置换加固改造开展了部分研究，也根据具体的工程案例提出了相应的结构加固和施工控制方法。但对既有建筑外墙保留内部结构置换加固改造中，在内部结构先不拆除的情况下，采用边拆边建设计思路所遇到的技术难点，还未见系统全面的研究。
本文以某具体工程实例，详细研究既有建筑外墙保留内部结构置换加固改造中基础及底部墙体托换技术、结构加固改造拆除施工流程及相应的设计方法适用性、保留外墙与新增框架结构的连接技术等其他关键节点连接技术，以经济合理的方式获得最大的经济、社会和环境效益，并满足现行规范各项指标要求，以期为类似工程提供参考借鉴。
房屋结构改造加固2. 工程概况
上部原结构为典型的砖混结构，共6层，层高为3.3 m，房屋为内廊式布局，内走廊居中布置，详见图1。
房屋各层承重砖墙均采用240 mm厚普通粘土砖和混合砂浆砌筑。底层设有架空板，各层楼(屋)面板大部分区域采用预制混凝土空心板，仅在室内局部区域(如卫生间)、阳台采用现浇板。房屋各层内外墙均设有混凝土圈梁，未设置构造柱。
改造后的结构只保留原结构A、F轴的外墙，但不作为承重墙，其余原砖墙及楼(屋)面均拆除。新结
方林，李承铭
构的层数与层高均与原结构一致。上部结构采用框架结构体系。框架柱截面尺寸为500 × 500和500 × 600两种，框架梁为300 × 600、300 × 500等若干种。上部新增楼板板厚主要为120 mm ，南侧教室内的楼板板厚为200 mm 。顶部较大跨空间平面采用钢梁，钢梁与混凝土梁柱铰接连接(图2)。
Figure 1. Standard floor plan before reconstruction of the building
图1. 房屋改造前的标准层平面图
Figure 2. Standard floor plan after reconstruction of the building 图2. 房屋改造后的标准层平面图
3. 结构加固改造施工模拟
3.1. 施工步骤简介
该房屋加固改造，虽然外墙保留内部结构全部拆除，但并非是完全拆除之后才建造新结构，采用边拆边建，在拆建过程中利用了老结构作为临时支撑，具体施工步骤如下：
1) 考虑预留施工操作平台，故先施工范围1 (轴1~轴7)，再施工范围2 (轴7~轴13)，范围1从以下第2步至第7步施工完后，再按相同步骤施工范围2，最后施工步骤8。
2) 挖开基础筏板上的土，筏板上设置锚杆，钻洞，施打锚杆静压桩。
3) 施工筏板上新增的基础承台，位于承台位置处的砌体砖墙采用临时结构托换。
4) 从屋顶从上往下拆除要设置框架柱位置处的原砌体墙体及其上搁置的预制板，每拆完一层前应先做好被拆除区域周边砌体墙体的临时支撑后再拆除下一层，一直拆到底层。
方林，李承铭
5) 从基础往上浇筑框架柱，直到6层顶，并预留与框架柱相连的梁板钢筋，每浇筑完一层的框架柱应设置临时支撑与周围墙体拉结牢靠后方可施工上一层，框架柱一直做到顶层。
6) 拆顶层原楼板及砌体墙，然后从顶层往下浇筑梁板，浇筑完一层方可拆除下层的原有的梁板墙。周边的框架梁柱浇筑前应在外砖墙上预埋锚筋，让锚筋锚入新增的框架梁柱内。框架梁板一直做到底层。
7) 室内从基础顶面设置或利用原地垄墙，回填土至室外地坪标高，地垄墙顶搁置预制板。 8) 从底层往
上做轻质隔墙，直到顶层。结构部分完工。
3.2. 施工模拟分析
本次施工属于边拆除边施工新结构，采用ANSYS 单元生死功能(kill 、alive)直接指定构件施工次序(未考虑时间依存的材料非线性效果)，计算的施工步骤总计为22步。
为比较其对结构的影响，补充计算了正常的施工模拟3 (分层刚度分层加载的模型，共6个施工步)和一次加载(即形成整体模型后一次加恒载，有1个加载步)的两种情形进行对比，包括底层框架柱、顶层框架柱、各层框架梁的跨中及支座处进行对比。典型的梁柱对比的结果详见图3~5，图中的MX 及MY 均为绕整体坐标轴X 及Y 轴的梁柱弯矩，FZ 为沿Z 轴的柱的竖向压力，横轴坐标均为施工步，竖轴坐标为MX 、MY 、FZ ，单位分别为kN∙m 或kN 。
(a) 绕Y 轴弯矩MY_7
(b) 绕X 轴弯矩MX_8
(c) 沿Z 轴竖向力FZ_9
Figure 3. 7/A-axis frame column on the first floor 图3. 底层7/A 轴框架柱
方林，李承铭
(a) 绕Y 轴弯矩MY_11 (b)
绕X 轴弯矩MX_12
(c) 沿Z 轴竖向力FZ_10
Figure 4. 1/A-axis frame column on the first floor 图4. 底层1/A 轴框架柱
(a) 跨中弯矩MY_103
(b) 右侧支座弯矩MY_170
Figure 5. 5~7/A-axis frame beam on the second floor 图5. 二层5~7/A 轴框架梁
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