托换加固方案

1第1章托换方案设计说明1.1工程项目概况本工程建设地点位于昆明市，始建于1937年，1940年投入使用，历经近70年，其间又经过多次改造，建筑材料已严重老化，结构受力体系存在严重隐患。2005年7月被××区房屋安全鉴定办公室鉴定为危房。但由于该建筑具有一定的保留价值，经多次论证协商，规划部门要求正立面（南立面）墙体做保护性修缮，内部结构拆除重建。自2006年12月10日以来，我公司受业主委托承担了该项目的墙体保护加固和拆除施工任务，经时近40d时间将南面墙体完整地加固保留了下来，同时拆除了内部结构及地下室工程。在经历了昆明的风季，经历了近7个月的风雨，并经历了两次强风的考验，南面墙体依然稳定地立于原位。通过长期测量观测，墙体没有出现沉降及位移情况。综合上述情况，原墙的临时加固保护措施是行之的效的，加固方案是科学的、有保证的。根据业主的要求，经设计院等多方提出在原临时保护的基础上，需将一层结构改造为全框架结构，需在二层板处在墙内设置一道托梁，将上部墙体荷载托换至梁上。根据2007年6月4日在××街建设单位办公室召开的由建设单位、设计单位、施工单位、监理单位、地勘单位及测绘局等相关单位人员，并请多名老专家参加的墙体托换方案研讨结论及相关要求和建议，拟采用钢管支撑架进行托换处理，局部采用小型型钢梁进行双重托换处理，将二层以上墙体全部托空后施工托换钢筋混凝土柱和梁。1.2方案设计依据1.2.1依据业主相关委托和要求。1.2.2云南省××设计院出的图纸要求等。1.2.3《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）。1.2.42007年6月4日在××街建设单位办公室召开的由建设单位、设计单位、施工单位、监理单位、地勘单位及测绘局等相关单位人员，并请多名老专家参加的墙体托换方案研讨结论及相关要求和建议。1.3方案设计重点1.3.1本方案所加固的墙体为1937年建设的老墙体，由于其年代久远，墙砌筑砂浆强度很低，墙体的稳定性较差。1.3.2根据规划要求保留该建筑的外立面原貌，原建筑已经拆除，仅保留了南立面墙体，现墙体已经通过前期的准备和临时加固稳定措施，将南面墙体完整保留了下来，但根据后期业主的要求，一层墙体必须改为四个空间的商铺，采用共七棵钢筋混凝土柱作为上部墙体支撑结构，而在结构二层就必须采用托换处理，将二层以上墙体的荷载在二层转托至七棵柱后，再传至新建人2工挖孔桩基础上，将二层以上原墙体完整地保留下来。1.3.3墙体所处地理位置极为特殊，位于市中心商业区，墙体高19.354m，总长32m，总重约640t，要将这样一壁又高又长又重的老墙先实行托空，再在其下做一根钢筋混凝土大梁，将其稳妥地永久地托起。这是一项十分艰巨的特殊保护工程。1.3.4风荷载是墙体不稳定的最大危险，目前通过前期临时加固墙体基本稳定，但下一步如何托换处理，那是一个更难的全新的课题，一定要精心的设计，精心施工，决不能出半点差错，要做到万无一失，方案一定要经过专家反复论证，并先进行试点，再逐步推开。3第2章加固方案设计简明计算根据本工程墙体特点，在托换施工过程中如何实现安全稳妥地托换墙体自身的巨大荷载，首先要设计一套完整体系将640t重的高大墙体临时托住，最后又要安全平稳地转移至新的结构上，不允许有变形、不倾斜、不沉降、不开裂。将这一壁有近70年历史的老墙体完整地保护下来。2.1墙体自重计算2.1.1两端墙体自重荷载计算两端墙体高度三层，上部有一段女儿墙。理论墙体高度为11.87m，折算取墙总高度为12m，由于其墙体厚度在600mm~350mm，为保证托换安全，取墙均厚为h=500mm，砖墙自重取1800kg/m3，则每米墙重自托换层起其重量为：mkNHhlSG/14815.0121835.1，按150KN/m计取。上式中，G—为永久荷载分项系数，取35.1G1800kg/m3，砖墙容重。ml1，计算墙宽。2.1.2中间部份墙体自重荷载计算中间墙体高度为四层，上部有一段女儿墙。理论墙体高度为14.75m，折算取墙总高度为15m，由于其墙体厚度在600mm~250mm，为保证托换安全，取墙均厚为h=500mm，为保证偏于安全，砖墙自重取1800kg/m3，则每米墙重自托换层起其重量为：18215.0151835.1HhlSGkN/m，按200kN/m计取。上式中，G—为永久荷载分项系数，取35.1G1800kg/m3，砖墙容重。1lm，计算墙宽。说明：由两端计算和中间墙体的计算，其重量最重为中间墙体，计算取200kN/m，为保证墙体托换的安全可靠性，采取两端的托换方式与中间部份支撑体系的加固托换方式一致，两端不再进行计算，以中间段为主要计算托换依据。2.2窗间墙加固托换型钢计算根据2007年6月4日专家专题会议精神和云南省××设计院项目墙体加固大纲，在窗间墙和局部位置设置一条临时型钢梁作为临时支撑，间距约为950mm，考虑取1m，根据专家会议精神要求此部份临时支撑可承担至少约墙体自重的1/2左右的荷载，即10t/m的荷载。省设计院计算采用截面为200×300×12×16的型钢梁，根据我公司的施工经验，我公司拟采用2根14a型号槽钢的组合成一个方管梁支撑上部荷载；采用钢管脚手架支撑代替型钢柱支撑，以减少托换成本。42.2.1支撑方管梁验算由于二层墙窗洞较多，计划采用在二层门窗洞和一层窗洞进行加固的办法将上部墙体的荷载传递至老墙体基础上。由查《钢结构设计手册》得知，2根14a型号槽钢组合后的相关数据：截面面积为：37020Amm2；截面惯性矩为4.1127XIcm4；截面抵抗矩为06.161XWcm3；回转半径为52.5Xicm。2.2.1.1上部方管计算（1号方管）根据门窗洞口尺寸，支撑梁间距最大取为600mm，二层以上墙厚为400mm厚，其梁承受的荷载最大考虑为F=200kN/m计算，则一根单梁承担的最大荷载为120kN/m6.02001FkN/m，方管梁考虑出墙每边150mm，方管梁总长900mm，可调丝杆支撑点布置在距墙边进60mm。将方管梁看作为一个简支梁，其计算简图如下，梁自身荷载不考虑，则计算简图则根据公式得出其最大弯矩为62.512120)233.0627.0(2)900210900565(1FRAkN；36.682120)372.0767.0(2)900335900690(1FRBkN；29.17335.062.511aRMAARkN·m；36.1421.036.681aRMBBRkN·m29.17maxRAMMkN·m，则验算其受弯能力为由fWMXXx得335355210F1F1RRAB2121524.10206.16105.11029.173maxXXWMN/mm2≤f=205N/mm2则方管梁能满足要求，可采用2根14a型号槽钢组合成方管作为支撑转换梁。2.2.1.2下部方管计算（2号方管）根据门窗洞口尺寸，支撑梁间距最大为600mm，一层墙厚为600mm厚，其梁承受的荷载最大为F=200kN/m计算，则一根单梁承担的最大荷载为120kN6.02001FkN，方管梁考虑出墙每边150mm，方管梁总长900mm，可调丝杆支撑点布置在距墙边进60mm。将方管梁看作为一个简支梁，其计算简图如下，梁自身荷载不考虑，则其最大弯矩为计算简图则根据公式得出其最大弯矩为：kN00.602120)233.0767.0(2)900210900690(1FRRBAkN；60.121aRMAARkN·m；6.12maxRAMMkN·m，则验算其受弯能力为由fWMXXx得5.7406.16105.11006.123maxXXWMN/mm2≤f=205N/mm2；则方管梁能满足要求，可采用2根14a型号槽钢组合成方管作为支撑转换梁。2.2.2支撑钢管柱验算在紧靠墙两边采用碗扣架可调丝杆与A48×3.5mm的钢管组合成支撑体系，每边一根，每根承受荷载为N=0.6×200/2=60kN，根据《建筑施工手册》和《建筑施工计算手册》查得普通钢管A48×3.5mm的钢管的受压承载能力为≤87.20kN，即最大可承受约80kN的荷载。由手册查得210480210F1F1RARB12126A48×3.5mm的钢管回转半径为8.15imm，在两个支撑间采用扣件将支撑立杆连接牢固，步距计划采用2.10lm，则其长细比为：9.758.1512000il，则查手册用插入法可得出钢管轴心受压时的稳定系数为733.0;根据A48×3.5mm的截面面积为21089.4Amm2，Q235钢材抗压强度设计值为205cfN/mm2，材料分项附加系数查手册取59.1/m。方管梁支撑钢管计算方管间距取600mm，则钢管所承受的最大荷载为36.68NkN，将方管梁自身和碗扣架可调丝杆及钢管自重荷载不考虑，则可根据公式计算得出：（1）钢管的稳定性fAN，计算得出72.1901089.4733.01036.6823N/mm2≤f=205N/mm2，则符合要求，即采用钢管支撑满足要求，由于其满足条件基本平衡，在施工时必须保证钢管步距在1.2m。（2）钢管的强度验算fANan，计算得出80.1391089.41036.6823N/mm2≤f=205N/mm2，则强度符合要求，即采用钢管支撑强度满足要求。2.2.3支撑柱与托换梁节点处理措施（1）托换梁处理托换梁采用2根14a型号槽钢组合方管梁，梁长为墙厚600mm，两端头各加长200mm，梁总长为1000mm。梁布置在二层，在没有窗洞的窗间墙施工前将托换位置准确地定位在墙体上，通过人工轻凿、切等手段将梁位置打出洞口，打凿时尽可能减少洞口尺寸，将梁置于墙洞中，托起上部墙体，用不低于C25的膨胀混凝土再将钢梁与墙洞进行浇筑为一整体。窗间墙处钢梁处理时必须间隔进行，分段分区进行，不得从一边紧靠进行，必须采用“做一隔二“的托换方式进行，最后重复将其全部托换。先进行最西边一段，然后认真总结经验后再逐步托换。（2）托换梁与支撑柱节点处理由于考虑到托换梁为型钢组合梁，而钢管支撑柱为碗扣架可调丝杆与钢管组合形式支撑柱，7为保证支撑柱与钢梁的牢固稳定，在碗扣架可调丝杆托架上口与梁相交接处，采用电弧焊将碗扣架可调丝杆撑托左右与钢梁焊接牢固，使梁与碗扣架可调丝杆形成固接，以防止因碗扣架可调丝杆支撑托与钢梁发生滑移或偏移；焊接时碗扣架可调丝杆调整节不能焊接，只能将托板与钢梁焊接。在支撑柱间采用钢管扣件将其两柱连接，并与周边加固架进行有效地连接，使加固架与支撑钢管柱形成一个整体，使其能保证支撑钢管的整体稳定。（3）支撑柱基础处理根据现场实际情况，支撑架的支撑点全部落在原墙下老基础之上，墙北面将老墙基础放大脚开挖出来，将支撑钢管柱置于基础放大脚上，而墙南面的支撑钢管柱则支承在××街面地砖上，南边钢管下脚均采用50板进行铺垫，铺垫必须平稳，在钢管下脚加设一块不小于150×150mm的12mm厚的钢板，钢板中心上焊长度不小于150mm垂直于钢板的直径为B33的插接钢管，以利于支撑钢管插套的准确定位。钢管底脚必须设置扫脚杆，并且与加固架体要形成一个整体，在局部不能与加固架体拉接时，必须进行单独加固处理，保证支撑钢管柱下脚的稳定。北面钢管正中段落于原建筑物一层板上，在其板下进行临时加固支撑，板下同样采用可调支撑杆进行局部加固支撑，沿新建建筑物处支撑双排架，最外一排设置在新建建筑物的地梁上，紧靠墙体支撑架落于老建筑物的地下室部份。支撑架间距同上部架体必须保证在同一垂直线上，在楼板上同样要进行垫块的支撑。除北面中间段外，其余北面、最东面和最西面建筑物内支撑架下脚处理采用浇灌一条500mm宽的C25混凝土，厚度不小于400mm，将墙脚下的放大脚开挖出来，宽度达到500mm，上部架体荷载传至混凝土上再传至老基础上。2.3可调丝杆支撑托换梁处的验算在托换梁处考虑采用碗扣架可调丝