張鴻梅 劉 威

近年來,隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高,業(yè)主對既有砌體房屋格局和空間的改造需求日益增多[1]。其中磚混結(jié)構(gòu)房屋的改造在舊房改造中占有相當(dāng)大的比例。采用托換技術(shù)可以使結(jié)構(gòu)體系實(shí)現(xiàn)順利轉(zhuǎn)換,實(shí)現(xiàn)建筑物的空間改造。本文要介紹的槽鋼砌體組合托梁技術(shù)就是先施工成組合墻梁,待組合墻梁形成后,再拆除被托換的墻體,現(xiàn)結(jié)合工程實(shí)例進(jìn)行詳細(xì)論述。

1 工程概況

延吉北大某住宅樓,6層磚混結(jié)構(gòu),主臥室進(jìn)深為6 m,開間為3.6 m,洞口尺寸為2100 mm×900 mm,該樓2層某住戶為方便使用,要求對主臥室門洞進(jìn)行改造,改造前后平面布置如圖1所示(圖中原、新洞口分別簡稱為洞1、洞2)。

2 結(jié)構(gòu)改造設(shè)計(jì)與施工

2.1 洞1結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)與處理

考慮到兩洞口之間墻體受壓承載力,需在處理洞2前,妥當(dāng)處理洞1。因此,為了充分利用洞1的承載作用和配合洞2的施工,洞1的施工分兩步進(jìn)行,方案如下:1)砌筑黏土磚墻:砌墻之前,對洞1四周做馬牙槎或植拉結(jié)筋處理[4],灑水濕潤,以增加新舊墻體的粘結(jié)。砌新墻時(shí),用高一個(gè)標(biāo)號(hào)的水泥砂漿砌筑,對搭接處重點(diǎn)處理,務(wù)必保證新舊墻體的粘結(jié)和整體性。新墻高度1800 mm,等于原寬,預(yù)留300 mm×900 mm(見圖1)。2)澆筑膨脹混凝土:對洞1預(yù)留部分澆筑膨脹混凝土,使新舊墻體形成一個(gè)整體,共同承擔(dān)荷載,施工步驟:首先,待新墻強(qiáng)度達(dá)75%以上時(shí),開始對預(yù)留洞口澆混凝土;其次,澆混凝土前,洞口周圍灑水濕潤;再次,澆筑時(shí),分段澆筑,即 1/3段澆筑一次,并邊澆筑邊插棒振搗,保證混凝土的連續(xù)均勻性;最后,對模板螺栓施擰,擰緊到80%左右時(shí)停止施擰,待混凝土初凝過后,再徹底擰緊模板螺栓。

2.2 槽鋼砌體組合托梁法實(shí)現(xiàn)墻體開門洞

1)設(shè)計(jì)方案:因該墻為承重墻,門洞上方直接有樓板和墻體等荷載。傳統(tǒng)技術(shù)是墻體不拆除就無法將托梁安裝,只能通過墻體扶壁柱托換的方法解決此問題,施工過程復(fù)雜,耗時(shí)長[5]。采用槽鋼砌體組合托梁就能很好的解決此問題。本工程托梁采用2根[14a槽鋼直接扣進(jìn)墻體灰縫,并用φ 8@250的鋼筋將其固定而成。2)施工順序。a.鑲嵌槽鋼:用尺測量,定開洞位置,用φ 10鉆機(jī)沿量好的墻體水平灰縫鉆孔,鉆1400 mm×10 mm的水平孔洞,以便槽鋼鑲嵌,但該孔不鉆穿(因[14a槽鋼翼緣寬度為58 mm,兩個(gè)加起來僅116 mm,而墻厚240 mm[4,6]),余墻可繼續(xù)承擔(dān)荷載。具體操作時(shí),先鉆其中一面,鉆好后,灑水濕潤,灌入水泥凈漿,將一根[14a槽鋼鑲?cè)氩壑?固定后再鉆另一面,鉆完后,同理鑲嵌另一根槽鋼。b.穿焊箍筋:用φ 10鉆機(jī)在槽鋼上下端豎向磚墻灰縫中鉆孔,間距250 mm,孔需鉆穿,順孔插入φ 8鋼筋,用焊機(jī)對鋼筋和槽鋼搭接處施焊,使上下兩排鋼筋與槽鋼形成一個(gè)整體,然后處理鋼筋與槽鋼安裝焊接過程中遺留的空隙,加壓注水泥凈漿,填充密實(shí)。

3 施工要求

1)新舊洞口內(nèi)壁在施工前都應(yīng)灑水濕潤處理。2)待洞1處后澆混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的75%以上,才能把洞2處托梁下方的墻體拆除[4,6]。3)據(jù)抗震要求,洞2位置必須距離外縱墻500 mm以上[7]。4)施工順序:洞1砌墻→洞2部位鑲嵌槽鋼并焊接箍筋→洞1澆筑混凝土→拆除洞2托梁下方墻體。

4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)驗(yàn)算

對此工程進(jìn)行強(qiáng)度、撓度、構(gòu)造要求等驗(yàn)算,并結(jié)合竣工后實(shí)際使用情況,判斷原方案可行。據(jù)此成功經(jīng)驗(yàn),嘗試計(jì)算更大開間,經(jīng)計(jì)算,當(dāng)開洞1500 mm時(shí)亦可行,故用ANSYS對開洞1500 mm時(shí)進(jìn)行模擬分析,結(jié)果可行。分析步驟如下。

4.1 驗(yàn)算現(xiàn)有洞口

查資料[4,8],結(jié)合實(shí)際情況,計(jì)算知荷載設(shè)計(jì)值為113.21 kN/m,因梁端錨固長度滿足構(gòu)造要求,且槽鋼中的砌體加強(qiáng)了槽鋼的穩(wěn)定性,故只需驗(yàn)算抗彎性能。

當(dāng)開洞900 mm時(shí),托梁跨中彎矩為:

查資料[6],槽鋼截面抵抗矩為:Wx=80.5 cm3,抗彎強(qiáng)度:

未考慮塑性發(fā)展系數(shù)及槽鋼自重,滿足要求。

4.2 拓展洞口設(shè)計(jì)驗(yàn)算

當(dāng)開洞1500 mm時(shí),根據(jù)實(shí)際情況,將托梁簡化為兩個(gè)模型。

4.2.1 梁模型

1)基本假設(shè)。a.由于鋼筋與槽鋼的連接,使兩根槽鋼形成一個(gè)整體受力體系,加之中間砌體支撐,整體穩(wěn)定問題不存在,其承載能力可由強(qiáng)度控制。b.因槽鋼端部與磚墻具有足夠的搭接長度,故可認(rèn)為槽鋼兩端位移邊界條件為簡支。c.不考慮槽鋼內(nèi)部磚墻的有利作用,即從偏安全考慮,可簡化受力模型為兩根槽鋼組成的簡支梁,荷載二者平均分擔(dān)。

2)強(qiáng)度計(jì)算。

未考慮塑性發(fā)展系數(shù)及槽鋼自重,滿足要求。

4.2.2 殼模型

采用Shell181單元模擬槽鋼,Beam188模擬鋼筋,并采用耦合節(jié)點(diǎn)位移的方式來模擬內(nèi)部磚墻的作用。

1)基本假設(shè)。a.因磚墻的內(nèi)部填充及磚墻本身抗壓性能,可認(rèn)為槽鋼上下翼緣在豎向位移上一致。b.因槽鋼之間采用鋼筋焊接形成整體,故可采用共節(jié)點(diǎn)方式模擬鋼筋作用。c.不考慮磚墻承載能力,所有外荷載由兩槽鋼承擔(dān)。d.邊界條件:兩端簡支。

2)有限元模型。對槽鋼上下翼緣 Uz方向進(jìn)行耦合;為更好地模擬簡支邊界條件,對槽鋼上翼緣施加Uz方向的位移,對槽鋼下翼緣施加Ux,Uz方向的位移;荷載以均布方式施加在上翼緣?？缍?L=1500 mm,外載PRES=-1 N/mm2(考慮槽鋼自重)。

3)有限元結(jié)果分析。a.豎向最大撓度2.116 mm;b.最大M ISES應(yīng)力 230.977 MPa,位于支座端;c.槽鋼最大MISES應(yīng)力230.977 MPa,位于支座端;d.槽鋼跨中最大應(yīng)力δx=170.514 MPa,位于上翼緣。

4)數(shù)據(jù)整理與對比。

得出結(jié)論:1)采用梁單元分析的模型更偏于安全。2)此種托梁方式在理論上可行。

5 結(jié)語

該工程實(shí)踐與理論分析表明,上述的設(shè)計(jì)及施工方案在實(shí)際砌體房屋改造工程中施工方便、快捷省時(shí)、技術(shù)合理,具有較好的可行性,為實(shí)際砌體房屋洞口改造提供了成功的經(jīng)驗(yàn),供廣大設(shè)計(jì)者參考。此外,槽鋼砌體組合托梁技術(shù)在大開間改造方面,將會(huì)有更廣闊的發(fā)展與應(yīng)用前景,筆者將對大開間時(shí)的力學(xué)性能和施工要點(diǎn)作進(jìn)一步試驗(yàn)研究論證。

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[9]劉孟良.普通磚砌房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)[J].山西建筑,2008,34(4):78-79.