历史建筑结构置换技术研究与分析

历史建筑结构置换技术研究与分析

张晓雨 1 王明铁 2

上海市合流工程监理有限公司，上海 200000

摘要：对露香园B2地块文物保护建筑1号楼的结构替换技术研究与分析，详细研究拆除过程中如何确保保留墙体的稳固，以及置换过程中新老结构的如何衔接，为历史建筑内部结构拆除置换的施工质量控制积累有益的经验。

关键词：文物；结构置换；控制

露香园项目基地处于上海城市的发源地，具有悠久历史文脉和深厚的文化底蕴，在元、明、清代和民国初期一直是上海的政治、经济、文化中心，是上海市老城厢历史风貌保护区的重要组成部分。该项目建成后，将塑造成一个将上海传统历史文脉与现代高端生活方式有机结合的新型城市空间，对历史风貌区的城市更新起到示范作用。

1工程概况

露香园一期低区共有四栋文物保护建筑（1号楼，3号楼，4号楼，8号楼）和一栋迁建保护建筑（9号楼），从施工体量和保护部位面积上看，1号楼是施工范围内最具代表性的一栋建筑，故我以1号楼的结构置换作为此次研究的对象。

1号楼位于地块西侧，万竹街和大方弄路口(大方弄现已经并入拓宽后的人民路)的东南角，三层砖、木、混凝土混合结构，双坡屋面，部分为二层、上人屋面，约建于上世纪四十年代。

房屋的建筑平面布置不规则，主体平面大体为矩形，东南角局部向南侧突出，南侧为内院。房屋的总长度33.68m(东西向)，总宽度18.35m(南北向)，主体部分的宽度12.25m，屋顶高度15.4m。

2现状调查

2.1现状外墙的质量情况

①墙体材料疏松、风化；②墙体钻孔、凿洞；③外墙立面杂草丛生。

2.2现状室内结构情况

房屋主要为砖木混合结构，局部为混凝土结构。

(1)竖向承重结构

竖向承重主要为一砖半、一砖的砖墙，墙体为粘土砖、石灰砂浆砌筑，纵横墙承重体系，南外墙及部分中部混凝土柱。

(2)水平承重结构

楼屋面结构主要为木结构，楼面木搁栅，东端、南端和西北角部分混凝土梁板结构，屋面中部有一榀木屋架，其余为硬山搁檩。

(3)基础结构

大方脚条形基础，下方素混凝土、碎石垫层，基础宽度0.70m~1.21m(含素混凝土的宽度)，目前的基础埋深约0.7m(室外地坪至混凝土底)。

2.3结构检测结论

该建筑建造于1940年左右，房屋的主体结构为砖、木、混凝土的混合结构，砖条形基础，房屋的结构体系以承受垂直荷载为主。水平向承重构件主要为木搁栅、木屋面、部分混凝土梁、板，竖向承重构件为砌体、混凝土柱、木柱，房屋无构造柱和圈梁。上海属7度抗震设防地区，由于房屋建造年代较久，原设计时未进行抗震设防，其结构体系、整体抗震性能有欠缺，较多构件的承载力、高厚比不满足要求。

受当时建筑发展及设计水平的限制，房屋的结构体系以承受垂直荷载为主，承受水平荷载和变形的能力较差，房屋的结构体系与目前的规范要求有一定差异，房屋的设计、施工等存在缺陷，总体上房屋的抗震构造与现行规范有较大差异。经过七十年的使用，房屋墙体、混凝土结构和木结构等存在老化损伤，部分楼、屋面结构的受力构造、构件承载力等也存在缺陷，房屋不均匀沉降较小，无不均匀沉降产生的裂缝损伤，但老化损伤严重，总体上存在的问题较多，存在一定的安全隐患，在后续的修缮改造过程中需进行全面修缮、改造、加固。通过对房屋现状的调查和重点保护内容的分析，该建筑的结构置换成为本案的关键和难点。

3难点分析

a.如何确保内部原结构拆除过程中对保留外墙基础的影响；

b.如何确保内部结构拆除过程中对保留外墙本体的影响；

c.如何确保内部新建结构与保留墙体的有效连接；

d.如何减少内部结构拆除过程中的震动、噪声等环境，统计了该项目能顺利完成的主要难点问题，以下为项目难点的占比统计（图1）。

图1 结构置换施工保证措施项目统计表

结论：通过项目难点的分析，确保原建筑基础安全、确保保留墙体本体安全、确保保留墙体今后的使用安全累积频率为89%，为目标实现的主要难点因素。

4设定目标与可行性分析

4.1设定目标

通过检测结论以及设计单位的结构置换方案，历保专家组及各参建方对建筑内部结构拆除完成后的保留外墙稳定性综合评估为30%。本次设定目标：①确保建筑基础的稳定，②确保保留外墙的本身稳定，③确保新建结构与保留外墙有效连接，达到安全使用的目的。最终结构置换后的保留墙体稳定性达到95%以上。

4.2目标可行性分析

（1）依据房屋检测报告的基础数据及现场实地探查情况，原始的外墙大放脚结构性能已经严重不足，内部结构拆除之前必须对原始砖基础进行加固或者承载替换。从该种方向出发可以采取新建条形基础加承台的方式予以解决。

（2）针对拆除过程中保留外墙的稳定性问题，我们可以采取增设钢架支撑的做法将保留墙

体夹牢，如此可将保留墙体形成一个单独的结构体系。拆除过程中将不会对保留墙体造成影响。

（3）新建结构施工完成后，临时加固的钢架需要拆除从而进行立面的修缮。若临时钢架拆除，将直接影响保留墙体的稳定。可在原始墙体内侧增设钢筋混凝土衬墙，衬墙钢筋与原始墙体和新建结构植筋连接，即增大原始墙体截面又加强了原始墙体与新建结构的有效连接。

通过以上分析，拆除过程中确保原始墙体稳定，新建结构与原始墙体有效连接的目标可以实现。

5制定对策

图2 历史建筑结构置换施工质量控制对策表

根据对影响建筑结构置换的主要因素分析和确定后，制定相应的对策，确保关键施工落实到位。（图2）

6对策实施

实施一：为确保建筑基础的稳定性，我们在原建筑现状基础上增设条形基础和承台，用以承托原始基础，增强原始基础的承载能力。

6.1根据现状保留墙体分布，设计条形基础的布置位置（图3）。

6.2此过程除施工保留外墙内部地基将保留墙体的大放脚包覆以外，还需将保留墙体下部每隔2m位置掏洞伸出挑梁，以确保保留墙体的结构稳定。在此基础上补设静压锚杆桩以利今后使用中的结构安全。

图3 新建条形基础平面布置图

6.3结合保留外墙原始圈梁及立面门洞的位置，合理安排钢构立柱和横纵槽钢的布置（图4~5）。

图4 钢构件平面布置

图5 钢构立面布置

实施三：对于新建结构与保留墙体有效连接的问题，根据结构设计抗震和沉降要求原始墙体与新建结构的连接既要确保老墙的安全稳定，又不能做硬性连接；拟定在保留墙体内侧增设钢筋混凝土衬墙的方式，衬墙与老墙之间种植拉结钢筋，对老墙做拉结，即增大保留墙体截面又可借助衬墙将保留墙体与内部新建结构相连，确保墙体本身的使用安全。

根据现场实际情况以及方案评审意见，衬墙施工前需在保留墙体表面粉刷2cm的防水砂浆，即提高结构稳定性也能提高墙体的防水性能。（图6）

图6 衬墙施工做法

7效果检查

目标检查和对比：通过建筑新老结构置换完成后老墙面的监测数据得知，该建筑老墙面最终沉降最大点位达到8mm，墙面倾斜率累计变化量达到0.35‰。通过对要因的改进与控制后，建筑老墙体的最大点位累计沉降值、墙面倾斜率累计变化量得到了有效控制，确保了保留墙体的结构稳定和使用安全。

总结

通过这次对保护建筑1号楼结构置换的技术研究与分析，了解到：

（1）事前分析、方针的制定和过程控制的重要性，只要对每道施工工序的质量严格控制，才能使工程的整体质量达标。

（2）历史建筑以保护为重要原则，所使用的工法既要有针对性还需要满足相关保护要求。

（3）不断学习新的技术、新的施工工艺、先进的管理方法和理念，并应用到实际施工过程中，从而创造出良好的社会经济效益