历史建筑的施工方法论文

历史建筑的施工方法论文

　　１结构改造中设置支撑的方法

　　１）建筑物外侧支撑。历史建筑一般为１～４层，墙体需要楼盖提供水平方向的支撑，拆除楼屋盖后，墙体将成为自由墙体，稳定性往往不满足自身或风荷载作用下的稳定性要求，需要设置支撑来保证其在平面外的稳定性。图２中给出的是隔一段距离设置一道支撑，具体的间距需要根据墙体的厚度、高度等确定。这种方法需要较多的支撑材料，采用钢结构可以循环使用，以降低成本。２）建筑物内侧支撑。当建筑物外部空间受到限制，可以在内部设置支撑，由于内部尚需要进行施工操作，支撑的位置应选择既能保证墙体稳定又不妨碍施工处。利用窗间垛设置支撑是常用的方法（见图３）。支撑的间距同样需要依据墙体的情况计算确定。当房屋的进深较大时，相应支撑构件的尺寸需要加大，甚至需要在室内增设竖向支撑。３）建筑物内侧附加横墙。横墙的存在将使纵墙的稳定性增强，现行《砌体结构设计规范》也主要依据横墙的间距将房屋的计算模型分为弹性、刚弹性及刚性３种［５］，如表１所示。

　　２砖混历史建筑改造的自支撑施工方法

　　２．１基本思想

　　利用既有结构构件作为施工期间的水平支撑，拟拆除的构件也暂时不拆除，而等到施工到相应位置时再行拆除，以发挥其支撑作用，减小墙身的自由高度，提高墙体的稳定性和抗风能力，免除支撑结构的支出成本，保证结构施工期间的安全，提高经济效益。

　　２．２自支撑施工方法工序

　　首先需要进行新增结构的基础施工，基础主要由人工进行，对空间要求不高，不需要拆除二层楼盖。基础达到一定强度后，开始一层柱的施工，在不拆除二层楼盖的情况下，可以施工到二层楼盖底部。柱与既有外墙做好拉结，实际上形成了组合柱，柱对既有外墙的稳定提供帮助，如图５（ａ）所示。之后可进行二层楼盖的拆除，如图５（ｂ）所示，进行二层楼盖的施工。待二层楼盖达到一定强度，继续进行二层柱的施工，同样可以在不拆除三层楼盖的条件下，将柱施工到三层楼盖底部，见图５（ｃ）。之后拆除三层的楼盖，如图５（ｄ）所示。以此类推，直至屋面的拆除与施工。在以上的施工过程中，墙体至多有两层的自由计算高度，即在拆除楼盖后、楼盖形成结构之前。对于静力满足刚性方案和刚弹性方案的情况，经验算墙体较易满足自身及风荷载作用下的稳定性要求。在计算中，并未考虑已形成的柱对墙体的有利影响。另外，楼盖可以分段拆除，以便最大限度地利用其对墙体的支撑作用，尤其当墙较长时，其作用更加明显。

　　３自支撑施工时的墙体安全验算

　　３．１竖向荷载作用下的验算

　　历史建筑的楼层一般不多，外墙比较厚，竖向承载力一般不控制设计，在拆除楼板后，墙身计算长度增大，但相应的荷载也减少。满足高厚比限值要求的墙，其竖向承载力一般不成问题。可按规范允许高厚比来衡量墙体在竖向荷载作用下的稳定性。高厚比按式（１）计算，不考虑修正系数。式中：Ｈ０为墙体计算高度，ｈ为墙体厚度，β为墙体高厚比。

　　３．２风荷载作用下的验算

　　在计算风荷载时，注意风载体型系数因施工方法不同而不同。传统的施工方法是拆除屋盖、楼盖，墙体的风载系数为１．３；而在自支撑施工法中，不拆除屋盖，所以建筑物是封闭的，墙体的风载系数为０．８（背风面风载系数０．５）［６］，墙体所受到的风荷载小，更易做到安全。

　　３．２．１刚性方案

　　刚性方案的房屋，楼面刚度较大，在水平荷载作用下，位移很小而忽略不计，相当于墙体在楼盖处有不动铰支座，墙、柱可视为竖向连续梁。如图６所示，在左侧迎风面水平风荷载作用下，右侧墙体对左侧墙体并没有影响，左侧墙单独受迎风面荷载。为对一般的情况有个较实用的估计，选取１ｍ长墙段，以简化的一榀排架作为计算单元，进行分析计算。选取的计算对象为３层房屋，每层的层高均为４ｍ，施工中拆除２层楼盖后，相当于形成底层８ｍ高、上层４ｍ高的两层框架［７］。计算基本风压从０．２ｋＮ／ｍ２变化至１．０ｋＮ／ｍ２的不同地面粗糙度的情况，结果如图７所示，其中零应力线为在自重和风荷载作用下，墙体边缘应力刚好为０的情况，也是墙体底部不出现拉应力的界限，此线以下均为安全。同时给出了砂浆为Ｍ２．５时的应力线，这对应着《砌体结构设计规范》（ＧＢ５０００３－２０１１）中的最低砌体强度值。此线仅供参考，因为在历史建筑中有砂浆不足Ｍ２．５的情况，应用时应慎重。

　　３．２．２刚弹性方案

　　刚弹性方案房屋的横墙间距较刚性方案房屋的大，不足以对纵墙形成不动铰支座的支承条件，可通过空间性能影响系数来体现其相对的刚度差异。在历史建筑中，属于刚弹性方案的情况并不多，为全面起见，也按此方案进行了分析，其计算简图如图８所示。与上面采用相同的计算模型，以横墙间距２０ｍ的情况为例计算，此时空间性能影响系数为０．３５。由于刚弹性方案房屋计算模型系在刚性模型基础上附加一组水平力，墙体所受到的力较刚性方案大，４９０ｍｍ厚墙体较难满足要求，图９给出的是６２０ｍｍ厚和７４０ｍｍ厚墙体的情况。０应力线以下的情况不需做验算，更多的情况需要检测一下墙体的砌体及砂浆的强度，核算其抗拉承载力，经计算确定。由于大部分地区属基本风压小于０．５ｋＮ／ｍ２，所以条件比较容易满足，从而可以按照自支撑施工方法进行施工。在哈尔滨工业大学校部楼和哈尔滨第八百货商店等砖混历史建筑的改造中，按此方法进行施工，圆满地完成了改造任务［９－１０］，由于地基已经多年沉降趋于稳定坚实［１１］，工程中未考虑新旧基础的内力重分配。

　　４结束语

　　利用既有房屋的楼、屋盖作为施工时的支撑，保证墙体在施工室内的新增柱、梁、板期间风荷载作用下的安全，在技术上是可行的，按本文的方法，至多形成两层高的无支撑高度，经验算，对适用于绝大多数的刚性方案房屋是满足墙身自身安全要求的。对于刚弹性方案房屋，一些情况下需根据墙体及风荷载的大小验算确定是否适用，由于刚弹性方案房屋所占比例较小，这一方法应用面很广，为历史建筑的改造技术提供了一种参考。

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