某框架結構教培中心托梁拔柱改造施工技術應用

趙允浩（上海川勤建筑工程有限公司，上海 201901）

建筑使用功能的改變直接影響結構形式，大開間，高挑空往往是老舊建筑所不具備的，為滿足不斷變化得空間使用需求，結構布局的改變難以避免，局部拆柱、改動受力墻體等屢見不鮮，受力體系改動應結合項目實際，針對不同特點具體分析，保證施工過程安全可靠及后續的使用安全。

1 某框架結構教培中心托梁拔柱改造工程概述

上海某 6 層框架結構建筑，筏板基礎，地下 1 層，層高 3.6 m，地上 6 層，首層層高 4.5 m，二層及以上層高3.3 m，原結構混凝土強度 C30，原建筑使用功能為商務辦公樓，本次改造使用功能調整為教培中心，⑧-?/- 我域為挑空中庭，為滿足建筑使用要求， 軸/⑨ 軸與 軸/? 軸 2 根框架柱需拔除，框架柱截面 600 mm×600 mm如圖 1 所示，拔柱標高 -0.050 ～11.050 m，使結構梁跨度由6 500 mm 變為 13 000 mm，結構梁受力特性變化較大，需對影響范圍內的梁柱進行加固改造。

圖1 —0.050～11.050 拔柱平面圖

根據建筑改造要求及現場實際情況，對本項目改造施工流程、施工重難點、千斤頂卸載過程控制進行細致的探討。

2 改造方案

2.1 總體加固方案

原結構布置圖：橫向 軸框架梁截面為 250 mm×650 mm，縱向 ⑨ 軸、⑩ 軸框架梁截面為 350 mm×650 mm，⑨-?/- 為原井道洞口如圖 2 所示。

圖2 改造前原結構平面示意

拔柱后，橫向 /⑧-⑨ 與 /⑨-? 軸框架梁跨度由6 500 mm 增大至 13 000 mm，采用增大截面加固；縱向⑩/- 與 ⑨/ - 框架梁跨度由 6 500 mm 增大至13 000 mm，兩端框架柱錯開 500 mm，若利用原有框梁加大截面加固，梁寬尺寸過大，無法滿足改造后的建筑要求，綜合工程結構形式及各影響因素，故采用鑿除后新做斜框梁的形式改造，組成十字轉換梁支撐上部結構荷載如圖 3所示。

圖3 改造后加固平面示意

與轉換梁相連的框架柱，受轉換梁受力特性影響，承擔豎向力增加較大，應根據結構計算結果，增大柱截面尺寸，且應保證加固后的轉換柱寬度不小于轉換梁寬度，即柱寬≥900 mm。

原井道洞口封閉，新增混凝土樓板，新增樓板鋼筋采用植筋與原結構連接。

轉換梁上部托換結構采用增設臨時鋼支撐，與框架柱組成臨時桁架，作為轉換梁施工過程中保障措施，也是保障結構安全的重要手段；轉換梁下部在擬拔除框柱兩側增設鋼牛腿設置千斤頂回頂卸載，每根柱布置兩組千斤頂，轉換梁施工完成后，布置千斤頂頂緊后切割拔柱，千斤頂卸載是托梁拔柱得核心技術與關鍵。

2.2 十字轉換梁加固

經計算，橫向轉換梁由原截面尺寸 250 mm×650 mm增至 900 mm×1 500 mm，梁側及梁底三面加大截面尺寸，縱向框架梁為新建轉換梁，截面尺寸 900 mm×1 500 mm，增大截面及新增梁混凝土強度 C35。

由于是改造項目，已建樓板面筋在加固梁及新增梁盡可能利舊且保證鋼筋連續，轉換梁上部新增受力筋均布置在原樓板板筋上部，受新增主筋植筋、新增箍筋及保護層厚度影響，轉換梁完成面高于原樓板頂面 80 mm，轉換梁箍筋的施工采用分解為 2 個 U 型件焊接而成。

轉換梁受力鋼筋與轉換柱連接采用植筋方式連接錨固，植筋深度即使將柱截面打穿也難以滿足錨固要求，本工程植筋孔禁止采用水鉆鉆孔，施工中采用電錘打植筋孔將柱截面打穿極難實現，為達到預期的錨固要求，考慮錨固深度時，除考慮原框柱打孔植筋深度外，同時將柱加大截面新增的截面尺寸一并考慮。

2.3 框架柱加固

⑨/ 與 /? 軸框架柱為外墻柱，改造后突出部分不可超過原外墻邊線，故考慮采用三面加大；內部框架柱采用四面截面加大，增大截面混凝土強度 C 35，經計算，內部柱四面各加大 200 mm，外墻柱向轉換梁方向加大 400 mm，兩側各加大 200 mm，受力鋼筋向下植入地下室底板，向上在樓面與圍套鋼板塞焊錨固。

3 改造施工重難點分析及應對策略

3.1 重點節點處理

重難點 1、由于梁跨度由 6 500 mm 增大至 13 000 mm，十字轉換梁跨中部位正好位于拔柱位置，梁底受力鋼筋必須貫通，轉換梁交叉點部位節點施工質量是本次改造重點控制工序關鍵點。

對策 1、針對跨中底筋必須貫通的要求，加固施工前，先將部分柱截面靜力切割，保留 250 mm×250 mm 芯柱不切割，切割高度應考慮截面加大高度及千斤頂尺寸及張拉行程，經深化放樣確定芯柱高度為 1 350 mm，保證雙向受力底筋貫通。

3.2 重點工序安全保障措施

重難點 2、250 mm×250 mm×1 350 mm 芯柱承載力無法承載上部保留結構荷載，存在嚴重安全隱患，拔柱過程要求科學合理，過程可控可逆，有充分安全保障措施。

對策 2、如圖 4 所示，在轉換梁上層設置型鋼支撐，與周圍混凝土柱形成臨時桁架，將擬拔柱 ⑨/ 與 ?/ 上部的豎向荷載引導傳遞至 ⑧/ 與 ?/ 框柱，保證轉換梁施工過程中的結構安全。待轉換梁澆筑完成達到設計強度后，在芯柱梁側設置兩組 250 t 千斤頂，保證千斤頂卸載拔柱過程能夠足夠支撐力，可在分步卸載的過程中監測轉換梁形變變化。

圖4 臨時鋼桁架立面布置圖

4 施工工藝及質量要求

4.1 植筋施工

放初始定位線→確定原結構鋼筋位置并做標記→放鉆孔位置十字交叉線→驗線→沖擊鉆鉆孔→清孔(三刷三吹)→隱蔽驗收→注膠植筋→固化保護。

4.2 梁柱加大截面施工

界面處理(粉刷層鑿除，接觸面鑿毛)→ 新增鋼筋(包括植受力筋、箍筋、拉結筋等)→模板安裝→混凝土澆筑→養護達到設計強度后拆模。

5 托梁拔柱整體施工流程

5.1 階段一：轉換柱及轉換梁加固

（1）地下室 -7.750 m 標高轉換柱柱加大截面施工。

（3）7.750～11.050 m 滿堂支撐搭設、監測點位布置。

（4）⑨ 軸、⑩軸 350 mm×650 mm 框架梁鑿除。

（5）⑨/ 與 ?/ 框架柱靜力切割，保留250mm×250 mm 芯柱 。

（6）7.750～11.050 m 轉換柱及 11.050 m 轉換梁加大截面施工。

（7）養護至 100% 設計強度。

（8）拆除梁模板支撐架及滿堂支撐架，鋼牛腿安裝。

他手舉風箏追趕我，卻不想風箏被一個樹枝夾到，進退不得。他喚住我，可憐兮兮的樣子不知道該怎么辦，我一把拿過風箏線，說“我來試試?！?/p>

5.2 階段二：千斤頂回頂卸載

（9）千斤頂安裝就位且維持受力狀態。

（10）臨時鋼桁架切斷。

（11）芯柱靜力切割切斷。

（12）千斤頂分步卸載。

（13）監測轉換梁變形趨勢，趨于穩定后分項驗收。

（14）從上至下依次拆除下部結構梁板及結構柱至-0.050 m。

6 施工工況一分析—⑨ 軸、⑩ 軸框架梁鑿除

框架梁拆除對周邊次梁與樓板影響較大，為保證拆改過程中的相鄰構件結構安全，采取對周邊結構設置滿堂腳手架支撐的措施，滿堂支撐架搭設同時將轉換梁支撐立桿一并搭設綜合考慮：支撐架體采用扣件式鋼管腳手架，經計算，900 mm×1 500 mm 轉換梁支撐架體系，梁跨度方向立桿間距 450 mm，梁底兩側立桿間距 900 mm，附加立桿 2根，與兩側立桿間距均分布置，步距 1 500 mm；滿堂支撐架立桿間距 900 mm×900 mm，步距 1 500 mm。

框架梁拆除采用風鎬人工破碎鑿除，破碎結構梁前，先將框架梁邊樓板開槽，槽寬 200 mm，保留樓板鋼筋不斷開，開槽目的意在減少鑿除震動對相鄰結構的影響；原梁柱節點縱向受力主筋保留 2 000 mm 不切斷，作為抗剪鋼筋使用。

7 施工工況二分析—⑨/ 與 ?/ 框柱切割、保留芯柱

芯柱切割前，①臨時鋼桁架已安裝完畢；②周邊滿堂腳手架支撐架已搭設；③350 mm×650 mm 框架梁已鑿除；④梁柱加大截面表面鑿毛作業已完成；⑤各構件植筋孔打孔作業已完成；⑥芯柱底部位鋼牛腿埋板螺栓孔打孔完成，各工序施工均驗收合格。保障柱截面削弱切割芯柱作業過程中L 軸框架梁的結構穩定及施工安全；同時避免芯柱切割完成后，再出現震動作業對芯柱擾動。

框架柱截面 600 mm×600 mm，切割高度 1 350 mm，保留芯柱截面 250 mm×250 mm，切割芯柱為靜力切割作業，在柱表面放線,標記切割線位置,采用水鉆鉆孔，鉆頭直徑 40 mm 在柱上打對穿孔，金剛鏈繩鋸靜力切割，由于要求保留芯柱尺寸精度要求高，增設導向輪，引導控制繩鋸切割面精度。

芯柱切割完畢后，立刻組織人員進行轉換梁施工，待混凝土強度達到 100% 設計強度后，拆除轉換梁支撐及滿堂腳手架支撐，焊接安裝鋼牛腿如圖 5 所示。

圖5 中庭柱卸載節點詳圖

8 施工工況三分析—千斤頂回頂卸載

8.1 拔柱前準備工作

①檢查鋼牛腿焊縫質量、焊縫長度、焊腳高度、加勁板數量位置等，保證鋼牛腿受力性能；②千斤頂安裝至指定位置，千斤頂中心距離芯柱邊距離相同，避免千斤頂負重后受力不均傾斜或翻倒；③檢查千斤頂底部是否平整穩固，并且將油污清理干凈防止受力時打滑，發生安全事故；④安裝完成后將千斤頂擦拭干凈，測試千斤頂的工作狀態，檢查各部件是否靈活；⑤配合第三方監測單位布置監測點，現場清理，確定最佳觀測點；⑥以交底會議形式，對參加拔柱作業的全部人員進行書面安全技術交底，包含且不限于現場管理人員、施工作業班組、設計方、監理方、業主方等，明確拔柱作業流程，各施工工序先后順序，施工措施、危險源、安全措施、應急措施等；⑦根據專項方案中應急預案要求，配備應急物資、應急照明、備用千斤頂、急救藥箱等。

8.2 卸載方案

設計計算變形為 12 mm，異常變形報警限值為 25 mm，計劃分 3 次卸載過程實施,第一次卸載 3 mm，第二次卸載10 mm，第三次卸載 16 mm。

如圖 6 所示卸載方案利用千斤頂的自鎖功能，兩組的四個千斤頂同步卸載，監測單位全程同步監測卸載過程中各監測點位移變化。卸載過程中，觀察千斤頂是否與轉換梁底面脫開，判斷轉換梁結構受力是否達到設計狀態。

圖6 中庭柱卸載千斤頂布置圖

8.3 截柱卸載程序

（1）步驟一:兩組千斤頂布置到位，加壓頂緊至轉換梁梁底，每臺千斤頂加載 50 KN；

（2）步驟二:臨時鋼桁架切斷,先切斷 /?-? 軸鋼構件，穩定 15 分鐘,再切斷 /⑧-⑨ 軸鋼構件，千斤頂頂升力無變化；

（3）步驟三:芯柱切斷分 2 組執行,采用繩鋸靜力切割切斷, 鋸繩珠徑 11.5 mm,首先切斷11軸芯柱，第一道切斷位置貼近梁底,切斷瞬間千斤頂 C 頂升力增加至 75 kN,千斤頂 D頂升力無變化，穩定 15 min,第二道切割部位自芯柱切割面向下 50 mm，此空隙作為卸載過程中轉換梁形變空間，同時若出現異常情況，可迅速用應急鋼板將此空隙填實; 重復上述步驟切斷 9 軸芯柱, 第一道切斷瞬間，千斤頂 A 頂升力增加至 100 kN,千斤頂 B 頂升力無變化，千斤頂 C 頂升力增加至 100 kN,千斤頂 D 頂升力無變化，穩定 15 min，自芯柱切割面向下 50 mm 切割第二道；此時上部荷載通過轉換梁轉移至回頂千斤頂，受力狀態為千斤頂與轉換梁共同受力。

實際卸載過程中未出現異常情況，第一次卸載完成后，千斤頂與轉換梁脫開，同步監測跨中最大撓度為 0.8 mm，卸載完成后 72 h 每 12 h 監測一次，最終撓度變化 1.1 mm，經各方認可，驗收合格后，從上至下依次拆除下部結構梁板及結構柱至 -0.050 m。

8.4 數據偏差原因分析

托梁拔柱施工完成后，針對設計計算變形與實際變形數值差異和同一芯柱兩側千斤頂回頂力數值差異進行討論分析，總結出以下原因：

原因 1：轉換梁跨度 ＞4 m，施工時已按照規范要求(0.1%～0.3%)起拱，施工時起拱值 20 mm，起拱減小了轉換梁的實測撓度，導致數值差異。

原因 2：轉換梁由于起拱，梁底面不是完全水平，千斤頂與接觸面不能完全貼合，同時千斤頂中心至芯柱的距離不完全相等，導致了同一芯柱兩側千斤頂回頂力數值差異。

9 結 語

綜上所述，托梁拔柱施工工況復雜、專業性強、施工難度大、各工序施工要求高，項目的成功實現，離不開設計階段和施工過程中的緊密配合，各環節的精細化管理和控制是保證托梁拔柱施工安全的保障。

本項目是以梁柱增大截面法加固、臨時鋼桁架輔助，千斤頂托換卸載的托梁拔柱改造工程，項目成功實施，在實施方案策劃，施工部署，工藝選擇，工序質量控制，資源整合等諸多方面均取得較好效果，希望能為同類項目提供參考。