吳 兵

(安徽省建筑設(shè)計研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230000)

1 工程概況

南京東路179號街坊是一塊成片歷史保護(hù)建筑區(qū)，2005年被確認(rèn)為“上海市中心城歷史文化風(fēng)貌區(qū)范圍”改造地塊，內(nèi)含多棟歷史保護(hù)建筑，均有約百年歷史，位于南京路步行街與外灘中間。文獻(xiàn)[1]已對該商業(yè)舊區(qū)改造項(xiàng)目進(jìn)行了較全面介紹，并對其中最為復(fù)雜的新康大樓改造過程中的臨時支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行了詳細(xì)闡述。本文著重介紹其中較為復(fù)雜的美倫南樓改造過程(圖1)。截至目前，該建筑臨時支撐結(jié)構(gòu)已完工，內(nèi)部新建結(jié)構(gòu)也已施工至第三層，項(xiàng)目進(jìn)展順利，臨時支撐結(jié)構(gòu)很好地起到了預(yù)期作用，在改造過程中保證了外墻的整體穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)了沿街立面風(fēng)貌的完整保留。

圖1 美倫南樓示意圖

美倫南樓位于該地塊西南角，依據(jù)改造要求，需保留沿街兩面外墻(西面和南面)，內(nèi)部結(jié)構(gòu)全部拆除。美侖南樓位于新康大樓北側(cè)，建造年代為1919～1921年，沉降差177 mm，向東傾斜9.3‰，向南傾斜7.1‰，與新建基坑最小距離16.7 m，受基坑影響較小。實(shí)際美倫大樓包括美倫南樓、東樓和西樓，改造后三棟樓合為一棟，另兩棟較為簡單，故不在本論文討論范圍內(nèi)。保護(hù)性歷史建筑改造是一種趨勢，項(xiàng)目也不斷增多[2-5]，但類似本項(xiàng)目將內(nèi)部結(jié)構(gòu)完全掏空的改造方式并不多見，其風(fēng)險也相對較大。

2 工程難點(diǎn)及技術(shù)方案

2.1 工程難點(diǎn)

美倫南樓較新康大樓簡單，但其工程難點(diǎn)也具有一定的共性[1]，簡要概括為以下幾點(diǎn)：

(1)保留外墻強(qiáng)度較弱容易失穩(wěn)破壞。美侖南樓建造年代為1919～1921年，約百年歷史，通過前期檢測[6]，墻體自身強(qiáng)度較弱，拆除的過程中容易破壞，且該項(xiàng)目外臨繁華的南京東路商業(yè)街，過往人口密度非常大，外墻失穩(wěn)倒塌將會造成嚴(yán)重的工程事故和人員傷亡，因此必須考慮墻體在各種荷載下的自身穩(wěn)定，以及各種加固加強(qiáng)措施、非保留墻體拆除過程中施工方式的影響。

(2) 內(nèi)部結(jié)構(gòu)拆除過程中及拆除后保留外墻整體性及穩(wěn)定性較差。內(nèi)部結(jié)構(gòu)拆除過程中，結(jié)構(gòu)體系在發(fā)生變化，原本完整的框架結(jié)構(gòu)梁板柱均被拆除形成懸臂的單面墻體，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性將會非常之差，必須采取可靠的臨時支撐結(jié)構(gòu)保證懸臂外墻的穩(wěn)定性[1](圖2)。另外，美倫南樓僅保留兩面外墻，內(nèi)部結(jié)構(gòu)拆除后，僅剩兩面外墻無法形成完整的結(jié)構(gòu)體系，結(jié)構(gòu)的整體性同樣非常之差。

圖2 內(nèi)部結(jié)構(gòu)拆除

(3) 臨時支撐結(jié)構(gòu)對保留外墻外貌的破壞。對于薄弱的南面外墻需要外包鋼框架防止保留外墻失穩(wěn)，支撐體系部分需要與外墻連接，對其外貌會造成一定的破壞；另外在拆除過程中保留外墻由于變形也不可避免出現(xiàn)裂縫。因此采用合理的支撐體系方案和連接節(jié)點(diǎn)、“修舊如舊”的修繕技術(shù)，保證保留墻體的原有風(fēng)貌，非常關(guān)鍵[1]。

(4) 原結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)無法承受外包鋼框架的豎向荷載作用，會造成結(jié)構(gòu)傾斜沉降。外包鋼框架重量較大，若直接落在原有基礎(chǔ)之上，必定會造成整個建筑較大的傾斜沉降，所以在臨時支撐結(jié)構(gòu)施工之前，必須完成保留外墻的基礎(chǔ)加固工作。

2.2 技術(shù)方案

美倫南樓改造的技術(shù)方案基本類似于新康大樓，實(shí)際改造過程美倫在前，新康在后.美倫南樓的改造方案已經(jīng)得到了很好地實(shí)踐，也為新康大樓的后期改造打下了基礎(chǔ)。此處不再對技術(shù)方案做詳細(xì)介紹，具體方案可參見文獻(xiàn)[1]，此處簡要概括如下:①保留外墻基礎(chǔ)加固;②保留外墻墻體加固；③保留外墻門窗洞口加固;④采取可靠的臨時支撐體系。雖然技術(shù)難點(diǎn)及解決方案類似，但實(shí)際臨時支撐結(jié)構(gòu)的設(shè)計是完全不同的。

3 臨時支撐方案設(shè)計

美侖南樓共六層，外墻高度24.2 m，僅保留南側(cè)和西側(cè)兩面墻體，北側(cè)和東側(cè)墻體以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)完全拆除，拆除后結(jié)構(gòu)體系不完整。根據(jù)前期檢測[6]了解到原結(jié)構(gòu)存在較多薄弱位置，如4、5兩層的愛奧尼克圓柱偏心，故在南側(cè)整面墻體外包鋼框架，鋼框架正對原結(jié)構(gòu)框架柱處，通過鋼連梁拉結(jié)，在門窗洞口處，直接穿過，這樣即能保證鋼框架與原結(jié)構(gòu)形成統(tǒng)一的整體，實(shí)現(xiàn)力的可靠傳遞，又能提高結(jié)構(gòu)整體剛度。根據(jù)現(xiàn)場測繪結(jié)果，美侖南樓部分墻體為鋼筋混凝土墻，結(jié)構(gòu)體系為鋼筋混凝土梁、柱、墻混合承重體系，類似于目前的框-剪結(jié)構(gòu)體系，但畢竟結(jié)構(gòu)年代久遠(yuǎn)，保守考慮，需保留的兩面外墻僅視作兩榀框架，忽略鋼筋混凝土墻體的作用，但假定各梁柱等主要承重結(jié)構(gòu)可靠，墻身自身穩(wěn)定。為了達(dá)到既保留外墻立面的歷史風(fēng)貌，又不影響內(nèi)部結(jié)構(gòu)施工的目的，在拆除內(nèi)部結(jié)構(gòu)的同時還需對外墻進(jìn)行臨時支撐。結(jié)合多方意見，綜合考慮之后，借助無需拆除的美侖北樓來設(shè)置臨時支撐結(jié)構(gòu)體系，分別在南面和西面墻體端部分兩層(頂層及第三層)設(shè)置平面鋼桁架支撐與美侖北樓相連?？紤]到南樓與北樓之間距離較遠(yuǎn)，利用核心筒進(jìn)行過渡，核心筒由4根Ф402×9焊接圓管柱及其腹桿組成的格構(gòu)柱構(gòu)成，核心筒及平面鋼桁架支撐設(shè)置需避開新結(jié)構(gòu)，避免影響后期新建結(jié)構(gòu)施工；另為增強(qiáng)結(jié)構(gòu)完整性，在角部設(shè)置八字角撐。最終形成的保留外墻臨時支撐結(jié)構(gòu)體系如圖3所示。

圖3 保留外墻臨時支撐方案

4 臨時支撐結(jié)構(gòu)分析

美倫南樓拆除后原結(jié)構(gòu)為兩片單框架墻體，新加臨時支撐結(jié)構(gòu)包含鋼框架，格構(gòu)式核心筒，以及平面桁架支撐，結(jié)構(gòu)體系復(fù)雜，采用空間結(jié)構(gòu)分析軟件Midas Gen對上述結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行分析。計算模型如圖4所示，各構(gòu)件尺寸詳見表1。

圖4 美倫南樓臨時支撐模型圖

表1 結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸

所有鋼材型號均為Q235B。該臨時支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限為5年，實(shí)際存在時間1～2年。

4.1 荷載取值

本項(xiàng)目主要考慮以下荷載：

(1)恒載：結(jié)構(gòu)自重由程序自動考慮。

(2)墻體傾斜荷載：根據(jù)檢測報告[6]，外墻存在7.1‰～9.3‰的傾斜，按不利荷載考慮，以力平衡原則將墻體自重考慮傾斜后折算為水平荷載，以恒載的形式水平作用于墻頂，此值取0.7 kN/m。

(3)風(fēng)荷載：基本風(fēng)壓w0=0.55 kN/m2，體形系數(shù)μs=1.3，風(fēng)振系數(shù)β=2，C類場地。風(fēng)荷載起主要控制作用。

4.2 計算分析結(jié)果

通過計算分析，該方案最大位移發(fā)生在頂層南面墻頂中部偏左位置，為30.4mm，位移云圖如圖5所示。從位移云圖可看出，由于南面墻的頂部退界導(dǎo)致該位置剛度較弱，結(jié)構(gòu)位移較大。針對薄弱位置，通過外包鋼框架，效果是比較明顯的，未發(fā)生較大位移。各構(gòu)件進(jìn)行驗(yàn)算，均滿足設(shè)計要求，應(yīng)力比最大約0.5，應(yīng)力比較大的構(gòu)件主要為外包鋼框架的對拉鋼連梁，該方向的側(cè)向剛度較弱，如圖6所示。平面鋼桁架支撐的設(shè)置增加了結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度，也增強(qiáng)了結(jié)構(gòu)的整體性，形成了一個相對封閉的結(jié)構(gòu)體系，力得到了合理傳遞。

圖5 整體變形

圖6 應(yīng)力比

4.3 關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)設(shè)計

(1)臨時支撐結(jié)構(gòu)相關(guān)連接節(jié)點(diǎn)設(shè)計。重要的連接節(jié)點(diǎn)有3個，如圖7所示。最關(guān)鍵的為鋼梁與原結(jié)構(gòu)外墻的連接節(jié)點(diǎn)，一方面需要實(shí)現(xiàn)力的可靠傳遞支撐住整個外墻，另一方面需要最大限度上降低對外墻的損壞。通過外墻加設(shè)埋件的方式實(shí)現(xiàn)連接，連接節(jié)點(diǎn)均布置在外墻框架柱上，該處墻體外側(cè)無復(fù)雜花飾，后期修復(fù)較簡單且連接可靠。另較重要的節(jié)點(diǎn)為平面鋼桁架支撐的兩端連接節(jié)點(diǎn)，該節(jié)點(diǎn)承擔(dān)著整個結(jié)構(gòu)力的傳遞，其連接是否可靠，直接影響著整個結(jié)構(gòu)的安全。為便于安裝及后期拆除，采用高強(qiáng)度螺栓連接。

圖7 典型連接節(jié)點(diǎn)

(2)保留圓柱支撐加固設(shè)計。美倫南樓4、5層需保留的圓柱，單根重達(dá)9 t且與下層柱不在同一軸線上，內(nèi)部結(jié)構(gòu)拆除之后存在傾覆的危險，保留難度非常之大。在柱墩下部豎立2根H400型鋼柱作為臨時支撐，解決偏心問題，同時型鋼柱支撐與鋼框架拉結(jié)形成整體，為使型鋼柱與柱墩底部頂緊，在鋼柱頂預(yù)留500 mm接頭后做，具體做法如圖8所示。

圖8 保留圓柱支撐加固做法

5 結(jié)束語

文獻(xiàn)給[1]已對南京東路179號街坊保護(hù)性歷史建筑群改造項(xiàng)目進(jìn)行了詳細(xì)介紹，本文著重對其中較復(fù)雜的美倫南樓臨時支撐方案設(shè)計進(jìn)行詳細(xì)闡述。該方案已通過上?？萍嘉瘜＜医M評審，在美倫南樓拆除以及后期改造新建過程中對所保留的外墻起到了很好的保護(hù)作用，外墻未出現(xiàn)嚴(yán)重?fù)p壞；結(jié)構(gòu)新增傾斜沉降量很??；由于臨時支撐結(jié)構(gòu)布置合理，對后期內(nèi)部新建結(jié)構(gòu)施工未形成干擾。目前該項(xiàng)目已改造完成，新建結(jié)構(gòu)與保留外墻實(shí)現(xiàn)了可靠拉結(jié)。保護(hù)性歷史建筑是具有重要?dú)v史意義與影響的建筑，其改造過程中需考慮的因素較多，該項(xiàng)目改造方式和相關(guān)技術(shù)對類似工程具有一定的參考價值。