历史风貌建筑——美国兵营保护性加固与结构更换分析

□文/乔小明 高志强 高象轩

1 工程概况

美国兵营坐落于和平区烟台道与大沽北路交口，主体约建成于1913年，砖木结构，属于天津市历史风貌建筑。由于建筑物较久远且在不同时期均经历过自然灾害等因素影响，为避免因其自身结构和外界环境因素影响建筑的使用寿命，故需对该建筑进行全面修缮。

该建筑内部结构已几乎全部拆除，仅剩外墙和内部木梁，整体结构存在安全隐患，为保证修缮施工安全，需将外墙临时加固稳定，做好全面的保护排险工作。在修缮中需要进行地基基础加固和主体结构更换，地基基础加固是结构加固的重要前提，而主体结构更换则是将原有木结构更换为钢筋混凝土框架结构。

2 外檐墙体保护排险方案

建筑除外围墙体和中部的内横墙及木梁被保留外，其他所有室内墙体均已被拆除。在内部木框架保留状态下，对现有结构的受压承载力、抗剪能力进行验算，结果显示其受压承载力、受剪承载力不足，需增加外围保留墙体的整体稳定性，以确保施工过程安全。

原有设计方案拟采用新加钢结构进行外围墙临时加固，根据现状及工期要求并经过多次对比论证，一致认为采用安德固脚手架比新加外围钢结构保护体系结构更为适用本工程。

1）安徳固脚手架施工方便，架体灵活，搭拆快捷，可以缩短工期。此工程属于天津市重点工程，工期十分紧迫，采用钢结构保护体系施工周期较长，而安徳固架体则可以将外檐墙体加固时间缩短到最低，适用于工期紧迫的工程。

2）安徳固脚手架能够适用现有场地施工，不需要占用较大场地。现场场地狭小，工作面有限，使用安徳固脚手架不需占用较大场地，可以满足现场施工要求。而钢结构体系则需要较大的工作面，在现场场地有限的条件下不能满足施工要求。

3）安徳固脚手架对墙体加固方式灵活，不会对原墙体产生破坏。安徳固架体由外径为48mm的杆件组成双排及三排架为主体结构的外墙架并且在原建筑窗口四角部位伸进水平钢管，对窗间承重墙体形成“环箍”，提高其内外两个方向的抗侧能力，所有与墙体连接均采用“箍、夹、背”的方式进行处理，以达到了保护墙体稳定性的目的。而钢结构保护体系整体较为笨重，施工搭设时也容易对墙体产生磕碰等破坏。

4）安徳固脚手架稳定性强，能够形成内外整体网架。安徳固脚手架使用的钢管采用Q345B低碳合金钢材质，架体由外径为48mm的杆件组成双排及三排架为主体结构的外墙架，形成内外整体网架。与钢结构相比，同样也能产生较强整体稳定性。

5）安徳固脚手架不需要特殊地基基础处理。由于此工程工期紧迫而且施工现场条件有限，若使用钢结构体系需要进行基础处理，现场无法进行，而且钢结构基础施工影响整体施工进度。使用安徳固脚手架可以避免因基础处理而影响工期。

6）安徳固脚手架不需要电气焊等组装，避免引起木结构火灾发生，有效保护古建筑。

7）安徳固脚手架搭设不受冬季施工影响，适用冬季施工。此工程施工正处于冬季，搭设钢结构体系将产生极大影响。而安徳固架体施工不受季节影响，能够正常的进行施工。

新加外围临时支撑安德固脚手架结构主要起到保护原有建筑外墙，提高墙体的抗侧向稳定性和整体抗倾覆能力，提高竖向承载力，同时提高其抵抗后续内部新建结构施工时可能对原建筑墙体产生的各种不利影响的作用。

3 新结构基础施工的难题

由于原有的木结构需要替换为钢筋混凝土框架结构，在进行内部框架施工前，经计算需打桩进行地基加固。考虑到工作面不足、新结构替换原有木结构困难，需要采用小型打桩机进行施工。打桩前面临着外墙不稳定且增加基础土体的挤压力等难题，经过多位专家论证，基础采用高压旋喷桩进行地基加固。

在满足框架承载力并不影响外墙结构的前提下，设计出符合要求的桩体数量、位置及尺寸。施工中严格按照图纸的要求控制，由于打桩过程中会令基础土体挤压力增大，土体会有拱起情况，所以在整个施工过程中做好外墙监测，防止因打桩对墙体造成损坏。

4 钢筋混凝土框架结构代替木结构

由于原有木结构历经百年，经实地考察建筑内部木结构已经腐蚀较严重，尤其在探挖基础时发现首层根部已经全部腐烂。这些木结构已经完成其自身的作用，若再进行使用将无法继续保证其承重效果。

如今建筑的抗震要求较高，尤其是做为历史风貌建筑的美国兵营更需要较强的抗震体系。若使用原有木结构将无法满足目前规范的抗震要求。

钢筋混凝土框架结构在结构上能承受较大的荷载，能抵抗木结构无法承受的压力、剪力、弯矩等并有较强的结构稳定性。在抗震方面，钢筋混凝土框架结构能够满足地震引起的作用力并可以根据当地的地震等级调节钢筋混凝土的抗震等级。

考虑到此建筑的重要性，对于防火要求也很高，原有木结构为易燃体，使用钢筋混凝土结构能避免诸多危险事件的发生，给使用者带来安全性保障。所以采用钢筋混凝土框架结构代替木结构作为新建筑的承重体系，可以令美国兵营更长久地伫立。

整个美国兵营全部依靠原有木结构作为水平与竖向支撑体系，承受大部分荷载，拆除木结构前要考虑结构整体的稳定性。木结构也做为外墙的支撑连接结构保护着外墙的稳定性，原有木结构每层均与外墙连接，施工时若将木结构全部拆除将对外墙的稳定性造成相当大的影响，所有需要逐层拆除逐层施工。

原有木结构拆除前必须将整体木结构支撑牢固，新支撑架体采用扣件式钢管脚手架支撑。

由于外围护墙体存在，使得工作面较狭窄且施工中安全隐患较多，拆除木结构需要克服工作面问题和施工安全隐患问题。拆除原有木梁木柱要按照顺序及安全操作规程进行施工，拆除时注意支撑架体的稳定性，严禁对支撑架体产生破坏。木梁木柱拆除后应逐一检查支撑架体的整体性和稳定性，保证施工安全正常进行。

新建钢筋混凝土框架结构还应避免结构沉降对外墙产生竖向拉应力，经过研究需要将内部新建钢筋混凝土框架结构与原有砖墙采用销键形式进行软连接。

新建钢筋混凝土框架与原有外墙应为两个单独体系，沉降量不一样，施工时既考虑与原有外墙在结构上不产生连接，又要增强原有外墙的稳定性，故在新建钢筋混凝土楼板周边与原有外墙之间埋设直径为8mm的一级光圆钢筋进行软连接，在钢筋混凝土框架梁端部与原有外墙连接处以销键形式进行软连接，连接钢筋直径为10mm一级光圆钢筋并在四周连接处留有后浇带，待钢筋混凝土框架与外墙全部沉降完成后将后浇带施工完成。这样既能因内外结构软连接在横向对原有外墙增加一定的稳定性，又不会因新建钢筋混凝土框架结构的沉降对原有外墙产生竖向拉应力造成外墙的破坏。

5 结语

从事历史风貌建筑修缮施工管理，应积极致力于施工中新材料、新技术、新工艺的应用，善于钻研，敢于探索，有创新精神。美国兵营历史将近百年，保持建筑原貌的前提下需要对建筑的结构稳定性和抗震性能进行增强，经过此次施工可以全面解决美国兵营的结构稳定性和抗震性能，提高安全使用功能的同时也按照原始资料将此历史风貌建筑的原貌一一恢复，充分做到“修旧如旧”。