南京东路179号街坊美伦南楼外墙保留方案设计实践

吴 兵

(安徽省建筑设计研究总院股份有限公司，安徽 合肥 230000)

1 工程概况

南京东路179号街坊是一块成片历史保护建筑区，2005年被确认为“上海市中心城历史文化风貌区范围”改造地块，内含多栋历史保护建筑，均有约百年历史，位于南京路步行街与外滩中间。文献[1]已对该商业旧区改造项目进行了较全面介绍，并对其中最为复杂的新康大楼改造过程中的临时支撑结构设计进行了详细阐述。本文着重介绍其中较为复杂的美伦南楼改造过程(图1)。截至目前，该建筑临时支撑结构已完工，内部新建结构也已施工至第三层，项目进展顺利，临时支撑结构很好地起到了预期作用，在改造过程中保证了外墙的整体稳定性，实现了沿街立面风貌的完整保留。

图1 美伦南楼示意图

美伦南楼位于该地块西南角，依据改造要求，需保留沿街两面外墙(西面和南面)，内部结构全部拆除。美仑南楼位于新康大楼北侧，建造年代为1919～1921年，沉降差177 mm，向东倾斜9.3‰，向南倾斜7.1‰，与新建基坑最小距离16.7 m，受基坑影响较小。实际美伦大楼包括美伦南楼、东楼和西楼，改造后三栋楼合为一栋，另两栋较为简单，故不在本论文讨论范围内。保护性历史建筑改造是一种趋势，项目也不断增多[2-5]，但类似本项目将内部结构完全掏空的改造方式并不多见，其风险也相对较大。

2 工程难点及技术方案

2.1 工程难点

美伦南楼较新康大楼简单，但其工程难点也具有一定的共性[1]，简要概括为以下几点：

(1)保留外墙强度较弱容易失稳破坏。美仑南楼建造年代为1919～1921年，约百年历史，通过前期检测[6]，墙体自身强度较弱，拆除的过程中容易破坏，且该项目外临繁华的南京东路商业街，过往人口密度非常大，外墙失稳倒塌将会造成严重的工程事故和人员伤亡，因此必须考虑墙体在各种荷载下的自身稳定，以及各种加固加强措施、非保留墙体拆除过程中施工方式的影响。

(2) 内部结构拆除过程中及拆除后保留外墙整体性及稳定性较差。内部结构拆除过程中，结构体系在发生变化，原本完整的框架结构梁板柱均被拆除形成悬臂的单面墙体，结构稳定性将会非常之差，必须采取可靠的临时支撑结构保证悬臂外墙的稳定性[1](图2)。另外，美伦南楼仅保留两面外墙，内部结构拆除后，仅剩两面外墙无法形成完整的结构体系，结构的整体性同样非常之差。

图2 内部结构拆除

(3) 临时支撑结构对保留外墙外貌的破坏。对于薄弱的南面外墙需要外包钢框架防止保留外墙失稳，支撑体系部分需要与外墙连接，对其外貌会造成一定的破坏；另外在拆除过程中保留外墙由于变形也不可避免出现裂缝。因此采用合理的支撑体系方案和连接节点、“修旧如旧”的修缮技术，保证保留墙体的原有风貌，非常关键[1]。

(4) 原结构基础无法承受外包钢框架的竖向荷载作用，会造成结构倾斜沉降。外包钢框架重量较大，若直接落在原有基础之上，必定会造成整个建筑较大的倾斜沉降，所以在临时支撑结构施工之前，必须完成保留外墙的基础加固工作。

2.2 技术方案

美伦南楼改造的技术方案基本类似于新康大楼，实际改造过程美伦在前，新康在后.美伦南楼的改造方案已经得到了很好地实践，也为新康大楼的后期改造打下了基础。此处不再对技术方案做详细介绍，具体方案可参见文献[1]，此处简要概括如下:①保留外墙基础加固;②保留外墙墙体加固；③保留外墙门窗洞口加固;④采取可靠的临时支撑体系。虽然技术难点及解决方案类似，但实际临时支撑结构的设计是完全不同的。

3 临时支撑方案设计

美仑南楼共六层，外墙高度24.2 m，仅保留南侧和西侧两面墙体，北侧和东侧墙体以及内部结构完全拆除，拆除后结构体系不完整。根据前期检测[6]了解到原结构存在较多薄弱位置，如4、5两层的爱奥尼克圆柱偏心，故在南侧整面墙体外包钢框架，钢框架正对原结构框架柱处，通过钢连梁拉结，在门窗洞口处，直接穿过，这样即能保证钢框架与原结构形成统一的整体，实现力的可靠传递，又能提高结构整体刚度。根据现场测绘结果，美仑南楼部分墙体为钢筋混凝土墙，结构体系为钢筋混凝土梁、柱、墙混合承重体系，类似于目前的框-剪结构体系，但毕竟结构年代久远，保守考虑，需保留的两面外墙仅视作两榀框架，忽略钢筋混凝土墙体的作用，但假定各梁柱等主要承重结构可靠，墙身自身稳定。为了达到既保留外墙立面的历史风貌，又不影响内部结构施工的目的，在拆除内部结构的同时还需对外墙进行临时支撑。结合多方意见，综合考虑之后，借助无需拆除的美仑北楼来设置临时支撑结构体系，分别在南面和西面墙体端部分两层(顶层及第三层)设置平面钢桁架支撑与美仑北楼相连。考虑到南楼与北楼之间距离较远，利用核心筒进行过渡，核心筒由4根Ф402×9焊接圆管柱及其腹杆组成的格构柱构成，核心筒及平面钢桁架支撑设置需避开新结构，避免影响后期新建结构施工；另为增强结构完整性，在角部设置八字角撑。最终形成的保留外墙临时支撑结构体系如图3所示。

图3 保留外墙临时支撑方案

4 临时支撑结构分析

美伦南楼拆除后原结构为两片单框架墙体，新加临时支撑结构包含钢框架，格构式核心筒，以及平面桁架支撑，结构体系复杂，采用空间结构分析软件Midas Gen对上述结构体系进行分析。计算模型如图4所示，各构件尺寸详见表1。

图4 美伦南楼临时支撑模型图

表1 结构构件尺寸

所有钢材型号均为Q235B。该临时支撑结构设计使用年限为5年，实际存在时间1～2年。

4.1 荷载取值

本项目主要考虑以下荷载：

(1)恒载：结构自重由程序自动考虑。

(2)墙体倾斜荷载：根据检测报告[6]，外墙存在7.1‰～9.3‰的倾斜，按不利荷载考虑，以力平衡原则将墙体自重考虑倾斜后折算为水平荷载，以恒载的形式水平作用于墙顶，此值取0.7 kN/m。

(3)风荷载：基本风压w0=0.55 kN/m2，体形系数μs=1.3，风振系数β=2，C类场地。风荷载起主要控制作用。

4.2 计算分析结果

通过计算分析，该方案最大位移发生在顶层南面墙顶中部偏左位置，为30.4mm，位移云图如图5所示。从位移云图可看出，由于南面墙的顶部退界导致该位置刚度较弱，结构位移较大。针对薄弱位置，通过外包钢框架，效果是比较明显的，未发生较大位移。各构件进行验算，均满足设计要求，应力比最大约0.5，应力比较大的构件主要为外包钢框架的对拉钢连梁，该方向的侧向刚度较弱，如图6所示。平面钢桁架支撑的设置增加了结构的侧向刚度，也增强了结构的整体性，形成了一个相对封闭的结构体系，力得到了合理传递。

图5 整体变形

图6 应力比

4.3 关键节点设计

(1)临时支撑结构相关连接节点设计。重要的连接节点有3个，如图7所示。最关键的为钢梁与原结构外墙的连接节点，一方面需要实现力的可靠传递支撑住整个外墙，另一方面需要最大限度上降低对外墙的损坏。通过外墙加设埋件的方式实现连接，连接节点均布置在外墙框架柱上，该处墙体外侧无复杂花饰，后期修复较简单且连接可靠。另较重要的节点为平面钢桁架支撑的两端连接节点，该节点承担着整个结构力的传递，其连接是否可靠，直接影响着整个结构的安全。为便于安装及后期拆除，采用高强度螺栓连接。

图7 典型连接节点

(2)保留圆柱支撑加固设计。美伦南楼4、5层需保留的圆柱，单根重达9 t且与下层柱不在同一轴线上，内部结构拆除之后存在倾覆的危险，保留难度非常之大。在柱墩下部竖立2根H400型钢柱作为临时支撑，解决偏心问题，同时型钢柱支撑与钢框架拉结形成整体，为使型钢柱与柱墩底部顶紧，在钢柱顶预留500 mm接头后做，具体做法如图8所示。

图8 保留圆柱支撑加固做法

5 结束语

文献给[1]已对南京东路179号街坊保护性历史建筑群改造项目进行了详细介绍，本文着重对其中较复杂的美伦南楼临时支撑方案设计进行详细阐述。该方案已通过上海科技委专家组评审，在美伦南楼拆除以及后期改造新建过程中对所保留的外墙起到了很好的保护作用，外墙未出现严重损坏；结构新增倾斜沉降量很小；由于临时支撑结构布置合理，对后期内部新建结构施工未形成干扰。目前该项目已改造完成，新建结构与保留外墙实现了可靠拉结。保护性历史建筑是具有重要历史意义与影响的建筑，其改造过程中需考虑的因素较多，该项目改造方式和相关技术对类似工程具有一定的参考价值。