CN109339479B - 一种既有钢筋混凝土建筑的内部置换结构及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种既有钢筋混凝土建筑的内部置换结构及其方法，用于解决既有钢筋混凝土建筑进行内部置换结构时，仍需保留外墙的问题。首先在既有钢筋混凝土建筑外墙外设立钢塔架，并将钢塔架与既有钢筋混凝土建筑外墙连接；再对既有钢筋混凝土建筑内部结构进行拆除；然后建造新加内部结构，新加内部结构需与既有钢筋混凝土建筑外墙保持一定的安全距离，最后通过悬挑方式将新加内部结构与既有钢筋混凝土建筑外墙连接固定。本发明解决了在保留既有钢筋混凝土建筑外墙的前提下，内部置换结构避免对外框架产生干扰和破坏的问题，同时，内部结构柱及层高改变的情况下具有足够的自由度，并具备开发地下空间的能力。

Description

一种既有钢筋混凝土建筑的内部置换结构及其方法
技术领域
本发明涉及建筑工程技术领域，具体涉及一种既有钢筋混凝土建筑的内部置换结构及其方法。
背景技术
20世纪初，钢筋混凝土技术从欧美传入我国，随后得到了快速的发展和广泛的应用。近代时期建造了大量的钢筋混凝土建筑。近代钢筋混凝土建筑的使用年代较长，一般已超过正常使用年限，有不同程度的耐久问题。这些达到或接近达到使用寿命的近代钢筋混凝土建筑存在着安全隐患，但同时这批建筑一方面作为文物具有巨大价值，一方面又在国民经济生产中发挥着巨大作用，需要加以利用和保护。
对于这些既有钢筋混凝土建筑，通常会从其重要性即保护等级、地理位置、现存状况等方面进行细致的价值判断，涵盖其历史价值、艺术价值、科学价值等方面，并通过对其的价值判断来确定干预原则。其中，对于文保护等级不高，外观具有一定文物价值，但内部空间、结构已不能满足新的建筑功能要求的建筑，宜采取最大限度利用的原则，即只保留外墙，对内部空间进行结构置换，以满足新功能对空间的需求。
对于既有钢筋混凝土建筑而言，在实施此种操作时，需要提供一种安全高效的技术方法，能保证施工过程中外墙的稳定性，同时新建结构不应对外框架的基础产生影响。另外，新建结构需具有足够的自由度，可在层高改变的情况下实现与既有结构框架的连接，这都是亟需解决的技术问题。
发明内容
发明目的：本发明目的是提供一种既有钢筋混凝土建筑的内部置换结构及其方法，以解决在内部结构整体置换的情况下，保留既有钢筋混凝土建筑外墙的问题。
技术方案：本发明一种既有钢筋混凝土建筑的内部置换结构，包括既有钢筋混凝土建筑外墙和在拆除了既有钢筋混凝土建筑内部结构上设置有新加内部结构，所述新加内部结构包括新结构柱和新结构梁，所述既有钢筋混凝土建筑外墙的既有柱与新结构柱之间且位于新结构梁的上表面设置有新结构楼板，所述新结构楼板下表面且靠近既有钢筋混凝土建筑外墙的一端设置有边梁，所述既有钢筋混凝土建筑外墙内侧设置有与既有钢筋混凝土建筑外墙的既有梁同一高度的托梁，所述托梁通过短柱与边梁连接。
进一步的，所述既有钢筋混凝土建筑外墙外侧设置有钢塔架，所述钢塔架与既有钢筋混凝土建筑外墙之间设置有若干连接构件，钢塔架底部设置有固定基础底座，所述固定基础底座由上到下依次为覆土层、基础混凝土层和素混凝土垫层；所述覆土层的高度大于500mm，所述基础混凝土层的高度为700mm，所述素混凝土垫层的高度为70mm，从而保证整个施工过程中钢塔架及与其连接的既有钢筋混凝土建筑外墙的稳定。
进一步的，所述钢塔架包括若干个塔架单元和平面桁架单元，所述塔架单元和平面桁架单元交错排列，所述连接构件与塔架单元连接，且与平面桁架单元不连接。
进一步的，所述塔架单元包括四根竖直设置的钢管柱和若干水平圆杆层，所述水平圆杆层由同一高度的四根水平圆杆依次连接组成；所述钢管柱之间的间距为2500mm，相邻所述水平圆杆层之间的四个面分别设置一根斜向圆杆，从而进一步增加塔架单元的结构强度和稳定性。
进一步的，所述平面桁架单元宽度与塔架单元宽度相同，平面桁架单元长度为5000～8000mm之间；所述平面桁架单元的两侧分别与塔架单元的水平圆杆层相连接,且平面桁架单元与塔架单元的水平圆杆层高度相同，从而使得塔架单元连接成为整体钢塔架。
进一步的，所述既有梁和既有柱均通过槽钢与塔架单元连接，且连接处的既有梁和既有柱四周均设置有角钢。由于连接构件并非沿既有梁和既有柱通长设置，而是选取必要的部位设置，因此在保证既有钢筋混凝土建筑外墙稳定的前提下，将对其的破坏降至最低。
进一步的，所述托梁为L形，托梁的一端与既有梁底部接触且嵌于既有柱上，另一端与短柱连接，起到了支撑既有梁的作用；所述托梁通过短柱与边梁连接，即托梁所受荷载通过短柱传递至边梁，而且边梁的上表面与新结构楼板接触，这样最大化的起到支撑新结构楼板的作用。
本发明还包括一种既有钢筋混凝土建筑的内部置换结构的方法，具体步骤如下：
步骤一：确定需要保留的既有钢筋混凝土建筑外墙位置，并由此确定需要设置连接构件的位置，最终确定塔架单元和平面桁架单元的位置；
步骤二：备料并施工钢塔架的固定基础底座及钢塔架；
步骤三：既有钢筋混凝土建筑外墙通过连接构件中的槽钢与塔架单元相连接，且连接处的既有梁和既有柱的四周箍角钢；
步骤四：从上到下，从中间向两边逐层对称拆除既有钢筋混凝土建筑内部结构；
步骤五：确定新加内部结构与既有钢筋混凝土建筑外墙的安全距离，并施工新加内部结构的新结构基础，之后由下而上逐层施工新加内部结构的新结构柱、新结构梁和新结构楼板；
步骤六：设置边梁、短柱和托梁的位置，其中新结构楼板下表面且靠近既有钢筋混凝土建筑外墙的一端有边梁，既有钢筋混凝土建筑外墙内侧有与既有钢筋混凝土建筑外墙的既有梁同一高度的托梁，托梁通过短柱与边梁连接，将新加内部结构与既有钢筋混凝土建筑外墙构造连接；
步骤七：拆除钢塔架及连接构件，完成既有钢筋混凝土建筑的内部置换结构。
有益效果：本发明在通过钢塔架与既有钢筋混凝土建筑外墙形成有效连接的前提下，再通过无损拆除的原则从上到下、从中间向两边对称拆除原有内部结构，尤其在靠近保留既有梁和既有柱处，需采用保护性拆除，此方式最大程度地减少了对外墙的破坏；新加内部结构完成后，既有钢筋混凝土建筑外墙的既有梁和既有柱并不直接承担新加内部结构的受力，同时，新加内部结构还会通过悬挑式支撑增加外墙的稳定性和安全性能；
新结构柱和新结构梁的位置都可以根据新的功能要求来确定，在层高不同的情况下，只需在新结构楼板下表面且靠近既有钢筋混凝土建筑外墙的一端设置边梁，并在沿既有梁高度处设置托梁，托梁通过短柱与边梁连接，即可实现对既有梁和既有柱进行承托和保护。而且在新加内部结构与既有钢筋混凝土建筑外墙的安全距离范围内可根据需求考虑设置地下室；因此，此方法具有内部施工操作空间大，内部空间灵活的特点，并具备开发地下空间的能力。
附图说明
图1为钢塔架与既有钢筋混凝土建筑外墙连接的俯视图；
图2为钢塔架与既有钢筋混凝土建筑外墙连接的主视图；
图3为钢塔架与既有钢筋混凝土建筑外墙连接的三维示意图；
图4为图2中A处的放大图；
图5为图2中B处的放大图；
图6为钢塔架连接结构示意图；
图7为新加内部结构与既有外墙连接的主视图；
图8为新加内部结构与既有外墙连接的三维示意图；
图9为图7中C处的放大图；
图10为新加内部结构的结构示意图。
具体实施例
下面结合附图和实施例对本发明做进一步描述：
如图1至10所示，本发明的一种既有钢筋混凝土建筑的内部置换结构，既有钢筋混凝土建筑外墙3外侧设置有钢塔架1，钢塔架1与既有钢筋混凝土建筑外墙3之间设置有若干连接构件5，之后自上而下逐层拆除既有钢筋混凝土建筑内部结构4，并建造新加内部结构6，新加内部结构6包括新结构柱601和新结构梁602，最后通过悬挑式的支撑将新加内部结构6与既有钢筋混凝土建筑外墙3连接固定。悬挑式的支撑，是通过悬挑做法在新结构柱601与既有钢筋混凝土建筑外墙3的既有柱301之间补齐新结构楼板603，新结构楼板603下表面且靠近既有钢筋混凝土建筑外墙3的一端设置有边梁7，既有钢筋混凝土建筑外墙3内侧设置有与既有钢筋混凝土建筑外墙3的既有梁302同一高度的托梁9，托梁9通过短柱8与边梁7连接，从而起到对既有梁302和既有柱301进行承托和保护。托梁9为L形，托梁9的一端与既有梁302底部接触且嵌于既有柱301上，另一端与短柱8连接，这样托梁9能够与既有柱301稳定连接承托既有梁302，同时托梁9通过短柱8与边梁7连接，即托梁9所受荷载通过短柱8传递至边梁7，边梁7的上表面与新结构楼板603接触，这样最大化的起到支撑新结构楼板603的作用。
在层高不同的情况下，可能出现两种情况，第一种情况如图7中顶层所示，既有梁302与新结构梁602在同一高度上，此时只需在边梁7处设置托梁9,通过边梁7支承托梁9，即可实现新老结构之间的连接。第二种情况如图7中的C处及图9所示，既有梁302与新结构梁602不在同一高度上，此时需要在边梁7和托梁9之间设置短柱8，通过短柱8实现高差的转化，即托梁9所受荷载通过短柱8传递至边梁7，从而实现新老结构之间有高差的连接。本结构通过设置钢塔架1，并通过连接构件5连接固定钢塔架1和既有钢筋混凝土建筑外墙3，从而确保了拆除及新加内部结构6施工过程中既有钢筋混凝土建筑外墙3的稳定性。新加内部结构6和既有钢筋混凝土建筑外墙3通过边梁7、短柱8、托梁9的构造措施连接，一方面进一步加强了置换结构完成后既有钢筋混凝土建筑外墙3的整体稳定性，另一方面，新旧结构借由此构造可实现不同高度上的连接，从而实现了新加内部结构6的最大灵活性。
如图1至3所示，钢塔架1包括若干个塔架单元101和平面桁架单元102，塔架单元101和平面桁架单元102交错排列在既有钢筋混凝土建筑外墙3外。塔架单元101包括四根竖直设置的钢管柱103和若干水平圆杆层，水平圆杆层由同一高度的四根水平圆杆104依次连接组成，围成四边形。所述钢管柱103之间的间距为2500mm，每相邻两个水平圆杆层之间的四个面分别设置一根斜向圆杆105，从而进一步增加塔架单元101的结构强度和稳定性。每2至3个塔架单元101之间设置一段平面桁架单元102，平面桁架单元102宽度与塔架单元101宽度相同，平面桁架单元102长度为5000～8000mm之间调节；由于连接构件5与塔架单元101连接，且与平面桁架单元102不连接，因此在考虑平面桁架单元102的长度时需考虑既有钢筋混凝土建筑外墙3需要连接处的跨度。平面桁架单元102设置在与塔架单元101的每一个水平圆杆层相同的高度处，分别连接两侧的塔架单元101的水平圆杆层，从而使得塔架单元101连接成为整体钢塔架1。
如图2所示，钢塔架1底部设置有固定基础底座2，固定基础底座2由上到下依次为覆土层201、基础混凝土层202和素混凝土垫层203；覆土层201的高度大于500mm，基础混凝土层202的高度为700mm，素混凝土垫层203的高度为70mm，从而保证整个施工过程中钢塔架1及与其连接的既有钢筋混凝土建筑外墙3的稳定。
如图4和5所示，连接处的既有梁302和既有柱301均通过槽钢502与塔架单元101连接。其中，与既有梁302的连接方式是，连接处的既有梁302上外箍角钢501，角钢501通过螺栓503连接，在既有梁302截面高度范围内通过两道槽钢502与塔架单元101连接。与既有柱301的连接方式是，连接处的既有柱301上每层高约1/2处箍角钢501，角钢501与既有柱301通过化学螺栓504连接，在既有柱301截面宽度范围内通过两道槽钢502与塔架单元101连接。由于连接构件5并非沿既有柱301和既有梁302通长设置，而是选取必要的部位设置，因此，在保证既有钢筋混凝土建筑外墙3稳定的前提下，将对其的破坏降至最低。
如图1至10所示，本发明还提供一种既有钢筋混凝土建筑的内部置换结构的方法，具体步骤如下：
步骤一：确定需要保留的既有钢筋混凝土建筑外墙3的位置，并由此确定需要设置连接构件5的位置，最终确定塔架单元101和平面桁架单元102的位置；
步骤二：备料并施工钢塔架1的固定基础底座2及钢塔架1；同时在固定基础底座2开挖时应注意不能扰动保留既有钢筋混凝土建筑外墙3的基础304和墙体303，钢塔架1工作期间，应密切检测钢塔架1的垂直度及不均匀沉降；
步骤三：既有钢筋混凝土建筑外墙3通过连接构件5中的槽钢502与塔架单元101相连接，且连接处的既有梁302和既有柱301的四周箍角钢501；
步骤四：从上到下，从中间向两边逐层对称无损伤拆除既有钢筋混凝土建筑内部结构4；拆除既有钢筋混凝土建筑内部结构4应遵循从上到下，从中间向两边对称无损拆除的原则，靠近既有钢筋混凝土建筑外墙3周边的范围内，要求采用无振动手工操作拆除；
步骤五：确定新加内部结构6与既有钢筋混凝土建筑外墙3的安全距离，安全距离即为既有柱301与新结构柱601之间的水平距离，并施工新加内部结构6的新结构基础604，之后由下而上逐层施工新加内部结构6的新结构柱601、新结构梁602和新结构楼板603；安全距离的确定，需同时满足两点要求：第一，新加内部结构6在新结构基础604的施工过程中应确保保留既有钢筋混凝土建筑外墙3的结构安全，同时在安全距离范围内可根据需求考虑设置地下室；第二，新加内部结构6应便于对保留既有钢筋混凝土建筑外墙3做悬挑式的支撑；
步骤六：设置边梁7、短柱8和托梁9的位置，其中新结构楼板603下表面且靠近既有钢筋混凝土建筑外墙3的一端有边梁7，既有钢筋混凝土建筑外墙3内侧有与既有钢筋混凝土建筑外墙3的既有梁302同一高度的托梁9，托梁9通过短柱8与边梁7连接，将新加内部结构6与既有钢筋混凝土建筑外墙3构造连接；如图9所示，可对既有钢筋混凝土建筑外墙3通过角钢501加固，并将加固后的既有钢筋混凝土建筑外墙3与新结构楼板603及托梁9连接，从而最大限度保证既有钢筋混凝土建筑外墙3的稳定性及耐久性；
步骤七：拆除钢塔架1及连接构件5，完成既有钢筋混凝土建筑的内部置换结构。
如图1至10所示，本发明一种既有钢筋混凝土建筑的内部置换结构及其方法，在通过钢塔架1与既有钢筋混凝土建筑外墙3形成有效连接的前提下，再通过无损拆除的原则从上到下、从中间向两边对称拆除既有钢筋混凝土建筑内部结构4，尤其在靠近保留既有钢筋混凝土建筑外墙3处，需采用保护性拆除，这样可以最大程度地减少了对既有钢筋混凝土建筑外墙3的破坏。新加内部结构6完成后，既有钢筋混凝土建筑外墙3的既有梁302和既有柱301并不直接承担新加内部结构6的受力，同时，新加内部结构6还会通过悬挑式支撑增加既有钢筋混凝土建筑外墙3的稳定性和安全性能。其中支撑既有钢筋混凝土建筑外墙3的钢塔架1位于既有钢筋混凝土建筑外墙3外围，因此，在拆除既有钢筋混凝土建筑内部结构4后，内部空间的利用具有最大的自由度，即：在满足新加内部结构6与既有钢筋混凝土建筑外墙3的安全距离的前提下，可设置地下室，同时新结构柱601的位置灵活；在层高改变的情况下，需要在边梁7和托梁9之间设置短柱8，通过短柱8实现高差的转化，从而实现新老结构之间有高差的连接。本发明具有内部施工操作空间大，内部空间灵活的特点。

Claims (8)

1.一种既有钢筋混凝土建筑的内部置换结构，其特征在于：包括既有钢筋混凝土建筑外墙(3)和在拆除了既有钢筋混凝土建筑内部结构(4)上设置有新加内部结构(6)，所述新加内部结构(6)包括新结构柱(601)和新结构梁(602)，所述既有钢筋混凝土建筑外墙(3)的既有柱(301)与新结构柱(601)之间且位于新结构梁(602)的上表面设置有新结构楼板(603)，所述新结构楼板(603)下表面且靠近既有钢筋混凝土建筑外墙(3)的一端设置有边梁(7)，所述既有钢筋混凝土建筑外墙(3)内侧设置有与既有钢筋混凝土建筑外墙(3)的既有梁(302)同一高度的托梁(9)，所述托梁(9)通过短柱(8)与边梁(7)连接。
2.根据权利要求1所述的一种既有钢筋混凝土建筑的内部置换结构，其特征在于：所述既有钢筋混凝土建筑外墙(3)外侧设置有钢塔架(1)，所述钢塔架(1)与既有钢筋混凝土建筑外墙(3)之间设置有若干连接构件(5)，钢塔架(1)底部设置有固定基础底座(2)，所述固定基础底座(2)由上到下依次为覆土层(201)、基础混凝土层(202)和素混凝土垫层(203)；所述覆土层(201)的高度大于500mm，所述基础混凝土层(202)的高度为700mm，所述素混凝土垫层(203)的高度为70mm。
3.根据权利要求2所述的一种既有钢筋混凝土建筑的内部置换结构，其特征在于：所述钢塔架(1)包括若干个塔架单元(101)和平面桁架单元(102)，所述塔架单元(101)和平面桁架单元(102)交错排列，所述连接构件(5)与塔架单元(101)连接，且与平面桁架单元(102)不连接。
4.根据权利要求3所述的一种既有钢筋混凝土建筑的内部置换结构，其特征在于：所述塔架单元(101)包括四根竖直设置的钢管柱(103)和若干水平圆杆层，所述水平圆杆层由同一高度的四根水平圆杆(104)依次连接组成；所述钢管柱(103)之间的间距为2500mm，相邻所述水平圆杆层之间的四个面分别设置一根斜向圆杆(105)。
5.根据权利要求3所述的一种既有钢筋混凝土建筑的内部置换结构，其特征在于：所述平面桁架单元(102)宽度与塔架单元(101)宽度相同，平面桁架单元(102)长度为5000～8000mm之间；所述平面桁架单元(102)的两侧分别与塔架单元(101)的水平圆杆层相连接,且平面桁架单元(102)与塔架单元(101)的水平圆杆层高度相同。
6.根据权利要求1所述的一种既有钢筋混凝土建筑的内部置换结构，其特征在于：所述既有梁(302)和既有柱(301)均通过槽钢(502)与塔架单元(101)连接，且连接处的既有梁(302)和既有柱(301)四周均设置有角钢(501)。
7.根据权利要求1所述的一种既有钢筋混凝土建筑的内部置换结构，其特征在于：所述托梁(9)为L形，托梁(9)的一端与既有梁(302)底部接触且嵌于既有柱(301)上，另一端与短柱(8)连接。
8.根据权利要求1～7任一所述的一种既有钢筋混凝土建筑的内部置换结构的方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤一：确定需要保留的既有钢筋混凝土建筑外墙(3)位置，并由此确定需要设置连接构件(5)的位置，最终确定塔架单元(101)和平面桁架单元(102)的位置；
步骤二：备料并施工钢塔架(1)的固定基础底座(2)及钢塔架(1)；
步骤三：既有钢筋混凝土建筑外墙(3)通过连接构件(5)中的槽钢(502)与塔架单元(101)相连接，且连接处的既有梁(302)和既有柱(301)的四周箍角钢(501)；
步骤四：从上到下，从中间向两边逐层对称拆除既有钢筋混凝土建筑内部结构(4)；
步骤五：确定新加内部结构(6)与既有钢筋混凝土建筑外墙(3)的安全距离，并施工新加内部结构(6)的新结构基础(604)，之后由下而上逐层施工新加内部结构(6)的新结构柱(601)、新结构梁(602)和新结构楼板(603)；
步骤六：设置边梁(7)、短柱(8)和托梁(9)的位置，其中新结构楼板(603)下表面且靠近既有钢筋混凝土建筑外墙(3)的一端有边梁(7)，既有钢筋混凝土建筑外墙(3)内侧有与既有钢筋混凝土建筑外墙(3)的既有梁(302)同一高度的托梁(9)，托梁(9)通过短柱(8)与边梁(7)连接，将新加内部结构(6)与既有钢筋混凝土建筑外墙(3)构造连接；
步骤七：拆除钢塔架(1)及连接构件(5)，完成既有钢筋混凝土建筑的内部置换结构。
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