两种简易可行的砖墙托换梁.docx
(11东南大学土木工程学院、南阳理工学院基建处，江苏南京，河南南阳)：介绍了两种承重砖墙托换梁型式，并给出了相关的设计计算方法。这两种托换梁型式受力明确，构造简单。关键词：砖混结构；加固改造文献编号：（2005）04近年来，基于建筑使用功能的变化，越来越多的建筑进行了改造。早期的砖混结构房屋通过拆除内部承重墙，扩大客厅或卧室面积；酒店客房或写字楼办公室改造成大空间会议室或教室；城市街道拆除或拓宽后的临街建筑，往往将底层改造成大空间商业建筑，用于商业开发；工业厂房因工厂转制，需按新的生产工艺进行改造。 这些改建建筑大多为上世纪中叶以后修建，由于当时经济水平和技术政策的限制，一般采用砖墙承重，楼板为预制混凝土板，因此空间和进深较小，已不能满足使用者对其不断完善或改变功能的要求。在砖混结构改建中，最常见的就是拆除承重墙，一般做法是先在墙内设置换代梁，将上部荷载转移到相邻的墙或柱上，改变原结构内力传递路线。多数情况下，换代梁承受的荷载较大，因此换代梁的合理设计有多种形式，在具体工程设计中，应综合考虑安全可靠、满足功能要求、便于施工、节省投资等原则。
近年来，本文作者主持了多项砖混结构房屋改造设计项目，本文将介绍这些工程中采用的两种新型托换梁型式，并结合托换梁的受力和结构特点介绍其设计计算方法。轻钢桁架托换梁211结构特点轻钢桁架托换梁结构如图所示。在墙体两侧设置平面桁架，桁架的上、下弦杆及腹杆均为角钢，这样平面桁架可在工厂或现场焊接完成。平面桁架通过穿过墙体水平砂浆缝的扁钢或角钢与墙体连接，构成受力体系，作用在墙体及其上部的荷载通过水平扁钢或角钢传递到钢桁架托换梁上，以方便现场施工。 施工时，先用电钻在砖墙砂浆缝处钻扁孔，焊接工厂制作的墙体侧平面桁架，或现场焊接上、下弦杆及端部锚固角钢，即可拆除梁。墙体弦杆扁钢间距一般为500mm，此时一般设下弦扁钢。下弦扁钢间距宜为250mm，下弦扁钢设在砖缝处，防止拆墙后砖块脱落。考虑到上部墙体的拱效应会使梁两端受力较大，应适当减小水平扁钢间距。封口扁钢或角钢起加强上、下弦角钢锚固作用。 轻钢桁架代替梁具有不影响上部(甚至下部)建筑正常使用、施工简便、工期短、造价低廉等优点。212结构计算由于梁与墙体之间采用铰接连接，它们的变形有收稿日期:作者简介，河南南阳人，副教授，博士生，注册结构工程师，主要从事混凝土结构理论研究。
：两根简单可行的砖墙更换梁确定为独立的，其联合作用可以忽略。因此，为了安全和计算方便，将上部墙体和楼板传递过来的荷载等效为间距，可将梁的计算简化为节点荷载作用下的平面桁架。图中为单平面桁架梁计算图。梁的计算内容包括水平扁钢的抗剪强度、桁架梁杆件的强度、梁的挠度等。水平扁钢的抗剪强度计算不考虑下弦节点间的水平扁钢的影响。节点荷载由上下节点处的水平扁钢传递到桁架上。假设梁上部设计荷载的分布集中为按上述公式计算出的梁挠度，可考虑并适当减小墙体和钢桁架更换梁节点的刚度。 如果计算挠度通过了节点焊接强度和梁端局部受压计算，节点焊接强度计算可按《钢结构设计规范》的规定进行。梁端局部受压计算可参考《砌体结构设计规范》，按下列公式计算150kN/Pa，所以150mm。一般50mm扁钢就足以满足强度要求。桁架梁构件的强度计算是依据结构力学的方法计算桁架梁构件的内力。杆件的截面面积为/为局部受压面积，是单根上下弦杆与墙体的接触面积，接触面积越大，力传递越可靠。上下弦杆在穿过翼墙时，应注意。213防火结构及施工注意事项。 轻钢桁架更换梁的防火问题，可以通过涂刷防火涂料或外包混凝土来解决。
采用外浇混凝土时，应在钢桁架的侧面和底部点焊钢筋网，并在侧面浇筑细石混凝土。墙体拆除后，底部应抹水泥砂浆，土层和砂浆厚度应符合《混凝土结构设计规范》和《建筑设计防火规范》。在梁的两侧浇筑细石混凝土，底部抹水泥砂浆，也有利于梁的受力、钢材的稳定和防腐，并可提高结构的耐久性。为保证焊接质量，应尽量减少仰焊。如需浇筑细石混凝土，应在墙体表面抹水泥浆，混凝土中应加入微膨胀剂。应分段拆除梁下的墙体，并设置多个临时支撑。拆除临时支撑时，应有一定的时间间隔，以利于上部结构内力的重新分布，并应密切观察上部结构的变形情况。 梁下墙体拆除后，为保证墙内荷载更可靠地通过梁传递，防止砖脱落，可沿墙长方向在下弦扁钢中间焊接一根较长的扁钢或角钢。311构造特征钢-混凝土托换梁构造如图所示。施工，先在墙体上开出宽度为120mm的孔（应为砖层厚度的整数倍），孔的水平间距为上部空隙。计算出的钢筋截面积将很大，此时可适当考虑墙体的有利作用，但需根据实际情况和工程经验进行调整。由于钢筋细长较小，且为墙体的有利作用，梁的上下弦均穿过墙体，应按下式验算其抗剪强度。 11qa为单平面桁架梁上、下弦杆件总截面面积；其它符号含义同前。应严格控制桁架梁的挠度，避免因下部托换梁改变上部结构内力分布与传递而引起上部结构新的变形。
托换梁挠度可按下列公式计算，46四川建筑科学研究一般为500～600mm，位于空心板接缝处，双角钢柱楔入孔内，双角钢上下端焊接水平扁钢组成柱，如图所示。在墙体拆除后，新的托换梁形成前，起传力作用。柱全部就位后，拆除孔间墙体，再焊接上下水平角钢，角钢外侧点焊钢筋网，然后支模、浇筑微膨胀细石混凝土，待混凝土强度满足要求后，即可拆除梁下墙体。为便于现场施工，托换梁顶高程一般在楼板以下。 浇筑混凝土时，可在梁的上部墙面或上部空心板端部开出浇筑、振动孔，此时梁的截面可设计成花形，既方便施工，又增加了上部空心板的支撑长度，减少了由于开孔对空心板造成的不利影响。bgl为扁钢与墙体的接触压力面积。在梁的两端，由于纵向墙体或梁传递的荷载较大，此处的柱一般应增大截面或减小间距。这样容易对墙体造成偏心力，特别是当上部荷载较大时，结构刚度较小，对承受水平荷载或振动荷载十分不利。本文采用双角钢柱可避免上述问题。当建筑改造部位原刚度较小时，为保证托换梁形成前结构的安全、稳定和正常使用，可在部分角钢柱间增设剪刀撑。 托换梁的强度计算相对于梁的截面尺寸较小，因此，钢-混凝土托换梁可参照钢筋混凝土墙梁计算。
具体计算应按现行《砌体结构设计规范》的要求进行，包括：托梁正截面承载力计算、托梁斜截面承载力计算、托梁上部墙体抗剪承载力计算、端部局部抗压承载力计算等。计算时，托梁有效高度应从下部角钢重心计算。313施工注意事项由于托梁中型钢间距较大，现浇细石混凝土坍落度也较大，应在梁的侧面和底部点焊钢筋网或设置钢筋，防止混凝土产生收缩裂缝。梁两端柱间距应适当减小，以利于抗剪。本文介绍了两种新型砖墙托梁，并给出了设计计算方法。 本文作者在多栋砖混结构房屋改建设计中曾采用过它们，效果良好。这两种托换梁受力明确，构造简单，施工方便，可供工程技术人员在改建或加固工程设计中参考。钢混托换梁钢混托换梁传力直接，施工方便。312结构计算梁与墙体共同受力，形成组合受力构件。因此托换梁为偏心受拉构件，应按墙体梁设计计算。托换梁的计算内容包括：双角钢方柱的抗压强度。为安全和方便，柱近似按两端铰接受压杆计算。单根柱的截面面积为