建筑学论文历史建筑平移保护与加固改造的研究

历史建筑平移保护与加固改造的研究 历史建筑平移保护与加固改造的研究刘涛，张鑫，夏风敏(山东建筑大学工程鉴定加固研究所，山东济南250014)摘要历史建筑的保护与加固关系到人类社会物质文明的发展和人类文化遗产的绵延，具有重要的历史文化价值。在当今城市建设中用历史和发展的眼光处理历史建筑保护与城市建设的关系，对体现城市文化底蕴和特色具有积极意义。总结了历史建筑的保护加固现状和三种保护方案，根据不同历史建筑的特点和保护要求，提出了加固技术、整体迁移技术和在保护历史建筑本体的同时如何提高其抗震性能等关键技术措施，从结构角度分别对五个已完成的典型工程进行了讨论.关键词历史建筑;保护;加固;平移1引言历史建筑作为一座城市不同时期最可靠的见证，承载着它建造年代的政治、经济、文化和科技等诸多珍贵历史信息，记录着一座城市的沧桑岁月，具有重要的历史、人文和研究价值，是祖先留给我们的宝贵财富，我们有责任将其完整真实地传给子孙后代，只有这样才能使一座城市的历史绵延不绝，一座城市的文化才会得以继承和发展.世界范围历史建筑的保护是从19世纪后半叶由英、法、意等国开始的。在我国，随着经济发展和城市化进程的加快，需要进行持续性再建设和旧城改造，在此过程中，如何处理好城市发展与历史建筑保护的关系，实现发展与保护的和谐统一，成为在城市大规模建设和旧城改造时期迫在眉睫的问题.由于历史建筑年代久远，整体性差，抗震性差，因此历史建筑的保护工作，不仅仅局限于建筑学和城市规划等方面的研究，更需要结构工程师提出安全可靠、坚固耐久和抗震性能好的修复加固方案.本文结合五个工程实践，从结构角度讨论了历史建筑保护与加固的技术措施.2工程实践2.1济南客站原候车室鉴定加固与增层改造2.1.1工程概况济南客站原候车室建于1958年，1992对其进行鉴定加固和增层改造.该建筑物为两层钢筋混凝土内框架结构，外纵墙承重，平面为L形，在平面转角处有一20mm宽的伸缩缝。伸缩缝处框架柱为六边形，其余框架柱均为矩形截面，外砌120mm厚粘土砖成八边形。外承重墙为带壁柱T形断面，主梁断面尺寸为300mm600mm，跨度为7.8m，次梁断面尺寸为220mm450mm，跨度为7.2m。楼、屋盖为钢筋混凝土单向板肋梁楼盖，楼面板厚80mm，屋面板厚70mm，板跨2.4m。柱下为素混凝土基础，砖墙下为毛石条形基础.2.1.2鉴定加固对原结构构件的变形和裂缝、材料强度、抗震性能、场地地质等均进行了现场检测与勘探.对各材料采用不同检测方法进行取样和试验.检测结果为混凝土强度等级为C15，受力钢筋为HPB235级，砖强度等级为MU10，砂浆强度等级为M0.4。屋面梁挠度满足规范要求，但大部分存在裂缝，最大裂缝宽度达0.6mm，楼面梁挠度最大为37mm，约为1200l，房屋倾斜满足规范要求.该建筑物原设计未考虑抗震设防，经脉动试验法测定，伸缩缝以东部分横向基本周期为0.226s，以西部分为0.305s.该场地地层自上而下依次为：杂填土、粉质粘土和闪长岩。既有建筑物地基持力层为粉质粘土，承载力标准值为170KPa.加固改造时，将原内框架结构形式改为框架结构形式，即在柱列纵轴位置处纵墙内侧设置钢筋混凝土构造柱，且沿纵向设置钢筋混凝土联系梁。同时将原伸缩缝两侧的柱加固成一个整体柱，取消伸缩缝，满足现行规范要求。对改造后楼面活荷载增大的板，采用后浇钢筋混凝土面层加固法。原结构中的框架柱采用在四周植筋后外包混凝土的加大截面加固法。对于原结构中的梁依不同情况分别采用加大截面法、短筋焊接连纵筋加固法、外包角钢加固法。由于上部荷载增加较大，对原基础采用微型桩进行了托换.2.1.3增层改造根据建设单位要求，改建后需成为集售票、办公、会议、餐厅于一体的多功能建筑，建筑面积由原来的4501m2增加到6000m2左右，为节约资金及充分利用原候车室层高优势(原层高6.9m)，决定通过室内增层达到新的使用要求，将原二层结构增到四层。改建前后剖面见图1.2.2济南“老洋行”平移与抗震加固工程2.2.1工程概况位于济南市纬六路27号的“老洋行”建于1919年，是济南商埠区保存较完整具有南欧巴洛克建筑风格的早期代表性历史建筑，见图2.图1剖面图Fig.1Crosssection图2老洋行平移现场Fig.2Movingofthe“Lao-Yang-Hang”onsite该建筑为二层带阁楼砖木结构，建筑面积约600m2。2005年将其向西平移15m.2.2.2平移设计及施工该工程通过墙下双上轨道梁及钢滚轴将上部结构托换到下轨道梁上，平移后位置的新基础做好后，用多台同步液压千斤顶将历史建筑牵引平移到新的位置。上轨道梁之间有斜梁连接，共同形成一个平放的、水平刚度很大的桁架，可以保证平移过程中上部结构的安全。此工程的特别之处在于，平移到位后，滚轴保留在上、下轨道梁之间不再取出，与在纵横墙交接处后加的铅芯橡胶隔震支座共同形成隔震层.此次平移工程在国内首次将隔震技术应用于历史建筑保护。通过现场动测，证明由滚轴与铅芯橡胶隔震支座共同组成的隔震层隔震效果明显.2.3济南宏济堂平移与抗震加固工程2.3.1工程概况济南市宏济堂经二路药店建于1920年，为两层砖木结构，由南楼和北楼组成，见图3。南楼建筑面积约320m2，北楼建筑面积约160m2。该建筑向北平移约11.6m，向东平移约16m，旋转3.8度，建筑物平移到位后，再整体顶升0.4m.图3宏济堂平移现场Fig.3Movingofthe“HongJi-tang”onsite2.3.2平移设计及施工考虑到该建筑物整体性较差，决定采用对上部结构影响较小的双梁式托换，同时墙两侧的托换梁每隔1.5m左右就增加了一根连接短梁，并且在各轨道梁之间增加了水平斜撑.综合对比该工程重量小、整体性差和抗震性差的特点，决定采用具有移动平稳、振动小、对轨道不平整度适应能力好等特点的滑动式整体平移技术.使用聚四氟乙稀板作为行走机构，牵引系统采用PLC控制的同步液压千斤顶，确保平移过程中的平稳性和同步性。平移到位后，在上托换梁与地下室墙、柱之间安装铅芯橡胶隔震垫，与滑动橡胶支座共同组成隔震层.2.4济南邮政局北二楼鉴定加固工程2.4.1工程概况济南市邮政局北二楼位于济南经二路162号，为两层砖混结构，建成于1919年.2.4.2鉴定结果及加固方案按甲方要求，仅对结构的安全性及抗震性能进行复核，并对相关构件进行承载力复核和加固设计，属保护性修缮设计范围.鉴定发现部分墙体外装饰层脱落，砖风化酥碎.现场抽样检测了部分墙体的粘土砖和砌筑砂浆的抗压强度，结果表明，墙体所用青砖强度MU7.5，石灰砂浆强度可评定为M0.4。因此，采用两侧外挂钢筋网外抹水泥浆，其中墙长小于1m的窗间墙采用沿窗高范围四角包角钢的加固处理方法来解决墙体承载力不足的问题，并对墙体斜裂缝进行灌浆处理.在原加层扩建时女儿墙压顶全部开裂，混凝土酥碎脱落，钢筋外露生锈，因此对于女儿墙决定拆除重建，重建时增设构造柱，构造柱纵筋采用化学植筋锚入楼板内.部分混凝土柱曾经进行过扩大截面的加固，后加截面与原柱截面脱离，钢筋生锈外露，混凝土层脱落。处理方法为剔除露筋部位混凝土，钢筋除锈后，水泥砂浆抹平，然后外包角钢加固.钢筋锈蚀引起混凝土梁底产生顺筋裂缝，剔除裂缝周围混凝土，钢筋除锈后，用灌浆料修补至原尺寸，待灌浆料强度>C20时，梁底粘贴300g碳纤维布二层.2.5济南经八纬一路老别墅整体迁移工程2.5.1工程概况原位于济南市经八纬一路的一幢建于民国初期的老别墅是中国近代建筑晚期重要居住建筑之一，距今已有80余年历史.该建筑为局部二层砖木结构，墙下灰土条基，东西长15m，南北宽9m，总高6.5m，占地面积约108m2，总重320t。2009年3月1日，山东建筑大学工程鉴定加固研究所在国内首次采用大距离原样整体迁移技术成功将其迁移25公里，见图4.图4“老别墅”迁移中Fig.4Movingofthe“LaoBie-shu”ontheway2.5.2行走机构及牵引设备此次迁移使用法国NICOLAS大型液压平板拖车，共使用2列20组车板，车轮共计128个。该大型液压平板拖车，由载重部分和牵引部分组成，自身具有动力装置.2.5.3迁移施工过程在原建筑物室外地面以下施工钢筋混凝土墙体托梁用22个千斤顶将建筑物整体顶升约0.8m平板拖车移动到建筑物下部指定位置平板拖车底盘升起，建筑物全部荷载转移到平板拖车平板拖车启动，将建筑物迁移到新场地平板拖车底盘下降，建筑物全部荷载转移至支撑墙及新基础并与之连接按原样恢复建筑物.使用自带动力大型平板拖车进行大距离原样整体迁移建筑物在国内首次成功应用于工程实践，是我国建筑物整体迁移技术发展的一个重大突破，为保护历史建筑开辟了一条新途径.3结语历史建筑的原有使用功能往往不能满足现代人们生产和生活的需要，对已经进行保护加固的历史建筑，其外观应尽量真实完整地保留，其内部可以进行适当改造，利用其发展餐饮业、旅游业和服务业等，使历史建筑焕发新活力。同时，通过市场化运作，吸引民间资本，调动积极因素参与到历史建筑的保护中来，节省了政府财政支出，鼓励全社会为保护我们的历史建筑共同努力.