配筋混凝土肋空心砖组合楼板防坠落技术应用

1 工程概况

清华大学图书馆老馆位于清华大学大礼堂以北的中轴线上，由Ⅰ期和Ⅱ期两部分组成，是清华大学早期四大建筑之一（其他三大建筑分别是大礼堂、科技馆和体育馆），现为第五批全国重点文物保护单位。其中Ⅰ期由美国著名建筑师亨利·墨菲设计，始建于1916年4月，1919年3月建成并投入使用，建筑面积2114m2，建筑风格为西洋古典形式建筑。清华大学图书馆老馆早期照片如图1所示。

   

（a）

   

（b）

图1 清华大学图书馆老馆早期照片

（a）外观；（b）内部

图书馆Ⅰ期坐东朝西，平面为十字形布局，两层砖混结构，下层为办公室，上层为阅览室，馆后为藏书库及书库服务用房。除藏书库外，无地下室。

建筑结构受力体系是以纵墙承重为主的纵横墙混合承重体系，建筑红砖外墙有效厚度为370mm，内墙厚370mm、240mm。首层顶板配筋混凝土肋空心砖组合楼板，坡屋面板为现浇混凝土板。本建筑只有在2020年对藏书库地下室梁柱进行过解危修缮加固。

Ⅰ期首层的配筋混凝土肋空心砖组合楼板，厚度200mm，是由钢筋混凝土肋及肋间填充空心砖组合而 成的楼板形式。混凝土肋之间的空心砖既可作为混凝土浇筑时的模板功能，又能起到良好的隔音、隔热作用。组合楼板剖面如图2所示。

   

图2 组合楼板剖面示意

目前，图书馆老馆使用期限已超过百年，组合楼板混凝土碳化深度过大，底部已出现不同程度的肋部混凝土酥松脱落、钢筋外露锈蚀、空心砖粉化等问题。为保证老馆后续的结构使用安全，需要采取必要的干预措施，防止组合楼板发生块体坠落甚至楼板坍塌事故。组合楼板现状如图3所示。

   

图3 组合楼板现状

2 加固方案适应性分析

本着原真性和可逆性的原则，本次保护措施应选用对原组合楼板损伤最小、与原构件不发生大面积粘结、后期可拆卸的方式。

组合楼板主要处理方式有加固和拆除后新建两种，鉴于老馆属于文物建筑，从保持文物建筑本体原真性的原则出发，排除拆除后新建的方式，进而选择加固处理的方式。较为常见的楼板加固方式主要有粘贴钢板（或纤维复合材料）加固法、增大截面加固法两大类。

2.1 粘贴钢板（或纤维复合材料）加固法

粘贴钢板（或纤维复合材料）加固法适用于钢筋混凝土受弯构件的加固，可显著提高混凝土楼板的承重能力，且施工较为简便、快速，原构件自重增加较小，但对于建造年代久远的混凝土肋空心砖组合楼板，此类加固方法并不适用。主要有以下几点原因。

（1）组合楼板底部表面为大面积空心砖底模，建筑年代久远造成空心砖已出现起皮、酥松、粉化等现象，如直接将加固材料粘贴于空心砖底部，不能保证有效粘结，极易发生加固材料掉落情况，无法起到加固作用。

（2）组合楼板底部的混凝土肋已发生脱落、钢筋外露锈蚀等问题，无法直接采用粘贴法进行加固。采用粘贴法加固前应先用砂浆或修复结构胶对表面进行修复处理，工序较繁杂。此外，加固材料、修复材料以及原结构三者之间存在两个粘结界面。两个粘结界面实际的粘结力大小及是否能协同受力难以评估。

（3）粘贴法加固通常为沿楼板单向或双向等间距排列的方式粘贴，粘贴材料间存在一定的空隙。对于底部为砖底模组合楼板，仍会存在空心砖坠落的风险。如采用减少间距的方式，会造成大面积粘结的情况，这与文物建筑保护最小干预的原则相违背。

（4）采用粘贴法加固时，粘结材料一般为有机质结构胶，其耐久性及和防火性较差，后期使用中需要定期检查其耐湿热老化情况。当老化达到一定程度后，必须再次进行安全评估和加固，导致后期维护成本增加。

2.2 增大截面加固法

增大截面加固法一般包括两种作法。

（1）在原楼板顶部做钢筋混凝土叠合层，形成刚性楼盖，作为后续承重构件。这种方法虽然解决了建筑楼面后续使用问题，但并未解决下方原组合楼板的防坠落问题。同时新做叠合层时，其支座问题需要在尽量不破坏文物本体的情况下实现，难度较大。

（2）在原组合楼板底部做钢丝绳砂浆面层，作为组合楼板底部的承托，两者协同受力，起到加固效果。此方法对新旧结合面的处理以及界面胶的施工要求高，结合面的粘结效果直接影响加固质量。同时，钢丝绳与原组合楼板的连接锚固不易实现：空心砖部位不能作为锚固点；混凝土肋部存在原有钢筋，锚固点遇钢筋概率大，施工困难。此外，该加固方法工序复杂，湿作业周期长，且有悖于文物建筑保护的可逆性原则。

2.3?“钢框架+镀锌钢丝网”组合加固法

经过研讨及方案比选，Ⅰ期首层楼板最终选用“钢框架＋镀锌钢丝网”组合承托的方式进行加固。此种方法的加固原理：一是采用钢框架作为组合楼板下方的支撑体系，减小组合楼板因受上部荷载和自重荷载而产生的下挠变形，以起到对组合楼板加固的主要作用；二是在钢框架与楼板之间满布镀锌钢丝网，起到防止局部块体坠落的保护作用；三是钢框架与原组合楼板缝隙采用封缝灌浆方式，保证钢框架与组合楼板贴合密实，均匀受力。此方法的优点如下：

（1）几乎无湿作业，可缩短施工周期；

（2）工序简单，安装施工较简便，缩短管理链条，节省管理成本；

（3）具有同钢结构的优点：牢固、耐用，后期维护成本较低；

（4）避免与原结构发生大面积粘结，最大限度地保留了原文物建筑样貌，同时此加固方法可拆卸，很好地契合了文物建筑保护中的原真性和可逆性 原则。

3 加固方案实施

3.1 方案设计

针对Ⅰ期首层顶部配筋混凝土肋空心砖组合楼板现存的问题，决定对整个首层顶板采取“钢框架+镀锌钢丝网”组合加固的方法。本次组合楼板加固平面范围如图4中阴影部分所示。

   

图4 组合楼板加固平面示意

钢框架部分：（1）钢柱截面尺寸为200mm× 200mm×12mm和200mm×150mm×12mm两种，底部生根于混凝土壁柱顶，采用预埋件方式与混凝土壁柱连接；（2）组合楼板四周钢框架梁采用槽钢，其中长边型号为[32a，短边型号为[20b，均紧贴砖墙。每跨布置2道次梁，截面型号为HW150×150×7×10。次梁梁端与[32a槽钢采用 4根M16高强螺栓连接。钢柱及钢梁均为Q355B材质，其中钢柱为焊接型，钢梁均为型材。

镀锌钢丝网：选用 直径为4mm、网格型号100mm× 100mm的镀锌美格网，丝径误差为±0.1mm，网格尺寸误差±5%，焊点抗拉力大于450N，产品性能应符合GB/T 33281—2016《镀锌电焊网》的要求。钢框架主要连接节点如图5、图6所示。镀锌钢丝网安装与钢梁处连接作法如图7、图8所示。

   

图5 钢柱与钢梁焊接节点示意

   

图6 主梁与次梁连接节点示意

   

图7 镀锌钢丝网安装示意

   

图8 镀锌钢丝网安装节点示意

3.2 施工工序

“钢框架＋镀锌钢丝网”组合加固法的施工流程如图9所示。

   

图9 加固流程示意

加固施工具体内容如下。

（1）首先清理组合楼板底部松动的块体，对漏筋处进行除锈后表面封闭处理。

（2）在地面将镀锌钢丝网铺平展开后，整体提升至组合楼板底部，采用射钉枪将钢丝网与楼板临时固定，并保证钢丝网不发生下垂。钢丝网在板底四周沿墙向下折弯，作为端部锚固段。

（3）在组合楼板的四角处采用人工方式安装钢柱，钢柱下方设有混凝土壁柱及基础，梁、板所承受的荷载最终通过钢柱传至基础。

（4）在组合楼板底部四周安装主钢梁，钢梁腹板紧贴四周砖墙，顶部翼缘将镀锌钢丝网与板底顶紧，梁端与钢柱焊接。在跨中部位设置2道次梁，次梁端与主钢梁采用螺栓连接，顶部翼缘同样与钢丝网和楼板顶紧，全部安装完成后形成钢结构框架。

（5）所有钢梁与板底缝隙采用封缝后注浆方式，保证钢梁顶部与楼板紧贴密实，均匀受力。四周的主钢梁腹板将下弯的钢丝网与墙体顶紧，并填注砂浆，以保证钢丝网端部下弯部分锚固可靠。

（6）根据建筑耐火等级要求，对钢框架做防火防护。

3.3?安全管理

组合楼板加固期间，需要在狭小的房间内完成钢框架起重吊装、动火焊接、登高作业等施工内容。因此施工期间安全管理、消防管理难度大，且是重中 之重。

现场的安全管理工作主要从以下3个方面入手。

（1）思想意识：加强工人思想教育及安全教育培训，提高工人安全作业意识，严格做到“三不伤害”。

（2）技术交底：严格落实方案交底制度，并在现场管理中监督方案交底执行情况。对于危险性较高的钢结构起重吊装、动火焊接作业等内容交底至班组长及工人，不得违反安全第一原则。

（3）安全措施：按照方案严格落实安全措施的投入和实施。所有安全防护装备必须采购正规的合格产品，现场登高作业防护措施、消防灭火措施、起重吊装安全措施必须先于施工前完成，严格做到“无措施、不施工”，为施工人员的生命安全筑牢防线。

安全管理在项目实施中贯穿始终，只有安全管理到位，才能更好地促进现场生产。

4 结论

通过对清华图书馆老馆Ⅰ期首层组合楼板加固案例分析可得出以下结论。

（1）对于文物建筑修缮加固项目，必须保持文物建筑原真性原则、最小干预且可逆的原则，选择最合适的修缮加固方案。这就要求在方案设计阶段，必须细致地了解文物建筑损伤现状，熟知各类加固方案的特点，充分分析各加固方案对项目情况的适应性。

（2）配筋混凝土肋空心砖组合楼板常见于建造年代较为久远的各类文物建筑中，与钢筋混凝土楼板相比，重量较轻、具有一定的隔热、隔声的作用。但由于自身结构特点，在经过长时间的使用后，容易出现肋部混凝土酥松脱落、钢筋外露锈蚀、空心砖粉化等问题，严重影响后续结构的使用安全。

通过各类加固方案的适应性分析，对于此类型组合楼板，修缮加固方案选用“钢框架＋镀锌钢丝网”组合承托式加固方案最为适合。

（3）在狭小空间内完成钢结构起重吊装、登高作业、动火焊接等作业内容，势必会增加安全管理难度。只有提高安全作业意识，重视现场安全管理，落实好安全管理制度及安全措施投入，才能更好地为生产进度保驾护航。

（4）通过对配筋混凝土肋空心砖组合楼板防坠落保护措施的论述分析和工程实例展示，“钢框架＋镀锌钢丝网”组合承托式技术方案可应用在同类型工程中，同时也可为今后楼板的加固方案选择提供一种新的思路。