顧文虎，孫文彬，王建永

(1.淮陰工學(xué)院 建筑工程學(xué)院，江蘇 淮安 223001；2.上海天演建筑物移位工程有限公司，上海 200051)

建筑物整體平移托換節(jié)點(diǎn)受力分析及工程設(shè)計(jì)

顧文虎1*，孫文彬1，王建永2

(1.淮陰工學(xué)院 建筑工程學(xué)院，江蘇 淮安 223001；2.上海天演建筑物移位工程有限公司，上海 200051)

隨著城市發(fā)展、舊城改造的不斷深入，建筑物移位技術(shù)具有投資省、工期短等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于城市改造中。托換結(jié)構(gòu)是建筑物平移工程中的關(guān)鍵核心技術(shù)，直接關(guān)系建筑物平移的安全可靠性。結(jié)合建筑物平移工程中托換結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)，分析了托換結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響因素。根據(jù)實(shí)際工程，分析了“擴(kuò)大節(jié)點(diǎn)”托換的設(shè)計(jì)方法，給出了建筑物平移的施工工序，通過(guò)對(duì)建筑物的平移進(jìn)行了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，驗(yàn)證了托換節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)方法的可行性。

平移；托換；受力分析；監(jiān)控

0 引言

建筑物平移技術(shù)具有投資省、工期短、減少環(huán)境污染等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于舊城改造中，不同地區(qū)實(shí)現(xiàn)了數(shù)百個(gè)成功的建筑物平移案例。平移過(guò)程中，托換技術(shù)作為建筑物平移的關(guān)鍵技術(shù)之一，對(duì)建筑物平移起到關(guān)鍵性作用。許多學(xué)者對(duì)建筑物托換結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究表明，杜健民等通過(guò)四面包裹的托換節(jié)點(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn)研究，分析了托換體系的受力機(jī)理以及托換界面不同的連接構(gòu)造、表明托換梁配筋對(duì)框架柱抗沖切承載力和破壞形態(tài)的影響，得出通過(guò)加強(qiáng)托梁中上部縱筋和配置界面弓形焊筋，不僅可以提高托換體系的承載力還可以提高其延性[1]。李瑩等通過(guò)實(shí)際工程檢測(cè)托換結(jié)構(gòu)的受力性能并進(jìn)行了有限元分析，研究了托換結(jié)構(gòu)各截面的受力狀況，發(fā)現(xiàn)托換結(jié)構(gòu)在移動(dòng)時(shí)的受力狀況與施工檢測(cè)基本符合[2]。劉建宏進(jìn)行了四面包裹式鋼筋混凝土柱托換節(jié)點(diǎn)的靜力試驗(yàn)研究，試驗(yàn)研究，托換梁剪跨比是影響托換節(jié)點(diǎn)破壞形式及承載力的主要因素[3]。張?chǎng)蔚韧ㄟ^(guò)試驗(yàn)分析了包裹式托換節(jié)點(diǎn)的受力性能，分析了托換梁剪跨比、縱筋配筋率、配箍率、混凝土強(qiáng)度及梁柱結(jié)合面插筋配筋參數(shù)對(duì)托換結(jié)構(gòu)的影響，并進(jìn)行了剪跨比λ(0.43≤λ≤0.70)較小8個(gè)托換節(jié)點(diǎn)試件進(jìn)行了靜力加載試驗(yàn)，結(jié)果表明隨著剪跨比減小，托換節(jié)點(diǎn)的開裂荷載及破壞荷載均有所提高[4-5]。

本文結(jié)合實(shí)際工程案例研究四周包裹的托換節(jié)點(diǎn)的受力特點(diǎn)，分析托換節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)方法，通過(guò)對(duì)平移工程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，研究托換節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)方法可行性。

1 結(jié)構(gòu)托換技術(shù)

建筑物托換技術(shù)主要采用雙夾梁式托換和單托梁式托換兩種(圖1所示)[6]。雙夾梁式托換施工速度較快，但其托換梁的受力比較復(fù)雜，傳力路徑不明確，一般用于框架柱和承重墻。單托梁式托換傳力途徑明確，計(jì)算相對(duì)簡(jiǎn)單，但其施工難度大，墻體不能實(shí)現(xiàn)一次性托換，需分批實(shí)施托換，一般用于具有較高強(qiáng)度儲(chǔ)備的墻體。

圖1 結(jié)構(gòu)托換方式

托換結(jié)構(gòu)作為建筑物整體平移過(guò)程中的重要構(gòu)件，它應(yīng)能可靠地傳遞上部荷載和傳遞水平推力，因此針對(duì)托換結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要滿足以下兩個(gè)方面要求：(1)托換結(jié)構(gòu)與上部結(jié)構(gòu)有可靠連接，其抗剪強(qiáng)度滿足要求；(2)托換結(jié)構(gòu)自身形成一個(gè)穩(wěn)定體系，能夠承受水平推力，同時(shí)保證托換結(jié)構(gòu)在水平推力作用下具有足夠的剛度，不發(fā)生變形。

不同的施工階段，托換結(jié)構(gòu)受到的荷載作用也不相同。托換結(jié)構(gòu)受到的荷載主要包括：建筑物豎向荷載、建筑物平移過(guò)程的頂推荷載、建筑物軌道發(fā)生不均勻沉降使托換結(jié)構(gòu)產(chǎn)生附加內(nèi)力和建筑物旋轉(zhuǎn)平移過(guò)程托架內(nèi)力產(chǎn)生的荷載作用等。綜合各方面荷載效應(yīng)，在托換結(jié)構(gòu)中主要需要考慮兩個(gè)方面荷載作用[7]：(1)托換結(jié)構(gòu)與墻體或柱之間產(chǎn)生的剪切荷載；(2)托換結(jié)構(gòu)受到的彎矩作用，包括豎直方向彎矩作用和水平方向彎矩作用。這兩類荷載作用需要針對(duì)不同的具體工程采用不同的計(jì)算方法，主要研究哪類荷載對(duì)托換結(jié)構(gòu)其控制作用。

2 托換結(jié)構(gòu)的工程應(yīng)用

2.1 工程概況

貴州省都勻市緯八西路至廈蓉高速公路都勻西匝道口道路建設(shè)需要，需要對(duì)道路K0+280左側(cè)某辦公室平移15m，確保道路人行道寬度不小于8m。該辦公樓建成于2006年，為五層框架結(jié)構(gòu)建筑物，建筑面積約2650.00m2。房屋結(jié)構(gòu)采用獨(dú)立柱基，地基持力層為卵石層，埋深4.5m。

2.2 托換結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

在進(jìn)行柱托換節(jié)點(diǎn)的分析計(jì)算時(shí)，應(yīng)根據(jù)柱托換節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造特點(diǎn)，以柱為隔離體，分析其傳力途徑。分析柱在幾種荷載組合下所承擔(dān)的荷載作用，然后通過(guò)對(duì)拉螺栓抗剪、新舊混凝土疊合面的抗剪承載力等承擔(dān)上部荷載作用[8]。

該建筑物為五層框架結(jié)構(gòu)，框架柱最大截面尺寸500mm×500mm，采用PKPM計(jì)算出框架柱承受的最大豎向荷載3730kN。根據(jù)建筑物荷載情況和平移特點(diǎn)，選用四周包裹的鋼筋混凝土托換節(jié)點(diǎn)(圖2)，初選托換構(gòu)件截面尺寸：400mm×800mm，混凝土強(qiáng)度選用C30。

根據(jù)CECS 295-2011《建(構(gòu))筑物托換技術(shù)規(guī)程》規(guī)定[9]，永久性托換節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)，對(duì)于柱傳遞豎向荷載的抱柱梁結(jié)構(gòu)，當(dāng)不植筋時(shí)，其新舊混凝土結(jié)合面豎向承載力可按式(1)計(jì)算：

γN≤0.16fcAc

(1)

當(dāng)有植筋時(shí)，其新舊混凝土結(jié)合面豎向承載力可按式(2)計(jì)算：

γN≤0.16fcAc+0.56fsAs

(2)

式中：γ為綜合系數(shù)，取值1.0～1.3；N為新舊混凝土結(jié)合面豎向承載力；fc為梁、柱混凝土抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；Ac為新舊混凝土交接面的有效面積；fs為結(jié)合面配置的植筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；As為結(jié)合面上同一截面植筋總截面面積。

圖2 托換節(jié)點(diǎn)構(gòu)造圖

根據(jù)式(1)計(jì)算可知，依賴新舊混凝土之間的抗剪切強(qiáng)度不能承受豎向荷載作用，所以需要在托換結(jié)構(gòu)位置采用植筋形式，根據(jù)式(2)計(jì)算，設(shè)置10根直徑為20mm的HRB335鋼筋，保證托換節(jié)點(diǎn)滿足豎向承載力要求。圖3為托換節(jié)點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)照片。

圖3 托換節(jié)點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)照片資料

2.3 施工工序

整個(gè)平移工程的施工順序，土方開挖施工→新基礎(chǔ)施工→下軌道梁施工→上托換梁施工→滑腳安裝→斷柱→頂推設(shè)備安裝→平移→就位連接，見圖4。

圖4 建筑物平移施工工序

土方開挖施工過(guò)程中，室外開挖采用放坡開挖，當(dāng)施工條件狹窄不宜放坡時(shí)，對(duì)基坑進(jìn)行支護(hù)，以確保臨近建筑物及人員的安全。軌道梁施工過(guò)程中，軌道梁滑動(dòng)面標(biāo)高和平整度要嚴(yán)格控制，滑道最大相對(duì)誤差不得大于5.0mm，坡度要小于1‰?；理斆驿佋O(shè)10mm厚鋼板，與滑道基礎(chǔ)固定，鋼板與滑腳間涂潤(rùn)滑油，降低摩擦系數(shù)。就位連接施工中，框架柱與新基礎(chǔ)連接直接澆筑C30微膨脹細(xì)石混凝土，為澆筑密實(shí)，可采用漏斗形側(cè)模板，模板高出托換節(jié)點(diǎn)標(biāo)高30～50mm。先一側(cè)振搗澆筑，當(dāng)另一側(cè)混凝土溢出時(shí)，另一側(cè)方向振搗一次即可。

2.4 托換結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控

為了保障該建筑物整體平移工程的順利實(shí)施，對(duì)各個(gè)重要施工環(huán)節(jié)進(jìn)行了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。結(jié)合整體建筑物的計(jì)算分析結(jié)果，選擇受力集中和結(jié)構(gòu)相對(duì)薄弱部位，以及在房屋檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)可能異常部位布置測(cè)點(diǎn)。

本工程檢測(cè)手段主要采用靜態(tài)測(cè)試、水準(zhǔn)觀測(cè)和PLC液壓同步控制系統(tǒng)，主要監(jiān)測(cè)內(nèi)容：沉降觀測(cè)、移位監(jiān)測(cè)、關(guān)鍵部位裂縫觀測(cè)、千斤頂平移和存放時(shí)壓力監(jiān)測(cè)等。測(cè)點(diǎn)主要布置在柱和外立面凸線條上以利于觀測(cè)，測(cè)定其傾斜、偏轉(zhuǎn)情況和同步位移情況，測(cè)量時(shí)每個(gè)墻角測(cè)定其兩個(gè)方向的分量，防止其發(fā)生傾斜倒塌和整體偏轉(zhuǎn)。監(jiān)測(cè)點(diǎn)采用反射片標(biāo)志，便于使用電子儀器測(cè)量。每次觀測(cè)的測(cè)站點(diǎn)位置與建筑物相對(duì)固定，設(shè)置點(diǎn)位時(shí)考慮觀測(cè)視線與反射片的角度。同時(shí)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)通視情況，觀測(cè)點(diǎn)的設(shè)置高度盡可能考慮一致。

3 結(jié)語(yǔ)

托換結(jié)構(gòu)作為平移過(guò)程中重要構(gòu)件，本文主要針對(duì)建筑物平移托換節(jié)點(diǎn)受力特點(diǎn)進(jìn)行了分析研究。托換節(jié)點(diǎn)主要承受豎向剪力和水平推力作用，豎向荷載作用作為設(shè)計(jì)托換節(jié)點(diǎn)的主要依據(jù)。

采用CECS295-2011《建(構(gòu))筑物托換技術(shù)規(guī)程》中規(guī)定，對(duì)某實(shí)際工程的托換節(jié)點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，托換節(jié)點(diǎn)抗剪承載力主要由新舊混凝土疊合面和植筋形式來(lái)提供，保證托換節(jié)點(diǎn)與上部結(jié)構(gòu)之間具有良好連接。

建筑物平移工程，要綜合考慮施工工序，應(yīng)本著先加固后拆除移位的原則，保證移位工程順序?qū)嵤?/p>

經(jīng)過(guò)約3個(gè)月的平移工期，建筑物順利實(shí)施平移，通過(guò)對(duì)平移過(guò)程實(shí)時(shí)監(jiān)控，了解托換節(jié)點(diǎn)的受力狀況，對(duì)就位后托換節(jié)點(diǎn)觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，托換節(jié)點(diǎn)保持良好，充分證明了該設(shè)計(jì)方法具有可行性。

[1] 杜健民, 袁迎曙, 向偉. 框架柱托換體系抗沖剪承載力預(yù)計(jì)模型研究[J].中國(guó)礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2007, 36(1): 60-64.

[2] 李瑩.建筑物整體平移托換結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)受力[D].濟(jì)南：山東大學(xué)，2008.

[3] 劉建宏.鋼筋混凝土柱托換分析方法與應(yīng)用[D].上海：同濟(jì)大學(xué)，2007.

[4] 張?chǎng)? 賈留東,夏風(fēng)敏,等.框架柱托換節(jié)點(diǎn)受力性能試驗(yàn)研究[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào), 2011,32(11):89-96.

[5] 張?chǎng)危缿c霞，施蕊明.框架結(jié)構(gòu)平移小剪跨比托換梁節(jié)點(diǎn)受力性能試驗(yàn)研究[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào), 2014,35(4): 262-267.

[6] 張?chǎng)危撇?，呂西林，?建(構(gòu))筑物整體遷移技術(shù)規(guī)程(JGJ/T239-2011) [S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2011.

[7] 吳二軍, 顧文虎, 解險(xiǎn)峰，等.斜向與旋轉(zhuǎn)復(fù)合平移工程中水平托架受力分析[J].建筑結(jié)構(gòu), 2010, 40(5):76-79.

[8] 郭彤.結(jié)構(gòu)托換技術(shù)及其在房屋平移工程中的應(yīng)用[D].南京：東南大學(xué)，2002.

[9] 唐業(yè)清，崔江余，李甫，等.建(構(gòu))筑物托換技術(shù)規(guī)程(CECS295-2011) [S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2011.

(責(zé)任編輯：蔣 華)

Study for Force Behavior of the Joint of Underpinning Structure for Building Monolithic Movement and Engineering Design

GU Wen-hu1*, SUN Wen-bin1, WANG Jian-yong2

(1.Faculty of Architecture and Civil Engineering, Huaiyin Institute of Technology,Huai'an Jiangsu 223001, China;2.Shanghai Tianyan Building Translation Co., Ltd., Shanghai 200051, China)

With the urban development and renewal, building movement technique with the advantages of saving investment and construction time has been widely used in urban transformation. The underpinning structure is the key technology of building movement and directly relates to the safety and reliability of building movement. Combining with the characteristics of the underpinning structure of building movement, the influence factors of underpinning structure design was analyzed. Based on engineering practice and analysis of the "expand-joint" design method of underpinning node, the construction process and monitoring process of building movement were proposed to verify the feasibility of the underpinning node design scheme.

movement; underpinning; force behavior; monitoring

2014-09-19

顧文虎(1986-),男,江蘇漣水人,助理研究員,碩士,主要從事工程結(jié)構(gòu)加固、改造及平移研究；*為通訊作者。

TU

A

1009-7961(2015)01-0050-04