王建永

上海天演建筑物移位工程股份有限公司 上海 200336

我國建筑物移位技術(shù)發(fā)展已有三十余年的歷史，完成了數(shù)百項(xiàng)移位工程。移位工程中，托換結(jié)構(gòu)與下滑道梁對被移動結(jié)構(gòu)的安全性和經(jīng)濟(jì)性起到?jīng)Q定性作用，其構(gòu)件形式、受力性能從移位技術(shù)出現(xiàn)以來就被工程技術(shù)人員重點(diǎn)關(guān)注，進(jìn)行了大量研究。

文獻(xiàn)[1-2]進(jìn)行了新舊混凝土界面連接節(jié)點(diǎn)的破壞性試驗(yàn)，研究了節(jié)點(diǎn)的破壞形態(tài)，得出了抗剪承載力的計(jì)算公式，并通過工程實(shí)例驗(yàn)證了方法的有效性。

文獻(xiàn)[3]通過試驗(yàn)及有限元分析研究了鑿毛、植筋、支承形式對抱柱梁節(jié)點(diǎn)極限承載力的影響。

文獻(xiàn)[4]對現(xiàn)有排架結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)的托換技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)的總結(jié)。

文獻(xiàn)[5]通過建立不同截面托換梁模型，應(yīng)用有限元分析模型的應(yīng)力分布及破壞形態(tài)，提出了大截面柱的控制參數(shù)及定義。

文獻(xiàn)[6]設(shè)計(jì)了承重磚墻的混凝土托換試件，通過對試驗(yàn)結(jié)果的分析，假定了承重磚墻托換體系承載力平面桁架力學(xué)模型并推導(dǎo)了承載力計(jì)算公式。

上述相關(guān)研究成果被編寫入移位技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中，包括國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 51256—2017《橋梁頂升移位改造技術(shù)規(guī)范》，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JGJ/T 239—2011《建（構(gòu)）筑物移位工程技術(shù)規(guī)程》、JGJ 123—2012《既有建筑地基基礎(chǔ)加固技術(shù)規(guī)范》、JGJ 270—2012《建筑物傾斜糾偏技術(shù)規(guī)程》，團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)CECS 225：2007《建筑物移位糾傾增層改造技術(shù)規(guī)范》、CECS 295：2011《建（構(gòu)）筑物托換技術(shù)規(guī)程》，地方標(biāo)準(zhǔn)DG J32/J57—2015《建（構(gòu)）筑物整體移位技術(shù)規(guī)程》等。

實(shí)際工程中絕大多數(shù)托換結(jié)構(gòu)和滑道梁均采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，而具有顯著可重復(fù)利用優(yōu)勢的鋼結(jié)構(gòu)托換梁、滑道梁很少，上述現(xiàn)行規(guī)范也幾乎未提及相關(guān)技術(shù)要求和設(shè)計(jì)方法。由于鋼結(jié)構(gòu)具有施工方便、速度快、可拆卸重復(fù)利用等突出優(yōu)點(diǎn)，在特定條件下的工程中無疑將具有經(jīng)濟(jì)性和工期短的優(yōu)勢，因此對其應(yīng)用范圍和技術(shù)要求進(jìn)行明確規(guī)定是十分必要的。

本文提供了5種成功應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)的移位工程，從承載性能、變形性能、構(gòu)造作法及工程效果角度總結(jié)了鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用的設(shè)計(jì)施工要點(diǎn)，為類似移位工程提供參考。

1 鋼+混凝土組合式托換形式

由上節(jié)可知，混凝土托換梁通過截面尺寸及配筋防止托換結(jié)構(gòu)出現(xiàn)以下2種破壞模式：新舊結(jié)合面的沖切破壞；托換結(jié)構(gòu)本身的彎、剪、扭及失穩(wěn)承載力破壞。

鋼＋混凝土組合式托換結(jié)構(gòu)將上述2種受力模式一分為二，混凝土托換結(jié)構(gòu)滿足結(jié)合面受力要求，鋼托換構(gòu)件滿足剛度、強(qiáng)度、穩(wěn)定性要求。鋼＋混凝土托換形式與混凝土托換形式的新舊結(jié)合面托換機(jī)理及計(jì)算方法基本一致，設(shè)計(jì)時(shí)可參考現(xiàn)行的相關(guān)規(guī)范。

相較混凝土托換結(jié)構(gòu)，鋼＋混凝土組合式托換形式在滿足受力情況下，可以減小混凝土結(jié)構(gòu)部分的截面寬度、高度及總體質(zhì)量，減少后期拆除作業(yè)工作量。本節(jié)介紹2種鋼＋混凝土組合式的托換結(jié)構(gòu)形式。

1.1 鋼混凝土組合式托盤梁

1.1.1 鋼混凝土組合式托盤梁應(yīng)用案例

上海市黃浦區(qū)118地塊內(nèi)保留有3棟文物建筑：濟(jì)南路185弄7號（A棟）、濟(jì)南路185弄17號（E棟）、濟(jì)南路207弄2號（D棟）。根據(jù)新的保護(hù)規(guī)劃方案，需將這些建筑平移至靠近復(fù)興中路一側(cè)一字排開，如圖1所示。

圖1 移位路線

其中E幢房屋建造于19世紀(jì)20年代，為2層磚木結(jié)構(gòu)，局部3層，占地面積約369.88 m2。房屋平面為T形，東西方向總長16.7～18.6 m，南北方向總長25.1 m。

經(jīng)過綜合比選，本工程采用SMPT自行式平板托車進(jìn)行整體平移，而且由于該建筑物下有地下防空洞，故無法在建筑物范圍內(nèi)布置托車。移位設(shè)計(jì)時(shí)采用“抬轎式”托換技術(shù)，如圖2、圖3所示。此托換技術(shù)將SMPT拖車布置于建筑物外側(cè)，避開地下防空洞范圍。

圖2 托換平移方式示意

圖3 抬轎式移位現(xiàn)場照片

本工程中的抬轎式托換結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)，下層混凝土托盤梁與砌體結(jié)構(gòu)黏結(jié)為整體，主要起豎向托換及平面內(nèi)縱橫向聯(lián)結(jié)加固作用，上層鋼結(jié)構(gòu)提高托換結(jié)構(gòu)的橫向剛度，如圖4所示，實(shí)現(xiàn)將整個(gè)建筑物托換至SMPT拖車的目的。

圖4 橫向鋼桁架梁

混凝土托盤梁截面尺寸為400 mm×500 mm，鋼結(jié)構(gòu)采用鋼桁架梁形式，梁高2.5 m。經(jīng)過計(jì)算托換結(jié)構(gòu)的最大撓度＜20 mm，如圖5所示，小于規(guī)范要求的1/400（45 mm），實(shí)際移位頂升及平移過程中，未引起新增結(jié)構(gòu)裂縫。

圖5 鋼結(jié)構(gòu)托盤梁撓度計(jì)算結(jié)果

1.1.2 技術(shù)要點(diǎn)

在砌體結(jié)構(gòu)中應(yīng)用鋼桁架梁與混凝土托盤梁組合式的托換結(jié)構(gòu)，可以充分發(fā)揮混凝土托換梁與原砌體結(jié)構(gòu)黏結(jié)咬合可靠，以及鋼桁架梁剛度大、質(zhì)量輕的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)在建筑物外側(cè)“抬轎式”托換的目的，而且將混凝土托換梁設(shè)置于±0 m以下不再鑿除。

此托換形式不僅可以應(yīng)用于兩側(cè)托換，而且可以應(yīng)用于常規(guī)移位工程中建筑內(nèi)部托換的工況，在大大增強(qiáng)托換結(jié)構(gòu)剛度的同時(shí)降低混凝土托盤梁的高度。

1.2 鋼混凝土組合式抱柱梁

1.2.1 鋼混凝土組合式抱柱梁應(yīng)用案例

佛開高速公路某橋梁，因航道升級需重建主橋，引橋通過頂升方式與新建主橋進(jìn)行對接，頂升高度0.111～1.463 m，頂升結(jié)構(gòu)如圖6所示。

圖6 頂升結(jié)構(gòu)示意

引橋橋墩位置采用斷柱式頂升方案，常規(guī)的墩柱托換節(jié)點(diǎn)通常采用混凝土抱柱梁式托換節(jié)點(diǎn)，考慮到混凝土托換結(jié)構(gòu)在就位連接后需要切割鑿除，本工程經(jīng)過比選分析，設(shè)計(jì)采用新型的鋼抱箍托換形式。

鋼抱箍式托換結(jié)構(gòu)構(gòu)造上由兩部分組成，上部由兩半圓形鋼抱箍組成，作為頂升及臨時(shí)支撐平臺，下部由立柱加大截面形成支撐結(jié)構(gòu)，為鋼抱箍結(jié)構(gòu)提供支撐。立柱加寬后，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)主要承受壓力和剪力，鋼抱箍主要承受荷載彎矩，這種組合形式充分利用了各自的受力特點(diǎn)[7]。

1.2.2 技術(shù)要點(diǎn)

對鋼抱箍及混凝土托換平臺分別建立有限元模型進(jìn)行分析，如圖7、圖8所示。

圖7 整體計(jì)算模型

圖8 鋼抱箍應(yīng)力云圖

有限元分析表明：

1）千斤頂作用位置對鋼抱柱和下部混凝土應(yīng)力均有顯著影響，施工中應(yīng)嚴(yán)格控制，嚴(yán)禁向外偏差，應(yīng)盡量向柱靠攏。

2）面板厚度對應(yīng)力和變形有明顯影響，隨著面板厚度的增加，鋼牛腿的各組成鋼板的最大應(yīng)力、牛腿的最大撓度均明顯減小。厚度為20 mm時(shí)，有明顯轉(zhuǎn)折，厚度小于20 mm時(shí)，影響較大，大于20 mm后，影響幅度降低。

3）由于鋼牛腿下部支撐面部位壓力較大，且根部受拉，故容易導(dǎo)致根部開裂。

實(shí)際應(yīng)用表明：

1）鋼抱箍結(jié)構(gòu)未出現(xiàn)異常反應(yīng)，立柱加粗部分混凝土亦未出現(xiàn)裂縫。

2）抱箍底板與立柱加粗接觸部分出現(xiàn)輕微的崩塌，與計(jì)算模型顯示此處混凝土主應(yīng)力偏大相吻合，而且壓碎部分只是加粗立柱外側(cè)一小部分，并不影響整體結(jié)構(gòu)安全[7]。

鋼抱箍式組合托換形式充分利用了混凝土與鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，便于拆除，但是相較四面包裹的混凝土抱柱梁托換結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)方法更為復(fù)雜，實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)需要建立有限元模型復(fù)核鋼抱箍，不容易在實(shí)際工程中被設(shè)計(jì)人員掌握。

2 鋼結(jié)構(gòu)托換形式

鋼結(jié)構(gòu)托換形式的新舊結(jié)合面托換機(jī)理、構(gòu)造作法與混凝土托換形式及鋼＋混凝土托換形式完全不同，本節(jié)介紹2種鋼結(jié)構(gòu)托換形式。

2.1 型鋼夾墻梁式托換結(jié)構(gòu)

2.1.1 相關(guān)研究與規(guī)范規(guī)定情況

CECS 295：2011《建（構(gòu)）筑物托換技術(shù)規(guī)程》提及可以應(yīng)用鋼托梁，如6.2.5.4條：“當(dāng)采用鋼托梁時(shí)，鋼托梁宜在墻體兩側(cè)對稱設(shè)置，并通過穿墻螺栓等措施進(jìn)行拉結(jié)?！?.2.5.6條：“采用鋼筋混凝土夾墻梁或鋼托梁時(shí)，應(yīng)采取措施防止夾墻梁或鋼托梁范圍內(nèi)保留部分的砌體脫落。”但沒有更詳細(xì)的構(gòu)造要求。

DJG32/TJ 57—2015《建（構(gòu)）筑物整體移位技術(shù)規(guī)程》給出了一種H型鋼對拉式的雙夾墻梁應(yīng)用形式，鋼梁安裝前在所有承重磚墻的兩側(cè)切削磚縫，縫深20～30 mm，然后安裝H型鋼，擰緊對拉螺栓，型鋼翼緣與砌體墻縫隙用高強(qiáng)混凝土填實(shí)，具體如圖9所示。

圖9 型鋼對拉構(gòu)造

文獻(xiàn)[8-9]研究鋼板-磚砌體組合梁，該組合梁通過厚度6～12 mm的鋼板焊接成U形，包裹住磚砌體形成封閉箱形，通過內(nèi)部壓入結(jié)構(gòu)膠及對拉螺栓后錨固方式達(dá)到共同變形、參與工作的目的。

文獻(xiàn)[10]研究了一種既有砌體結(jié)構(gòu)隔震加固用的鋼-砌體組合托換梁，如圖10所示。該鋼-砌體組合托換梁受力形式包括外包槽鋼翼緣卡入墻體形成的豎向抗剪鍵、對拉螺栓的水平抗拉力以及內(nèi)填充黏結(jié)材料的黏結(jié)力，試驗(yàn)研究證明了鋼構(gòu)件與砌體之間能夠協(xié)調(diào)變形與共同工作。同時(shí)，給出了該體系的構(gòu)造、工作機(jī)理和施工工藝，分析了該體系的墻梁效應(yīng)，給出了該體系的內(nèi)力修正公式和計(jì)算方法。

圖10 鋼-砌體組合托換梁構(gòu)造

2.1.2 對拉槽鋼雙夾墻梁工程應(yīng)用案例

某建筑平面尺寸為16.3 m×12.6 m，建筑面積約為205 m2，為3層磚混結(jié)構(gòu)，層高2.90 m，頂層高3 m，建筑物高度18.25 m，室內(nèi)外高差為－0.75 m。

該建筑整體頂升0.6 m，頂升后托換梁暴露于±0 m以上，需要鑿除。考慮到該建筑位于城市別墅區(qū)內(nèi)，鑿除及切割會產(chǎn)生噪聲及建筑垃圾，且本工程磚結(jié)構(gòu)豎向荷載較小，故最終采用對接雙槽鋼式夾墻梁進(jìn)行托換。

前述對鋼-砌體組合托換梁的研究表明，組合托換結(jié)構(gòu)共同作用的保證措施為：界面間黏結(jié)材料的黏結(jié)力、后錨固螺栓預(yù)壓力產(chǎn)生的摩擦力、后錨固螺栓對砌體抗剪鍵的豎向抗剪力。

本工程托換結(jié)構(gòu)為臨時(shí)構(gòu)件，需要滿足可拆卸及不對墻體產(chǎn)生太大損傷的要求，所以采用一種背對背式對拉槽鋼雙夾墻梁式的托換方案。

為保證安全，設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)僅考慮豎向抗剪與預(yù)壓摩擦2種有力措施，而且每一種受力模式均能夠單獨(dú)承擔(dān)上部結(jié)構(gòu)的豎向荷載，豎向荷載取重力荷載代表值的1.5倍，槽鋼與鋼板的摩擦因數(shù)取0.2[10]。

在構(gòu)造上采用了如下措施：槽鋼安裝初步固定后，壓入水泥漿，達(dá)到強(qiáng)度后按設(shè)計(jì)值擰緊螺栓；在槽鋼頂部每隔一定間距設(shè)置鋼墊板。具體構(gòu)造如圖11、圖12所示。

2.1.3 技術(shù)要點(diǎn)

鋼夾墻梁相較混凝土夾墻梁受力可靠性相對較差，為了保證鋼夾墻梁應(yīng)用時(shí)的安全性，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)避免單一的摩擦式托換，除了摩擦傳力外還應(yīng)有其他的傳力途徑，具體方式如下：

圖11 對拉槽鋼托換構(gòu)造

圖12 現(xiàn)場施工過程照片

1）型鋼夾墻梁頂穿過墻體并間隔設(shè)置鋼加勁墊板或短梁，在摩擦力失效情況下可以利用砌體的“內(nèi)拱卸荷作用”將上部結(jié)構(gòu)荷載傳遞至鋼夾墻梁上，而且保證型鋼結(jié)構(gòu)的局部承壓。

2）型鋼梁與磚砌體結(jié)構(gòu)間填充密實(shí)，增強(qiáng)型鋼夾墻梁與磚砌體的整體受力。

3）型鋼卡入墻體，但應(yīng)避免砌體局部受壓破壞。

2.2 型鋼對拉螺栓式托換結(jié)構(gòu)

2.2.1 相關(guān)研究與規(guī)范規(guī)定情況

DJG32/TJ 57—2015《建（構(gòu)）筑物整體移位技術(shù)規(guī)程》給出了一種型鋼對拉螺栓柱托換節(jié)點(diǎn)，托換構(gòu)造如圖13所示。

圖13 對拉螺栓托換構(gòu)造

該規(guī)程給出了型鋼對拉螺栓托換形式的具體構(gòu)造要求，如：

1）型鋼和柱之間填充膨脹細(xì)石混凝土，標(biāo)號不宜低于C40，不應(yīng)低于原柱混凝土強(qiáng)度。

2）當(dāng)托換夾梁截面寬度大于型鋼截面寬度時(shí)，可考慮焊接加寬鋼板，鋼板厚度不應(yīng)小于10 mm，并應(yīng)設(shè)加勁肋，加勁肋間距不宜大于250 mm，不應(yīng)大于300 mm。

3）為防止型鋼上翼緣卡入柱身位置處混凝土局壓剝落，宜在節(jié)點(diǎn)四周設(shè)保護(hù)構(gòu)造。高度100～150 mm，寬度不小于60 mm，箍筋不少于2φ6 mm（HPB300），且箍筋接頭不應(yīng)設(shè)在同一柱角。

4）工字鋼之間用槽鋼或鋼板焊接拉結(jié)。

5）當(dāng)托換荷載較大，需要穿螺栓較多時(shí)，同一水平截面螺栓不宜超過2個(gè)，上下2層螺栓凈距不宜小于100 mm。

同時(shí)，規(guī)程也給出了該構(gòu)造形式的計(jì)算公式：

2.2.2 型鋼對拉螺栓柱托換應(yīng)用案例

南京江南大酒店建于1995年，為主體6層、局部7層的框架結(jié)構(gòu)，總建筑面積5 424 mm2。由于新模范馬路拓寬，擬采用整體平移技術(shù)將該樓向后平移26 m[11-12]。

該工程框架柱設(shè)計(jì)荷載為1 800～3 600 kN，中柱的最大設(shè)計(jì)軸力3 600 kN，如設(shè)計(jì)成鋼筋混凝土抱柱式托換節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)高度為800～1 000 mm，超過±0 m位置0.3 m以上。

該工程采用了型鋼對拉螺栓的鋼結(jié)構(gòu)托換節(jié)點(diǎn)，型鋼對拉螺栓柱托換方法在南京江南大酒店整體平移工程中成功托換柱44根。

2.2.3 技術(shù)要點(diǎn)

型鋼對拉螺栓柱托換形式與鋼筋混凝土抱柱梁托換形式的受力機(jī)理及計(jì)算方法不同，設(shè)計(jì)計(jì)算方法較相關(guān)規(guī)范給定的混凝土抱柱梁計(jì)算方法更為復(fù)雜。在托換節(jié)點(diǎn)需要鑿除的情況下，型鋼對拉螺栓柱托換方法具有容易鑿除的優(yōu)點(diǎn)。

3 組合式鋼結(jié)構(gòu)下滑道梁技術(shù)

3.1 相關(guān)應(yīng)用及研究情況

目前下滑道梁主要采用混凝土結(jié)構(gòu)形式，其施工簡便、質(zhì)量容易控制，而且受力及傳力穩(wěn)定、明確，具有很好的強(qiáng)度及剛度，與樁基礎(chǔ)結(jié)合應(yīng)用時(shí)可以承擔(dān)較大的豎向及水平荷載。

文獻(xiàn)[13]在安慶某商住樓移位工程中過渡段與新基礎(chǔ)位置采用型鋼軌道，型鋼規(guī)格為506 mm×201 mm×11 mm×1.9 mm，每軸線設(shè)雙肢型鋼。

3.2 組合式鋼滑道梁應(yīng)用案例

本節(jié)介紹海南淇水灣旅游度假綜合體整體遷移項(xiàng)目中應(yīng)用的鋼結(jié)構(gòu)下滑道梁。

海南淇水灣旅游度假綜合體地上2層，主體為鋼框架結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)為柱下獨(dú)立基礎(chǔ)，單層建筑面積4 318.41 m2，總建筑面積為6 243.60 m2，建筑總高度12.5 m，無地下室。為了保護(hù)海岸生態(tài)環(huán)境對工程進(jìn)行平移施工，新舊址角度相差13.4°，高差5 m，距離143.91 m，如圖14所示。

圖14 淇水灣旅游度假綜合體現(xiàn)場

本工程采用組合式移位方案，即1次旋轉(zhuǎn)、2次平移、3次頂升，各移位動作交叉連續(xù)進(jìn)行，達(dá)到平移至新址的目的，如圖15所示[14]。

圖15 平移過程示意

建筑物2次頂升2 m后，需要在建筑物支撐狀態(tài)下施工建筑內(nèi)部下滑道梁，經(jīng)過方案比選，采用鋼結(jié)構(gòu)下滑道梁形式，主要優(yōu)點(diǎn)為方便在狹小空間內(nèi)施工、安裝工期快、不需要養(yǎng)護(hù)、可以重復(fù)利用等。

鋼梁由上下兩部分的箱梁疊合而成，高度為2 m，單層鋼結(jié)構(gòu)下滑道梁截面400 mm×1 000 mm×6 000 mm，如圖16、圖17所示。

圖16 鋼滑道梁平移工序示意

3.3 技術(shù)要點(diǎn)

理論分析模型如圖18所示，理論分析結(jié)果及工程實(shí)際應(yīng)用均表明：當(dāng)梁頂面傾角向外時(shí)，均布荷載在傾斜面上產(chǎn)生向外的分力，當(dāng)移位結(jié)構(gòu)沿梁軸線方向移動時(shí)，也就是液壓懸浮千斤頂沿軸線方向移動，向外的分力使得均布荷載作用點(diǎn)持續(xù)向外偏移，而偏移使柱腳作用點(diǎn)的偏心距增大，進(jìn)一步增加了梁頂面的向外傾角，導(dǎo)致傾斜面上產(chǎn)生向外的分力更大，具有P-Δ二階效應(yīng)，周而復(fù)始，在移位過程中使液壓懸浮千斤不斷向外偏移。

圖17 鋼滑道梁安裝

圖18 計(jì)算模型

實(shí)施移位中，也發(fā)現(xiàn)相較于混凝土滑道梁，鋼滑道梁更容易出現(xiàn)側(cè)向偏移。

4 結(jié)語

1）砌體結(jié)構(gòu)的頂升工程可考慮采用型鋼托盤梁形式，在平移工程中，因托盤梁承擔(dān)豎向荷載及水平荷載，受力工況較復(fù)雜，應(yīng)謹(jǐn)慎選擇鋼夾墻梁形式。

2）當(dāng)采用鋼混凝土組合托換結(jié)構(gòu)時(shí)，可充分利用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)承受壓力和剪力，鋼結(jié)構(gòu)主要承受荷載彎矩，充分利用各自的受力特點(diǎn)。

3）鋼結(jié)構(gòu)下滑道梁的整體扭轉(zhuǎn)及局部的翼緣變形都會引起鋼梁頂面的傾斜，從而引起建筑物平移過程中的側(cè)移，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)針對性的限位及糾偏措施，以確保建筑物的平移安全。