某混凝土框架結(jié)構(gòu)移位技術(shù)及就位連接方法探討①

徐章雄，盧文勝

(同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院，上海200092)

0 引 言

建筑物移位是指通過(guò)一定的技術(shù)手段，在保持建筑物整體性的條件下，改變建筑物的空間位置，包括平移、旋轉(zhuǎn)、抬升、迫降等單項(xiàng)移位或組合移位［1］.

建筑物整體移位技術(shù)在國(guó)外已有一百多年的歷史［2～3］，技術(shù)較為成熟.我國(guó)建筑物移位技術(shù)起步較晚，但隨著近年來(lái)對(duì)移位技術(shù)的研究與實(shí)踐，出臺(tái)了建筑物移位相關(guān)規(guī)范［1，4］，拖換技術(shù)或移位技術(shù)正在不斷進(jìn)步與成熟.

建筑物就位后的連接是移位工程的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，應(yīng)引起重視.我國(guó)出臺(tái)的建筑物移位相關(guān)規(guī)范及文獻(xiàn)［5］中雖有提及就位連接問(wèn)題，卻沒(méi)有詳細(xì)的做法介紹，仍有待完善.也有文獻(xiàn)［6］特別針對(duì)弱框架移位過(guò)程中結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行分析，但也沒(méi)有討論就位連接問(wèn)題.本文對(duì)某六層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的移位技術(shù)和就位連接方法進(jìn)行討論，并對(duì)連接方法的可靠性進(jìn)行評(píng)判，給出該框架結(jié)構(gòu)就位連接的相關(guān)意見(jiàn).

1 工程介紹

1.1 建筑簡(jiǎn)介

建筑為現(xiàn)代主義風(fēng)格，清水紅磚墻，各立面橫縱線條構(gòu)圖韻味濃重，原檐口有多重線腳;室內(nèi)大廳中庭設(shè)計(jì)，帶有裝飾派藝術(shù)技巧(圖1).外立面的建筑風(fēng)格為外部重點(diǎn)保護(hù)部位.

圖1 建筑南立面圖

該建筑為六層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)寬約為43m(30m(7×5 榀框架)，層高為3.66m，柱網(wǎng)為6.25m×6.0m，典型結(jié)構(gòu)平面圖見(jiàn)圖2.

1.2 結(jié)構(gòu)檢測(cè)

移位前對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)，框架結(jié)構(gòu)主要沿橫向布置，而沿縱向沒(méi)有抗側(cè)意義的框架結(jié)構(gòu);樓板為縱向布置的梁板結(jié)構(gòu).房屋上部結(jié)構(gòu)保護(hù)較好，大部分梁柱構(gòu)件都沒(méi)有發(fā)現(xiàn)明顯裂縫及鋼筋露出等現(xiàn)象.少量構(gòu)件的開(kāi)裂主要集中于樓梯間和頂樓的電梯機(jī)房，是由鋼筋銹蝕脹裂引起的;

在對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行回彈及鉆芯取樣檢測(cè)時(shí)，發(fā)現(xiàn)底層柱的鋼筋仍舊保持著很好的外觀及受力狀態(tài)，但混凝土的碳化深度較大，最大碳化深度一般在60mm 左右，接近構(gòu)件的保護(hù)層厚度.由于結(jié)構(gòu)年代久遠(yuǎn)，混凝土強(qiáng)度普遍較低，約為C13 ～C15，質(zhì)量較差，這是老建筑的通病.

移位前房屋整體向南面傾斜，且傾斜角均小于7‰.移位后房屋整體向西南面角稍微傾斜，傾斜角均小于4.2‰(見(jiàn)圖3).

圖2 典型結(jié)構(gòu)平面圖

圖3 結(jié)構(gòu)傾斜圖

移位前檢測(cè)結(jié)果判定為:在采取適當(dāng)加固措施后，整體結(jié)構(gòu)可以進(jìn)行移位改造.

1.3 抗震鑒定

根據(jù)《建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》，按A 類建筑、后續(xù)使用30 年的要求，對(duì)房屋的結(jié)構(gòu)體系、建筑結(jié)構(gòu)外觀、結(jié)構(gòu)構(gòu)件及連接節(jié)點(diǎn)現(xiàn)狀、整體變形、重要構(gòu)件的受力及變形等情況進(jìn)行抗震鑒定分析.

結(jié)合原結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖紙，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)繪、檢測(cè)和分析，認(rèn)為結(jié)構(gòu)主要梁柱構(gòu)件滿足規(guī)范7 度抗震構(gòu)造要求.該房屋建筑結(jié)構(gòu)存在多處抗震薄弱環(huán)節(jié)，基本滿足第一級(jí)鑒定，考慮到優(yōu)秀歷史建筑的重要性，補(bǔ)充進(jìn)行第二級(jí)鑒定計(jì)算.二級(jí)抗震鑒定滿足要求.

2 移位技術(shù)探討

2.1 移位施工方法

移位技術(shù)流程圖見(jiàn)圖4.

圖4 移位技術(shù)流程圖

由于該移位建筑結(jié)構(gòu)具有強(qiáng)度低、配筋少、內(nèi)力大等特點(diǎn)，為確保施工質(zhì)量及平移安全，對(duì)建筑物進(jìn)行平移前需要對(duì)房屋進(jìn)行加固，加固包括永久性加固和臨時(shí)加固措施.永久性加固指對(duì)底層原門(mén)廳位置處的六根越層柱進(jìn)行加大截面法加固;臨時(shí)性加固系在柱間增設(shè)的鋼構(gòu)剪力撐，以確保越層柱在平移過(guò)程的穩(wěn)定性.

本工程選用雙肢梁托換的方式，即對(duì)墻柱體進(jìn)行鑿毛后，在墻柱兩側(cè)或四周施工托盤(pán)梁.采用此方法的優(yōu)點(diǎn)是:可在墻柱體兩側(cè)施工，掏洞僅在橫縱交叉點(diǎn)進(jìn)行，盡可能的減少對(duì)墻柱體的鑿除;上滑梁可一次性施工，避免了一條滑道梁分成若干段而引起的施工誤差;施工簡(jiǎn)便，可以對(duì)整體托盤(pán)體系同時(shí)施工，工期相對(duì)較短;施工軌道梁頂面平整度容易控制，確保房屋平移時(shí)平穩(wěn)，加速度小;技術(shù)成熟可靠，托換可靠性高.

底盤(pán)結(jié)構(gòu)是整個(gè)建筑物移位的基礎(chǔ)和滑道，用來(lái)承受滑動(dòng)面以上的全部動(dòng)、靜荷載.它由基礎(chǔ)、下滑梁、連系梁、反力后背及限位塊等組成.下滑梁作為平移的軌道基礎(chǔ)，根據(jù)平移路線進(jìn)行布置，對(duì)表面平整度要求高，本工程移位在下滑梁上設(shè)置不銹鋼摩擦面.

本工程移位裝置選用液壓懸浮式滑動(dòng)支座.其優(yōu)點(diǎn)是:平移時(shí)比較平穩(wěn);偏位時(shí)易于調(diào)整，便于糾偏，適用于高精度同步控制系統(tǒng);平移過(guò)程中輔助工作少，平移速度快，有利于縮短總工期;摩擦系數(shù)很小，需提供的移位動(dòng)力較小;液壓懸浮式滑動(dòng)支座在行走時(shí)能夠自動(dòng)調(diào)整高程，可以始終保證滑動(dòng)支座的有效支撐，從而保證托盤(pán)及上部結(jié)構(gòu)的安全，特別適合于結(jié)構(gòu)性能較差的優(yōu)秀歷史建筑的平移施工.

2.2 移位施工過(guò)程

先進(jìn)行下滑梁的施工，再進(jìn)行上滑梁的施工;抱柱梁的施工是本工程最為關(guān)鍵的托換結(jié)構(gòu)，抱柱梁必須確保安全可靠，能夠有效地將底層混凝土柱較大的荷載傳遞到上滑梁和滑腳上;待滑動(dòng)面以上所有的混凝土結(jié)構(gòu)達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，且移位裝置安裝完畢后，即可對(duì)滑動(dòng)面上的磚墻和柱進(jìn)行分?jǐn)嗲懈睿股喜拷ㄖY(jié)構(gòu)荷載全部轉(zhuǎn)移到上滑道上.磚墻采用人工鑿除與靜力切割結(jié)合的方法，混凝土柱則采用金鋼鏈靜態(tài)切割;切割按間隔對(duì)稱方式進(jìn)行，切割時(shí)采取了密切觀測(cè)托盤(pán)系統(tǒng)的受力狀態(tài)的措施.

完成平移準(zhǔn)備工作后，先進(jìn)行試平移，綜合判定有關(guān)信息是正常后，再進(jìn)行正式平移.房屋沿下滑梁先向西平移5.388m，在此位置作中間停留;等待新址地下室施工完成后，再將房屋向北平移33.258m 到達(dá)新址，參見(jiàn)圖5.

圖5 移位路線圖

移位全過(guò)程中對(duì)移位建筑安全進(jìn)行了持續(xù)監(jiān)測(cè)，包括姿態(tài)監(jiān)測(cè)、沉降監(jiān)測(cè)和位移監(jiān)測(cè).姿態(tài)監(jiān)測(cè)指在平移過(guò)程中對(duì)結(jié)構(gòu)整體姿態(tài)的監(jiān)測(cè)，包括結(jié)構(gòu)的平動(dòng)和傾斜;沉降監(jiān)測(cè)指房屋在整個(gè)平移施工過(guò)程中房屋的沉降狀態(tài);位移監(jiān)測(cè)指房屋在整個(gè)平移過(guò)程中所行走距離的監(jiān)測(cè).本工程全過(guò)程施工過(guò)程中由第三方同步監(jiān)測(cè)，直到完成移位和就位連接工作;之后拆除抱柱梁及臨時(shí)支撐.

2.3 移位技術(shù)評(píng)判

移位前對(duì)各個(gè)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了比選，最后采用了適合本工程且相當(dāng)成熟的移位技術(shù)，整個(gè)移位過(guò)程很成功.在移位實(shí)施過(guò)程中，對(duì)房屋的結(jié)構(gòu)薄弱之處進(jìn)行了加固，不僅保持了原建筑的外觀外貌，整個(gè)移位過(guò)程對(duì)建筑物的損壞很小，有效的保持房屋的使用壽命.

3 就位連接方式探討

3.1 移位就位連接規(guī)定

移位建筑物就位后，連接構(gòu)造應(yīng)滿足強(qiáng)度、穩(wěn)定性和抗震設(shè)計(jì)的要求［5］.框架結(jié)構(gòu)需經(jīng)計(jì)算分析確定其連接形式.移位工程就位后，當(dāng)托盤(pán)結(jié)構(gòu)體系需拆除時(shí)，框架結(jié)構(gòu)柱中的縱向鋼筋應(yīng)與底盤(pán)結(jié)構(gòu)體系中的預(yù)設(shè)錨固筋可靠連接.抗震設(shè)防區(qū)，可在托換結(jié)構(gòu)體系和新址基礎(chǔ)之間采取隔震措施.

圖6 就位連接圖

建筑物移位至指定位置，驗(yàn)收合格后應(yīng)盡快實(shí)施就位連接.連接應(yīng)按設(shè)計(jì)要求施工，應(yīng)檢查預(yù)設(shè)連接錨筋、連接預(yù)埋件的位置，避免錯(cuò)漏.焊接連接時(shí)應(yīng)交叉施焊并宜采取降溫措施.空隙的填充應(yīng)密實(shí)，宜采用微膨脹混凝土、砂漿或無(wú)收縮灌漿料.因移位產(chǎn)生的原結(jié)構(gòu)裂損應(yīng)進(jìn)行修補(bǔ)或加固.

3.2 就位連接方法

移位施工前在房屋北面進(jìn)行深基坑的施工，用以修建新址地下室.移位施工完成后，新址地下室作為房屋新址的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu).

房屋平移到位后需將框架結(jié)構(gòu)柱與新址地下室結(jié)構(gòu)剛接成整體.在各柱就位位置預(yù)埋厚度為34mm 的鋼板，鋼板與地下室頂板穿孔塞焊連接，錨固長(zhǎng)度為36d;在柱就位位置處用厚度為16mm的鋼板圍合，高度為80mm，內(nèi)側(cè)與厚度為12mm 的短加勁板焊接;用厚度為16mm 的鋼板與柱邊圍合，高度為300mm，采用對(duì)拉錨栓連接，每側(cè)2D18;帶滑移到位后，四腳部采用L200(16 鋼板，與底板坡口焊等強(qiáng)度連接，與加勁板角焊縫連接;在柱底與鋼板之間壓力注漿，由于原結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度低，因此灌漿料強(qiáng)度等級(jí)值得探討，建議為C30.具體連接形式見(jiàn)圖6.

圖7 改進(jìn)連接方式

3.3 就位連接方法評(píng)判

底層柱是結(jié)構(gòu)的最大受力部位，且抗震設(shè)計(jì)中要求實(shí)現(xiàn)強(qiáng)柱弱梁，因此底層柱腳是整體結(jié)構(gòu)的重要環(huán)節(jié)，其性能直接影響結(jié)構(gòu)的安全性，有著舉足輕重的作用.

原就位連接設(shè)計(jì)的傳力路徑是:柱子傳給沿柱邊圍合的鋼板，再由鋼板傳遞給四周的角鋼，最后傳給地下室頂部的預(yù)埋鋼板.

抗震設(shè)計(jì)時(shí)，受拉鋼筋的錨固長(zhǎng)度［7］為:

其中:修正系數(shù)ξɑ=1.1×1.1×0.8=0.968.

原設(shè)計(jì)中，柱中鋼筋與柱邊圍合鋼板的長(zhǎng)度為200mm，不滿足連接錨固長(zhǎng)度要求;構(gòu)造設(shè)計(jì)也不滿足要求，四周角鋼之間沒(méi)有相互連接，且長(zhǎng)度不足，無(wú)法對(duì)柱子形成抱箍作用.

原設(shè)計(jì)的就位連接方式不能滿足《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中抗震設(shè)計(jì)時(shí)受拉鋼筋的錨固長(zhǎng)度要求，并不是有效的剛性節(jié)點(diǎn)連接.由于傳力路徑無(wú)效，使得柱內(nèi)力可能無(wú)法傳遞到地下室，連接節(jié)點(diǎn)將成為結(jié)構(gòu)的薄弱部位.

3.4 改進(jìn)意見(jiàn)

可在各柱就位位置，地下室頂板梁內(nèi)預(yù)留鋼筋孔，在抱柱梁對(duì)應(yīng)的位置也預(yù)留鋼筋孔.就位后將連接主筋從抱柱梁預(yù)留孔內(nèi)插入頂板梁預(yù)留孔內(nèi)，鋼筋植入地下室深度要滿足錨固長(zhǎng)度的要求，鋼筋與原柱鋼筋之間要滿足相應(yīng)的錨固長(zhǎng)度，然后向孔內(nèi)灌漿錨固，采用加大柱截面法進(jìn)行連接.為保證新老結(jié)構(gòu)有效連接，保留部分抱柱梁，見(jiàn)圖7.

也可以增加原設(shè)計(jì)中四邊角鋼的長(zhǎng)度，角鋼之間增加相應(yīng)的連接以確保相應(yīng)的構(gòu)造措施滿足要求，最終使角鋼對(duì)柱形成抱箍作用，以確保傳力路徑可靠有效，見(jiàn)圖7.

4 結(jié) 論

本文結(jié)合某六層框架結(jié)構(gòu)的移位就位連接，對(duì)其就位連接形式進(jìn)行評(píng)判，得出以下結(jié)論:

(1)本工程采用的移位技術(shù)成熟，整個(gè)移位工程很成功.

(2)建筑物就位后的連接，應(yīng)滿足強(qiáng)度、穩(wěn)定性和抗震的要求.就位連接節(jié)點(diǎn)的性能對(duì)移位建筑的后期使用起著至關(guān)重要的作用.

(3)本工程的就位節(jié)點(diǎn)傳力路徑有缺陷，使得原柱子的力無(wú)法傳遞到地下室，連接方式并不能滿足要求，將成為結(jié)構(gòu)的薄弱部位，建議對(duì)連接節(jié)點(diǎn)進(jìn)行相關(guān)處理.

［1］ 中國(guó)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn).CECS 225:2007 建筑物移位糾傾增層改造技術(shù)規(guī)范［S］.北京:中國(guó)計(jì)劃出版社，2008:11－18.

［2］ John Lewis.Forged Master Cylinder Gives Lighthouse a Lift［J］.Design News，Boston，1999.

［3］ 張?chǎng)危煜驏|，都愛(ài)華.國(guó)外建筑物整體平移技術(shù)的進(jìn)展［J］.工業(yè)建筑，2002，32(7):1－3.

［4］ 中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.JGJ/T 239－2011 建(構(gòu))筑物移位工程技術(shù)規(guī)范［S］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2011.

［5］ 張?chǎng)?，賈留東，魏煥衛(wèi)等.建筑物平移與糾傾技術(shù)［M］.北京:中國(guó)水利水電出版社，2008:41－42.

［6］ 李澤.移位過(guò)程中豎向差異變形下弱框架結(jié)構(gòu)性能分析［D］.上海:同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院，2013:13－86.

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