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      改建工程豎向構(gòu)件力系轉(zhuǎn)換施工

      2021-08-06 02:21:34孫云飛
      建筑施工 2021年3期
      關(guān)鍵詞:尖塔頂蓋剪力墻

      孫云飛

      上海建工一建集團(tuán)有限公司 上海 200120

      為實(shí)現(xiàn)既有舊商辦建筑體使用功能的更新升級(jí),滿足內(nèi)部空間的改變,結(jié)構(gòu)改造中通過使用新受力構(gòu)件替代原有受力構(gòu)件,最終完成既有建筑結(jié)構(gòu)的部分力系轉(zhuǎn)換[1-3]。

      本文以上海華潤(rùn)時(shí)代廣場(chǎng)標(biāo)志性的小尖塔頂蓋下力系轉(zhuǎn)換為依托,介紹了力系轉(zhuǎn)換施工中,新增受力體系進(jìn)行豎向分段同時(shí)施工的技術(shù),通過在力系轉(zhuǎn)換過程中對(duì)主要受力構(gòu)件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行監(jiān)測(cè),最終達(dá)到安全高效地完成新力系的構(gòu)建和新舊力系的轉(zhuǎn)換的目的。

      1 工程概況

      華潤(rùn)時(shí)代廣場(chǎng)改造工程主要功能定位為購(gòu)物中心(含零售商業(yè)、餐飲),改造工程包括地下2層(局部3層),地上11層。

      為了實(shí)現(xiàn)建筑布局及部分區(qū)域使用功能的改變,對(duì)原結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固改造。結(jié)構(gòu)改造主要涉及部分樓板拆除、局部剪力墻拆除,新增框架柱、剪力墻、框架梁、部分樓梯拆除等內(nèi)容。

      2 力系轉(zhuǎn)換概況

      小尖塔頂蓋形狀為棱錐體,原頂蓋由6根結(jié)構(gòu)柱+兩面剪力墻(原觀光電梯兩側(cè)豎向受力結(jié)構(gòu))支撐,所有豎向受力構(gòu)件均自頂蓋下方至基礎(chǔ)底部貫通。為使新中庭有更加寬闊的空間進(jìn)行改造,需在頂蓋下新增2根結(jié)構(gòu)柱,頂住小尖塔頂蓋,并拆除剪力墻,實(shí)現(xiàn)力系轉(zhuǎn)換,達(dá)到替換原受力構(gòu)件的目的(圖1、圖2)。

      圖1 力系轉(zhuǎn)換平面示意

      圖2 待拆除剪力墻實(shí)景

      替換原剪力墻的2根立柱,7層以下采用柱加大截面的加固方式,7層以上為柱接長(zhǎng)及轉(zhuǎn)換梁柱施工。加固范圍為-10.7~57.7 m。立柱在中庭31.5 m(10層樓面)高空處有一次轉(zhuǎn)換,2根立柱之間新澆筑1根截面為1 000 mm×1 200 mm、跨度為16.5 m的轉(zhuǎn)換梁,梁上再起2根立柱直至小尖塔頂部(圖3)。

      圖3 加固柱頂升剖面示意

      3 關(guān)鍵技術(shù)研究

      3.1 頂升柱分段施工

      結(jié)合此2根立柱的施工工況,7層以下為加固,7層以上為新建,本工程將此關(guān)鍵線路分為3段,B2—2層為一個(gè)施工段,從基礎(chǔ)底板起依次加大柱截面;3—7層為一個(gè)施工段,從3層中庭樓板起依次加大柱截面,8層—小尖塔頂為一個(gè)施工段,此段往上無柱加固工況,均為柱接長(zhǎng)及新建梁等,可單獨(dú)依次往上施工。

      3.1.1 分段連接處鋼筋處理

      施工上下分段處,因?yàn)槭悄嫘蚴┕?,下部混凝土未澆筑時(shí),上部混凝土已先行澆筑,鋼筋的連續(xù)性必然成為問題。常規(guī)工序豎向結(jié)構(gòu)往上逐層施工,在每次澆筑墻柱時(shí),分段澆筑完成后混凝土面均會(huì)留置插筋,以便下一段澆筑時(shí)鋼筋可以進(jìn)行搭接。

      而根據(jù)本工程工況,剪力墻加大截面分段施工,下部混凝土為后施工,只不過是將常規(guī)工藝換了個(gè)方向,向上預(yù)留插筋變成了向下預(yù)留插筋,預(yù)留出足夠的搭接長(zhǎng)度,待下部加固混凝土施工到達(dá)預(yù)留位置時(shí),再以焊接連接,保證鋼筋的連續(xù)性。

      3.1.2 分段連接處混凝土澆筑

      按照分段施工的思路,分段處的混凝土澆筑密實(shí)度是非常重要的,若幾處分段位置不能澆筑密實(shí),結(jié)構(gòu)無法將上部荷載順利傳導(dǎo)至基礎(chǔ)底板,則整個(gè)加固都應(yīng)視作是無效的。

      本工程采用自密實(shí)混凝土+頂部灌漿料的組合方式,解決分段交界處的密實(shí)度問題,先澆筑高強(qiáng)度自密實(shí)混凝土至兩端交界處100~200 mm范圍,而后相接段則采用灌漿料澆筑(圖4),使得分段處相連接。灌漿料具有流淌性佳、強(qiáng)度高,但是收縮較大的特點(diǎn),不適宜大面積澆筑,但是僅僅在交界處澆筑不超過200 mm高度,完全適用于本工程分段施工密實(shí)度的要求。

      圖4 分段處混凝土澆筑示意

      3.1.3 7層以上新建梁柱施工方法

      由于力系轉(zhuǎn)換新增的結(jié)構(gòu)柱7層以上是新建結(jié)構(gòu),7層以下是原柱加大截面,若采用分段施工的方式,在下部結(jié)構(gòu)柱未全部加固完成的情況下,依次往上順作,需考慮到原結(jié)構(gòu)柱的受力是否能承受新增加的混凝土梁的自重。

      在下部原結(jié)構(gòu)柱未完全加固完成的情況下,如需規(guī)避新增混凝土結(jié)構(gòu)自重的傳遞,只有在加固全部完成后,方可對(duì)柱子進(jìn)行加載,這是此方案施工的底線。所以在施工中,現(xiàn)場(chǎng)考慮7層以上新增梁結(jié)構(gòu),部分依靠模板支撐架受力,將模板支撐架拆除時(shí)間延長(zhǎng),逐層往上施工時(shí)將新增梁自重通過模板支撐架往下傳遞,盡量避免未加固完成的結(jié)構(gòu)柱過多受力,在下部結(jié)構(gòu)柱加固完成且強(qiáng)度達(dá)到要求后,再拆除上部新增結(jié)構(gòu)的模板支撐架,此時(shí)再將全部力傳遞到加固柱上。

      3.2 原受力構(gòu)件拆除施工

      3.2.1 剪力墻拆除方式的確定

      原受力構(gòu)件剪力墻的拆除,是原結(jié)構(gòu)逐漸釋放應(yīng)力、新增立柱逐漸受力的過程。在拆除過程中,如何將兩面剪力墻的應(yīng)力緩慢、均勻、有效地進(jìn)行轉(zhuǎn)移是此施工工序的關(guān)鍵。

      常規(guī)的拆除方式分為破碎和靜力切割,此工況采用物理破碎肯定不合適。物理破碎振動(dòng)較大,且豎向受力構(gòu)件的強(qiáng)度一般較高,需要大功率的破碎機(jī)械才能完成拆除工作,萬一有突發(fā)情況,振動(dòng)過大可能會(huì)造成力系轉(zhuǎn)換過程中結(jié)構(gòu)失穩(wěn),且鑿除過程中施工人員須在剪力墻旁打鑿,危險(xiǎn)系數(shù)過大。

      綜合考慮,此次剪力墻與上部尖塔結(jié)構(gòu)的分離,宜采用鏈鋸切割的方式。相比物理破碎,鏈鋸切割有進(jìn)度可控、振動(dòng)小、對(duì)原結(jié)構(gòu)破壞小等優(yōu)點(diǎn),且若轉(zhuǎn)換過程中發(fā)生坍塌事故,鏈鋸切割的縫隙(約10 mm)還可以作為回頂受力的著力處,從而避免大范圍的坍塌。

      3.2.2 施工安排及切割分段

      由于力系轉(zhuǎn)換的過程較為重要,故轉(zhuǎn)換過程的時(shí)間不宜過短:一是需要時(shí)間進(jìn)行應(yīng)力釋放、轉(zhuǎn)移、重分布的過程;二是力系轉(zhuǎn)換過程中需要留有充分的時(shí)間進(jìn)行結(jié)構(gòu)安全性監(jiān)測(cè),實(shí)時(shí)地動(dòng)態(tài)關(guān)注結(jié)構(gòu)的變形數(shù)據(jù),防止突發(fā)事件的發(fā)生。

      根據(jù)此思路,并結(jié)合監(jiān)測(cè)單位的剪力墻切割監(jiān)測(cè)方案,將整個(gè)切割過程分為若干段,共計(jì)3 d完成。第1天切除小尖塔頂蓋框架斜梁下以外部分的剪力墻截面,第2、第3天切除小尖塔頂蓋框架斜梁下的剪力墻截面,直至切割完成(圖5)。

      圖5 切割分段示意

      3.3 過程監(jiān)測(cè)及結(jié)果

      3.3.1 監(jiān)測(cè)的意義

      在剪力墻拆除、力系轉(zhuǎn)換的過程中,相關(guān)受力構(gòu)件的卸載及加載,相關(guān)構(gòu)件的變形是否在可控范圍內(nèi),是否出現(xiàn)異常,都需要進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控,且這在剪力墻切割期間尤為重要,一旦出現(xiàn)意外情況,觀測(cè)數(shù)值可以成為提前預(yù)警的信息,供現(xiàn)場(chǎng)相關(guān)人員作出應(yīng)有的判斷。就本工況而言,涉及的構(gòu)件多且復(fù)雜,監(jiān)測(cè)內(nèi)容包含各個(gè)方面。

      3.3.2 監(jiān)測(cè)點(diǎn)位布置

      1)柱應(yīng)力監(jiān)測(cè)。為了直觀反映加固柱加載受力情況,在加固柱最后一段(標(biāo)高42.25 m—小尖塔頂蓋)施工時(shí),在柱鋼筋中預(yù)埋應(yīng)力片,待澆筑后可實(shí)時(shí)測(cè)量柱鋼筋所受軸力。每根柱共埋設(shè)應(yīng)力片10處,分別取柱的3處截面(圖6)。一處截面位于柱下1/3處,埋設(shè)于柱的4個(gè)角點(diǎn);一處截面位于柱上1/3處,埋設(shè)于4個(gè)柱面;最后一處截面位于頂部柱托處,分別埋設(shè)2個(gè)方向。

      圖6 柱應(yīng)力監(jiān)測(cè)點(diǎn)位分布

      2)加固柱傾斜度監(jiān)測(cè)。上部結(jié)構(gòu)逐漸加載后,2根新建立柱柱受力狀態(tài)發(fā)生變化,分別對(duì)加固柱B2層、3層、8層和10層進(jìn)行傾斜觀測(cè)。

      3)轉(zhuǎn)換梁撓度。由于整個(gè)力系轉(zhuǎn)換體系于10層有一次轉(zhuǎn)換,所以在上部結(jié)構(gòu)不斷增加荷載的時(shí)候,10層大跨度梁跨中逐漸受力,必然會(huì)產(chǎn)生撓度甚至裂縫,如果產(chǎn)生的變形過大,勢(shì)必會(huì)對(duì)頂部小尖塔頂蓋的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響,所以10層大跨度轉(zhuǎn)換梁的監(jiān)測(cè)也尤為重要。

      4)裂縫觀測(cè)。對(duì)于有較大可能產(chǎn)生新裂縫,或者原有裂縫擴(kuò)大的構(gòu)件,進(jìn)行裂縫觀測(cè),選定主要觀測(cè)對(duì)象為小尖塔頂部各框架斜梁及10層轉(zhuǎn)換梁。

      5)沉降觀測(cè)。此次沉降觀測(cè)的布置分為三大類型,一是對(duì)小塔尖屋蓋的監(jiān)測(cè),在剪力墻切割過程中及過程后,觀測(cè)整個(gè)屋蓋有沒有重大的位移變形;二是對(duì)受力加固柱子的監(jiān)測(cè),在完全受力后,柱子的最終沉降是否在設(shè)計(jì)允許的范圍內(nèi);三是對(duì)觀光梯剪力墻的監(jiān)測(cè),觀察其在應(yīng)力釋放后的沉降變化。

      3.3.3 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

      通過對(duì)3 d切割過程中的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行分析(圖7、圖8),在力系轉(zhuǎn)換過程中,雖然應(yīng)力整體上可以緩慢釋放、逐漸轉(zhuǎn)移,但還是有一個(gè)相對(duì)明顯的突變過程,做不到完全的緩慢釋放。在突變過程中,受力構(gòu)件的軸力、沉降、轉(zhuǎn)換梁的撓度等指標(biāo)發(fā)生顯著的變化且周邊相關(guān)結(jié)構(gòu)也會(huì)有相應(yīng)的變形。而受力構(gòu)件的傾斜度與原結(jié)構(gòu)裂縫觀測(cè)這2個(gè)數(shù)值未表現(xiàn)出較大變化,這表明整個(gè)力系轉(zhuǎn)換過程較為穩(wěn)定,對(duì)原結(jié)構(gòu)的影響可控。

      圖7 應(yīng)力變化代表點(diǎn)曲線

      圖8 撓度變化代表點(diǎn)曲線

      在力系轉(zhuǎn)換完成后,各項(xiàng)數(shù)據(jù)均趨于穩(wěn)定,且變化趨勢(shì)逐漸變緩。新增立柱的軸力在突變至最大值后有短時(shí)間的反彈,初步分析是置換后短時(shí)間內(nèi),加固柱內(nèi)部有一個(gè)應(yīng)力重分布的過程,而軸力也遠(yuǎn)沒有達(dá)到設(shè)計(jì)計(jì)算的報(bào)警值,說明在置換后,原來剪力墻的應(yīng)力大部分都轉(zhuǎn)移到小尖塔其他3個(gè)方向的柱子中,新的加固柱只分擔(dān)了設(shè)計(jì)預(yù)想的其中一部分應(yīng)力。

      4 結(jié)語

      結(jié)合上海華潤(rùn)時(shí)代廣場(chǎng)改造工程,介紹了改造工程力系轉(zhuǎn)換工況中的新受力構(gòu)件分段施工的施工方式、原受力構(gòu)件的拆除方式及轉(zhuǎn)換過程中的結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)結(jié)果,通過一系列施工優(yōu)化及管控措施,將力系轉(zhuǎn)換這一重大工序控制在高效、安全的環(huán)境下進(jìn)行。所總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)可為同類型的加固工程提供借鑒。

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