建筑物移位托換技術(shù)結(jié)構(gòu)設(shè)計分析和應(yīng)用

李海蓮

【摘 要】本文對房屋結(jié)構(gòu)托換技術(shù)進(jìn)行了分折探究，首先簡單分析了當(dāng)前房屋結(jié)構(gòu)托換技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢，并詳細(xì)探討了房屋結(jié)構(gòu)托換技術(shù)的設(shè)計應(yīng)用，給出了結(jié)構(gòu)托換技術(shù)的設(shè)計原則和技術(shù)措施，對于進(jìn)一步提高房屋結(jié)構(gòu)托換技術(shù)應(yīng)用水平具有一定借鑒意義。

【關(guān)鍵詞】房屋；結(jié)構(gòu)托換；設(shè)計

Buildings shift underpinning structural design analysis and application

Li Hai-lian

（Hebei Jin Ning Du Project Management Ltd Handan Hebei 056003）

【Abstract】In this paper， the housing structure underpinning technology for the sub-fold inquiry， first a simple analysis of the current housing structure underpinning technology advantage， and discussed in detail the housing structure underpinning the design of the application， given the structural design principles underpinning technology and technical measures to further improve the housing structure underpinning technology application level has a certain reference.

【Key words】Housing；Structure underpinning；Design

1. 建筑物整體移位的優(yōu)勢

1.1 隨著城市現(xiàn)代化的發(fā)展，建筑物整體移位工程的數(shù)量和規(guī)模都在不斷增長。建筑物整體移位技術(shù)有著較高的社會效益和經(jīng)濟效益，通過整體移位，不但可以滿足城市整體規(guī)劃和環(huán)境保護(hù)的需要，還可以節(jié)省大量的建設(shè)資金和搬遷安置費用、大幅地縮短建設(shè)工期、減少拆遷矛盾，并且能夠有效地保護(hù)具有重要文化價值的歷史建筑。

1.2 建筑物整體移位跟拆除重建相比，主要具有以下幾大優(yōu)點：

（1）建筑物整體移位技術(shù)具有較高的社會效益和經(jīng)濟效益：建筑物整體移位造價僅為拆除重建同類建筑物的30%～60%，施工工期僅為拆除重建的1/4～1/3[1]。

（2）采用建筑物整體移位技術(shù)對建設(shè)單位的正常工作和居民的正常生活影響小，施工期間二層以上的使用功能基本不受影響，由此產(chǎn)生的間接經(jīng)濟效益非常顯著。

（3）建筑物整體移位可以減少大量建筑垃圾，避免對城市造成污染，對環(huán)境保護(hù)具有重大意義。

（4）對特別重要的歷史建筑進(jìn)行移位保護(hù)，關(guān)系到人類社會物質(zhì)文明的發(fā)展和人類文化遺產(chǎn)的綿延，具有重要意義。

2. 托換結(jié)構(gòu)的設(shè)計原則

在建筑物整體移位過程中，托換結(jié)構(gòu)不僅是移位過程中上部結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，而且是水平動力和豎向頂升力直接作用的結(jié)構(gòu)，因此托換結(jié)構(gòu)應(yīng)能有效可靠地傳遞上部結(jié)構(gòu)荷載、水平動力和豎向頂升力，它應(yīng)滿足以下幾點要求[2]：

（1）與上部結(jié)構(gòu)的原豎向受力構(gòu)件（柱或墻）應(yīng)有可靠的連接，保證上部結(jié)構(gòu)荷載能有效地傳遞到托換結(jié)構(gòu)上。

（2）在建筑物移位啟動前和正常行走過程中，能有效地傳遞水平牽引力和頂推力，盡量減小對上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響，并且必須保證對上部結(jié)構(gòu)的影響在可以接受的范圍以內(nèi)。

（3）具有足夠的強度，在僅有上部結(jié)構(gòu)荷載作用時和上部結(jié)構(gòu)荷載與水平動力或豎向頂升力共同作用時兩種情況下應(yīng)保證托換結(jié)構(gòu)自身不發(fā)生破壞。

（4）具有足夠的剛度，不能因為托換結(jié)構(gòu)發(fā)生過大變形而導(dǎo)致上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生過大的附加應(yīng)力，造成上部結(jié)構(gòu)的破壞或增大了移動阻力。

（5）具有足夠的穩(wěn)定性。

3. 建筑物整體移位技術(shù)的基本內(nèi)容

（1）建造建筑物新址處的新基礎(chǔ)及移位下軌道梁。

（2）在建筑物基礎(chǔ)頂面施工托換結(jié)構(gòu)，一般在承重墻（柱）下或兩側(cè)澆筑混凝土托換結(jié)構(gòu)，形成水平剛度很大的鋼筋混凝土托換底盤，同時作為移位時的上軌道。

（3）在建筑物托換結(jié)構(gòu)與下軌道梁之間安裝行走機構(gòu)。

（4）建筑物與原基礎(chǔ)分離，上部結(jié)構(gòu)荷載轉(zhuǎn)移到托換結(jié)構(gòu)上，上部結(jié)構(gòu)與托換結(jié)構(gòu)拭同形成一個可移動的整體結(jié)構(gòu)。

（5）施加水平動力，將建筑物沿下軌道粱整體移到至指定位置。

（6）建筑物移到至指定位置后與新基礎(chǔ)進(jìn)行可靠連接，晟后恢復(fù)室內(nèi)外地面，并進(jìn)行必要的裝修[3]。

4. 托換結(jié)構(gòu)的形式

在建筑物整體移位工程中，結(jié)構(gòu)托換是最為關(guān)鍵的技術(shù)之一，關(guān)系到工程的造價和安全。為保證托換結(jié)構(gòu)（上軌道梁）具有足夠的整體性和穩(wěn)定性，既能有效地傳遞各種荷載又能適應(yīng)托換結(jié)構(gòu)各節(jié)點可能產(chǎn)生的不同步位移，通常將托換結(jié)構(gòu)縱橫向各構(gòu)件彼此連接，形成一個沿水平方向剛度很大的類似桁架體系。

4.1 墻下托換結(jié)構(gòu)設(shè)計。承重墻下一般均需設(shè)托換結(jié)構(gòu)，沿建筑物移位方向的托換結(jié)構(gòu)可兼作上軌道梁，墻下托換結(jié)構(gòu)有單梁式和雙梁式兩種。

（1）單梁式托換節(jié)省材料，傳力途徑明確有效，計算簡單，但其施工難度大，需分段分批進(jìn)行，不能一次性完成托換，即以梁逐步托換墻體，等上一段施工的鋼筋混凝土梁達(dá)到一定齡期后，才可以施工下一步，施工周期較長。雙梁式托換可以一次澆筑完成，相對于單梁式托換來說可以大大縮短施工工期，但其托換結(jié)構(gòu)的受力較復(fù)雜。單梁式縱向托換結(jié)構(gòu)（即行走方向，另一方向稱為橫向，下同）的計算，應(yīng)該根據(jù)滾軸布置方案確定。當(dāng)移位工程中滾軸采用滿布布置方案時，托換結(jié)構(gòu)僅受到上部墻體和下部滾軸的壓力作用，理論上講，托換結(jié)構(gòu)只要滿足滾軸部位的局部受壓即可。但在實際工程中，由于軌道不可能絕對平整，各個滾軸所受到的壓力也會不同，因此會在托換結(jié)構(gòu)內(nèi)引起拉彎等附加應(yīng)力?？紤]到施工的方便，當(dāng)采用混凝土托換結(jié)構(gòu)時，托換結(jié)構(gòu)的截面寬度不宜小于墻寬+50mm，高度不宜小于300mm。當(dāng)采用型鋼托換結(jié)構(gòu)時，應(yīng)確保托換結(jié)構(gòu)底面連接焊縫的平整性，因為焊縫的不平整可能對托換結(jié)構(gòu)造成不利影響。當(dāng)墻下滾軸采用局部布置方案時，可按普通連續(xù)梁或連續(xù)墻梁（滿足墻梁條件）計算。中間連系梁的截面高度宜比布置滾軸的托換梁減小至少50mm。endprint

（2）在原結(jié)構(gòu)墻體兩側(cè)設(shè)置的雙梁式托換結(jié)構(gòu)，應(yīng)每隔一段距離，在兩個托換結(jié)構(gòu)之間設(shè)置連接鍵。托換結(jié)構(gòu)的截面寬度不宜小于200mm，連接鍵的間距宜為1.2～2.0m。滾軸及頂升點一般布置在縱向托換結(jié)構(gòu)連接鍵位置，所以縱向托換結(jié)構(gòu)與橫向托換結(jié)構(gòu)的受力方式和力學(xué)模型是不一樣的。雙梁式縱向托換結(jié)構(gòu)下部受到滾軸或頂升點的反力作用，可近似地看作是集中力，內(nèi)側(cè)受到墻體摩擦力作用，可近似地看作是均勻分布荷載，因此縱向托換結(jié)構(gòu)可按在均布荷載和扭距共同作用下的連續(xù)梁進(jìn)行計算。橫向托換結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)受到墻體摩擦力和連接鍵傳來的集中力的作用，橫向托換結(jié)構(gòu)的計算可按在集中力、均布荷載和扭距共同作用下的墻梁進(jìn)行計算。

（3）根據(jù)文獻(xiàn)[4]，可以認(rèn)為托換梁和連接鍵分別傳遞上部墻體荷載的比例為0.5：0.5。根據(jù)實際工程的具體情況，連接鍵可以近似按均布荷載作用下的簡支深梁進(jìn)行計算，深梁的跨度取墻體兩側(cè)托換梁中心的距離。

4.2 柱下托換結(jié)構(gòu)設(shè)計。柱下的托換方式有包裹式托換和單梁式兩種，滾軸或頂升點的布置方式分托換梁柱下布置和柱下不布置兩種。

（1）單梁式托換（即直接在柱下設(shè)置托換結(jié)構(gòu)）荷載傳遞明確，但其施工難度和對上部結(jié)構(gòu)破壞性較大，應(yīng)用較少，只在特殊要求和上部荷載較小時采用。采用單梁式托換時，梁寬宜大于柱寬，梁內(nèi)鋼筋不宜截斷。單梁式托換結(jié)構(gòu)主要受到下部滾軸或頂升點的反力，以及建筑物移位過程中托換結(jié)構(gòu)與滾軸之間的摩擦力。根據(jù)托換結(jié)構(gòu)外伸長度與高度的比值，可按固定在柱上的倒置牛腿和倒懸臂梁進(jìn)行內(nèi)力和配筋計算。

（2）包裹式托換（在柱的四邊均設(shè)置托換結(jié)構(gòu)）將建筑物移位方向外包梁適當(dāng)延長，通過托換結(jié)構(gòu)與柱表面的摩擦將柱上荷載傳遞到托換梁結(jié)構(gòu)上。該托換方式主要通過托換結(jié)構(gòu)與柱側(cè)面的摩擦來傳遞上部結(jié)構(gòu)荷載，為了確保荷載能夠有效傳遞并且不發(fā)生沖切破壞，柱與托換結(jié)構(gòu)接觸面應(yīng)徹底鑿毛，并用插筋連接框架柱與托換結(jié)構(gòu)。托換結(jié)構(gòu)外伸部分主要受到下部滾軸或千斤頂向上的支撐力和移位時與滾軸之間的摩擦力，根據(jù)托換結(jié)構(gòu)外伸長度與高度的比值，托換結(jié)構(gòu)外伸部分可按固定在柱上的倒置牛腿和倒懸臂梁進(jìn)行內(nèi)力和配筋計算：包柱部分主要受到接觸面摩擦力的作用，根據(jù)具體工程受力狀況和截面特征，可近似按均布荷載作用下的簡支深梁計算，深梁的跨度取柱兩側(cè)托換結(jié)構(gòu)中心的距離[5]。

（3）考慮到移位過程中軌道的平整度，對托換結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計時，柱下荷載應(yīng)乘以1.5～2.0的放大系數(shù)。對于滾動式、滑動式移位和建筑物頂升，托換結(jié)構(gòu)混凝土應(yīng)滿足局部抗壓的要求。工程中通常在托換結(jié)構(gòu)與滾軸或滑塊問設(shè)置鋼板或槽鋼，來提高托換結(jié)構(gòu)的局部抗壓能力，并可防止建筑物移位過程中托換結(jié)構(gòu)的碾壓破壞。對于包裹式托換節(jié)點，目前還沒有形成統(tǒng)一的設(shè)計方法，但已經(jīng)有文獻(xiàn)對此做了試驗研究和理論分析，在此不再贅述[6]。

5. 建筑物整體托換結(jié)構(gòu)設(shè)計存在的主要問題

（1）對移位過程中建筑物受力狀態(tài)的研究應(yīng)進(jìn)一步加強，包括對牽引力直接作用的托換結(jié)構(gòu)的受力性能分析及其對上部結(jié)構(gòu)的影響等，應(yīng)通過計算機建立實體模型分不同工況模擬移位過程，從而達(dá)到優(yōu)化工程設(shè)計的目的。

（2）托換結(jié)構(gòu)直接影響整個移位工程的安全、質(zhì)量和造價，目前托換結(jié)構(gòu)技術(shù)尚不成熟，構(gòu)造還不盡合理，因此針對建筑物移位工程的托換技術(shù)有待繼續(xù)研究，提出可靠的托換結(jié)構(gòu)設(shè)計方法。

（3）磚混結(jié)構(gòu)建筑物的水平牽引力由被托換墻體承擔(dān)一部分，托換結(jié)構(gòu)承擔(dān)較少，但兩者的分配比例尚需進(jìn)一步做定量研究分析。

（4）對于托換結(jié)構(gòu)的受力性能研究較少，尤其是其水平方向的受力性能，包括托換結(jié)構(gòu)自身的受力及對其變形對上部結(jié)構(gòu)的影響等，目前還處在剛剛起步階段，應(yīng)通過大量工程實踐統(tǒng)計分析、試驗研究和理論分析，提出一個能普遍應(yīng)用的公式來確定其對上部結(jié)構(gòu)的影響程度。

（5）整體移位工程中的移位軌道一般都是臨時性結(jié)構(gòu)，但其工期和造價卻在整個工程中占相當(dāng)大的比重，因此研制可重復(fù)利用的移位軌道是急需解決的問題，尤其是對移位距離較長的工程。

（6）就位連接方法及構(gòu)造尚不合理，比如建筑物與新基礎(chǔ)通過焊接連接后其安全性和抗震性有待評估。近年來在一些工程中應(yīng)用的采用隔震技術(shù)對其進(jìn)行連接是移位技術(shù)發(fā)展的一大進(jìn)步，該技術(shù)還需要加以推廣。

（7）建筑物移位過程中各控制參數(shù)、監(jiān)測參數(shù)十分重要，但目前工程中參數(shù)的控制大多依靠經(jīng)驗或參照相類似規(guī)范，因此還需規(guī)范和完善移位過程中各相關(guān)控制參數(shù)，以確保移位工程的安全。

（8）建筑物移位前期的可行性評估及就位連接后建筑物的安全性、適用性和耐久性評估機制還需完善。

（9）對整體移位技術(shù)的理論研究需要進(jìn)一步深入，應(yīng)形成成熟的設(shè)計和施工規(guī)范和規(guī)程，使該技術(shù)的設(shè)計和施工有相關(guān)規(guī)范和規(guī)程予以指導(dǎo)，更具有合理性和科學(xué)性。

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