某頂升加固工程中的施工過程受力分析

唐名立

福建省建筑設計研究院有限公司 福建 福州 350001

前言

現在我國的經濟轉型正進行的如火如荼，房地產市場已經漸漸飽和，對原結構的改造和加固工程越來越多地進入到房建市場，特別是解放后興建的大量民用及商用房屋，已經大部分到達設計使用期，急需進行改造加固，且我國屬于地震多發國家，2008年的汶川地震給我國的人民帶來了大量的人員傷亡及經濟損失，對老舊房屋的改造和加固越來越受到人們的重視。

以往的加固工程當中，結構設計及施工人員，往往只針對建筑結構施工完成后的安全性進行驗算，但是，對于施工過程中的結構受力并沒有進行可靠的研究，導致一些梁柱開裂等情況，產生了安全隱患，甚至導致安全事故的發生。本文以福州市某頂升加固工程為例，探討頂升過程中梁柱的受力情況，結合國內先進的監測系統，與實際的情況進行對比，有效的驗證了計算模型的準確性，為以后類似的工程起到一定的借鑒作用。

1 基本概況

1.1 工程簡介

福州市某工程位于市中心，原結構為帶2層地下室的高層建筑，一層結構平面圖如圖1所示。

圖1 某工程一層結構平面圖

原結構A軸～2/0A軸為懸挑梁結構，懸挑梁為置換梁，梁上起柱，共承擔10層的結構重量，挑梁的規格為1600mm ×1800mm。

現因使用要求，對懸挑梁底部新增混凝土柱結構，及鋼管混凝土靜壓樁，將梁上10層混凝土結構荷載導入新增的鋼管混凝土靜壓樁內，將轉換梁結構改造為普通框架結構。如圖2所示，為了保證上部結構荷載有效地導入到新增砼柱當中，避免懸挑結構因為二次受力，導致懸挑梁開裂產生安全事故，故需對本挑梁部分進行預頂升，后做鋼骨混凝土柱，從而將頂升力有效地傳導到新增混凝土柱內。

圖2 某工程地下室結構剖面圖

1.2 頂升系統設計

為了對懸挑結構進行預頂升，需設計可靠的頂升結構，如下圖所示：

圖3 頂升架結構剖面圖

頂升架采用鋼桁架結構體系，鋼桁架的弦桿及腹桿，均采用“H”型鋼，鋼構件之間采用焊接剛接的形式進行連接。在框架底部分安裝2個200噸級的千斤頂，進行頂升作業。

為了防止頂升架發生平面外的失穩，在頂升架的側面采用“H”型鋼與原地下室混凝土側壁進行可滑動連接。以保證，頂升過程中不會產生次生彎矩，破壞結構的穩定性[1]。

頂升架與原砼側壁的連接如圖4所示。

圖4 頂升架與原地下室側擋墻連接大樣

2 頂升施工過程采用分析

本工程為了分析頂升架在頂升過程中對原混凝土結構的影響，將頂升過程分為3個階段，分別為頂升前，頂升完成后，卸荷載等3個階段。現采用PKPM軟件的PMSAP模塊，分別對這3個施工階段進行受力分析，模擬整體施工過程中懸挑梁的受力狀態。由于本次加固為局部加固，故結構建模時僅對局部結構進行建模。結構模型如下圖5所示：

圖5 局部結構模型

2.1 頂升前

頂升前采用懸挑梁結構承受梁上部分10層砼結構的力，通過上部荷載計算后，懸挑梁產生的撓度如下圖6所示：

圖6 恒載+活載工況下懸挑梁撓度

在恒載及活載作用下，梁懸挑梁端最大撓度為14.55mm，為頂升加載前初始變形量。

在恒荷載作用下：彎矩及剪力如下圖7、8所示：

圖7 恒載工況梁彎矩

圖8 恒載工況梁剪力

在恒載作用下，挑梁最大彎矩及剪力分別為：

2.2 頂升完成后

頂升過程中采用200噸級的千斤頂進行分級加載頂升，采用分級加載的形式，頂升至300噸后，懸挑梁端的撓度及內力如下表所示：

在恒載及活載作用下，梁懸挑梁端最大撓度為1.62mm，為頂升到300噸后的最終變形量。

在恒載作用下，挑梁最大彎矩及剪力分別為：

2.3 卸荷載

頂升完成后，型鋼混凝土柱施工完成，并達到100%強度后，頂升架的荷載分級卸載，將懸挑梁荷載逐級導入到新增砼柱上，懸挑梁端的撓度及內力如下表所示：

在恒載及活載作用下，梁懸挑梁端最大撓度為0.78mm，為上部結構荷載完全導入到新增混凝土柱后的最終變形量。

在恒載作用下，挑梁最大彎矩及剪力分別為：

2.4 與監測結果對比

本次工程引用了，國內先進的全數據化計算頂同步頂升及監測系統，對頂升過程中的挑梁撓度及混凝土梁柱的內力進行監測[2]，得到了如下數據：

在恒載+活載工況下計算結果對比如表1～3所示：

表1 梁端撓度對比表

表2 梁最大彎矩對比表

表3 梁最大剪力對比表

從表1～3數據對比可知，梁最大彎矩，剪力及撓度的模型計算值及監測數據值基本相符，但偏差值基本都在10%范圍之內，可認為本工程的監測數據與計算模型基本相符，計算數據可靠。

2.5 懸挑梁頂升過程中薄弱點分析

頂升過程中，通過以上3個施工過程的受力分析，可知懸挑梁，梁底最大彎矩為2559kN·m，剪力為2813kN，最不利受力位置在離梁根部分約1/3的位置，本工程通過粘貼鋼板的手段，對梁底進行了局部的加固，保證了頂升過程中，結構的安全性[3]。

3 結束語

本文以福州某頂升加固工程為例，通過PKPM軟件的PMSAP模塊進行結構建模分析，對比施工過程中的監測數據發現，監測數據與計算結果基本相符，說明計算結果與現場實際較為相符，可作為加固工程施工過程中的設計依據，通過計算，確定了施工過程中，懸挑梁底最大彎矩和最大剪力的位置及數值，頂升前，對相關位置進行了必要的加固，保證了施工過程中的結構安全性，對本工程的順利竣工起到了關鍵作用，對未來類似的工程提供了一定的參考價值。