建筑物整体平移托换节点受力分析及工程设计

顾文虎，孙文彬，王建永

(1.淮阴工学院 建筑工程学院，江苏 淮安 223001；2.上海天演建筑物移位工程有限公司，上海 200051)

建筑物整体平移托换节点受力分析及工程设计

顾文虎1*，孙文彬1，王建永2

(1.淮阴工学院 建筑工程学院，江苏 淮安 223001；2.上海天演建筑物移位工程有限公司，上海 200051)

随着城市发展、旧城改造的不断深入，建筑物移位技术具有投资省、工期短等优点，被广泛应用于城市改造中。托换结构是建筑物平移工程中的关键核心技术，直接关系建筑物平移的安全可靠性。结合建筑物平移工程中托换结构受力特点，分析了托换结构设计的影响因素。根据实际工程，分析了“扩大节点”托换的设计方法，给出了建筑物平移的施工工序，通过对建筑物的平移进行了实时监测，验证了托换节点设计方法的可行性。

平移；托换；受力分析；监控

0 引言

建筑物平移技术具有投资省、工期短、减少环境污染等优点，被广泛应用于旧城改造中，不同地区实现了数百个成功的建筑物平移案例。平移过程中，托换技术作为建筑物平移的关键技术之一，对建筑物平移起到关键性作用。许多学者对建筑物托换结构进行研究表明，杜健民等通过四面包裹的托换节点进行试验研究，分析了托换体系的受力机理以及托换界面不同的连接构造、表明托换梁配筋对框架柱抗冲切承载力和破坏形态的影响，得出通过加强托梁中上部纵筋和配置界面弓形焊筋，不仅可以提高托换体系的承载力还可以提高其延性[1]。李莹等通过实际工程检测托换结构的受力性能并进行了有限元分析，研究了托换结构各截面的受力状况，发现托换结构在移动时的受力状况与施工检测基本符合[2]。刘建宏进行了四面包裹式钢筋混凝土柱托换节点的静力试验研究，试验研究，托换梁剪跨比是影响托换节点破坏形式及承载力的主要因素[3]。张鑫等通过试验分析了包裹式托换节点的受力性能，分析了托换梁剪跨比、纵筋配筋率、配箍率、混凝土强度及梁柱结合面插筋配筋参数对托换结构的影响，并进行了剪跨比λ(0.43≤λ≤0.70)较小8个托换节点试件进行了静力加载试验，结果表明随着剪跨比减小，托换节点的开裂荷载及破坏荷载均有所提高[4-5]。

本文结合实际工程案例研究四周包裹的托换节点的受力特点，分析托换节点设计方法，通过对平移工程实时监测，研究托换节点设计方法可行性。

1 结构托换技术

建筑物托换技术主要采用双夹梁式托换和单托梁式托换两种(图1所示)[6]。双夹梁式托换施工速度较快，但其托换梁的受力比较复杂，传力路径不明确，一般用于框架柱和承重墙。单托梁式托换传力途径明确，计算相对简单，但其施工难度大，墙体不能实现一次性托换，需分批实施托换，一般用于具有较高强度储备的墙体。

图1 结构托换方式

托换结构作为建筑物整体平移过程中的重要构件，它应能可靠地传递上部荷载和传递水平推力，因此针对托换结构设计需要满足以下两个方面要求：(1)托换结构与上部结构有可靠连接，其抗剪强度满足要求；(2)托换结构自身形成一个稳定体系，能够承受水平推力，同时保证托换结构在水平推力作用下具有足够的刚度，不发生变形。

不同的施工阶段，托换结构受到的荷载作用也不相同。托换结构受到的荷载主要包括：建筑物竖向荷载、建筑物平移过程的顶推荷载、建筑物轨道发生不均匀沉降使托换结构产生附加内力和建筑物旋转平移过程托架内力产生的荷载作用等。综合各方面荷载效应，在托换结构中主要需要考虑两个方面荷载作用[7]：(1)托换结构与墙体或柱之间产生的剪切荷载；(2)托换结构受到的弯矩作用，包括竖直方向弯矩作用和水平方向弯矩作用。这两类荷载作用需要针对不同的具体工程采用不同的计算方法，主要研究哪类荷载对托换结构其控制作用。

2 托换结构的工程应用

2.1 工程概况

贵州省都匀市纬八西路至厦蓉高速公路都匀西匝道口道路建设需要，需要对道路K0+280左侧某办公室平移15m，确保道路人行道宽度不小于8m。该办公楼建成于2006年，为五层框架结构建筑物，建筑面积约2650.00m2。房屋结构采用独立柱基，地基持力层为卵石层，埋深4.5m。

2.2 托换结构节点设计

在进行柱托换节点的分析计算时，应根据柱托换节点的构造特点，以柱为隔离体，分析其传力途径。分析柱在几种荷载组合下所承担的荷载作用，然后通过对拉螺栓抗剪、新旧混凝土叠合面的抗剪承载力等承担上部荷载作用[8]。

该建筑物为五层框架结构，框架柱最大截面尺寸500mm×500mm，采用PKPM计算出框架柱承受的最大竖向荷载3730kN。根据建筑物荷载情况和平移特点，选用四周包裹的钢筋混凝土托换节点(图2)，初选托换构件截面尺寸：400mm×800mm，混凝土强度选用C30。

根据CECS 295-2011《建(构)筑物托换技术规程》规定[9]，永久性托换节点设计，对于柱传递竖向荷载的抱柱梁结构，当不植筋时，其新旧混凝土结合面竖向承载力可按式(1)计算：

γN≤0.16fcAc

(1)

当有植筋时，其新旧混凝土结合面竖向承载力可按式(2)计算：

γN≤0.16fcAc+0.56fsAs

(2)

式中：γ为综合系数，取值1.0～1.3；N为新旧混凝土结合面竖向承载力；fc为梁、柱混凝土抗压强度设计值；Ac为新旧混凝土交接面的有效面积；fs为结合面配置的植筋抗拉强度设计值；As为结合面上同一截面植筋总截面面积。

图2 托换节点构造图

根据式(1)计算可知，依赖新旧混凝土之间的抗剪切强度不能承受竖向荷载作用，所以需要在托换结构位置采用植筋形式，根据式(2)计算，设置10根直径为20mm的HRB335钢筋，保证托换节点满足竖向承载力要求。图3为托换节点现场照片。

图3 托换节点现场照片资料

2.3 施工工序

整个平移工程的施工顺序，土方开挖施工→新基础施工→下轨道梁施工→上托换梁施工→滑脚安装→断柱→顶推设备安装→平移→就位连接，见图4。

图4 建筑物平移施工工序

土方开挖施工过程中，室外开挖采用放坡开挖，当施工条件狭窄不宜放坡时，对基坑进行支护，以确保临近建筑物及人员的安全。轨道梁施工过程中，轨道梁滑动面标高和平整度要严格控制，滑道最大相对误差不得大于5.0mm，坡度要小于1‰。滑道顶面铺设10mm厚钢板，与滑道基础固定，钢板与滑脚间涂润滑油，降低摩擦系数。就位连接施工中，框架柱与新基础连接直接浇筑C30微膨胀细石混凝土，为浇筑密实，可采用漏斗形侧模板，模板高出托换节点标高30～50mm。先一侧振捣浇筑，当另一侧混凝土溢出时，另一侧方向振捣一次即可。

2.4 托换结构的现场监控

为了保障该建筑物整体平移工程的顺利实施，对各个重要施工环节进行了实时监测。结合整体建筑物的计算分析结果，选择受力集中和结构相对薄弱部位，以及在房屋检测中发现可能异常部位布置测点。

本工程检测手段主要采用静态测试、水准观测和PLC液压同步控制系统，主要监测内容：沉降观测、移位监测、关键部位裂缝观测、千斤顶平移和存放时压力监测等。测点主要布置在柱和外立面凸线条上以利于观测，测定其倾斜、偏转情况和同步位移情况，测量时每个墙角测定其两个方向的分量，防止其发生倾斜倒塌和整体偏转。监测点采用反射片标志，便于使用电子仪器测量。每次观测的测站点位置与建筑物相对固定，设置点位时考虑观测视线与反射片的角度。同时，根据现场通视情况，观测点的设置高度尽可能考虑一致。

3 结语

托换结构作为平移过程中重要构件，本文主要针对建筑物平移托换节点受力特点进行了分析研究。托换节点主要承受竖向剪力和水平推力作用，竖向荷载作用作为设计托换节点的主要依据。

采用CECS295-2011《建(构)筑物托换技术规程》中规定，对某实际工程的托换节点进行设计，托换节点抗剪承载力主要由新旧混凝土叠合面和植筋形式来提供，保证托换节点与上部结构之间具有良好连接。

建筑物平移工程，要综合考虑施工工序，应本着先加固后拆除移位的原则，保证移位工程顺序实施。

经过约3个月的平移工期，建筑物顺利实施平移，通过对平移过程实时监控，了解托换节点的受力状况，对就位后托换节点观测发现，托换节点保持良好，充分证明了该设计方法具有可行性。

[1] 杜健民, 袁迎曙, 向伟. 框架柱托换体系抗冲剪承载力预计模型研究[J].中国矿业大学学报, 2007, 36(1): 60-64.

[2] 李莹.建筑物整体平移托换结构节点受力[D].济南：山东大学，2008.

[3] 刘建宏.钢筋混凝土柱托换分析方法与应用[D].上海：同济大学，2007.

[4] 张鑫, 贾留东,夏风敏,等.框架柱托换节点受力性能试验研究[J].建筑结构学报, 2011,32(11):89-96.

[5] 张鑫，岳庆霞，施蕊明.框架结构平移小剪跨比托换梁节点受力性能试验研究[J].建筑结构学报, 2014,35(4): 262-267.

[6] 张鑫，唐波，吕西林，等.建(构)筑物整体迁移技术规程(JGJ/T239-2011) [S].北京：中国建筑工业出版社，2011.

[7] 吴二军, 顾文虎, 解险峰，等.斜向与旋转复合平移工程中水平托架受力分析[J].建筑结构, 2010, 40(5):76-79.

[8] 郭彤.结构托换技术及其在房屋平移工程中的应用[D].南京：东南大学，2002.

[9] 唐业清，崔江余，李甫，等.建(构)筑物托换技术规程(CECS295-2011) [S].北京：中国计划出版社，2011.

(责任编辑：蒋 华)

Study for Force Behavior of the Joint of Underpinning Structure for Building Monolithic Movement and Engineering Design

GU Wen-hu1*, SUN Wen-bin1, WANG Jian-yong2

(1.Faculty of Architecture and Civil Engineering, Huaiyin Institute of Technology,Huai'an Jiangsu 223001, China;2.Shanghai Tianyan Building Translation Co., Ltd., Shanghai 200051, China)

With the urban development and renewal, building movement technique with the advantages of saving investment and construction time has been widely used in urban transformation. The underpinning structure is the key technology of building movement and directly relates to the safety and reliability of building movement. Combining with the characteristics of the underpinning structure of building movement, the influence factors of underpinning structure design was analyzed. Based on engineering practice and analysis of the "expand-joint" design method of underpinning node, the construction process and monitoring process of building movement were proposed to verify the feasibility of the underpinning node design scheme.

movement; underpinning; force behavior; monitoring

2014-09-19

顾文虎(1986-),男,江苏涟水人,助理研究员,硕士,主要从事工程结构加固、改造及平移研究；*为通讯作者。

TU

A

1009-7961(2015)01-0050-04