某混凝土框架结构移位技术及就位连接方法探讨①

2015-04-13徐章雄卢文胜

佳木斯大学学报（自然科学版） 2015年2期

关键词：框架结构移位抗震

徐章雄，卢文胜

(同济大学土木工程学院，上海200092)

0 引言

建筑物移位是指通过一定的技术手段，在保持建筑物整体性的条件下，改变建筑物的空间位置，包括平移、旋转、抬升、迫降等单项移位或组合移位［1］.

建筑物整体移位技术在国外已有一百多年的历史［2～3］，技术较为成熟.我国建筑物移位技术起步较晚，但随着近年来对移位技术的研究与实践，出台了建筑物移位相关规范［1，4］，拖换技术或移位技术正在不断进步与成熟.

建筑物就位后的连接是移位工程的一个重要环节，应引起重视.我国出台的建筑物移位相关规范及文献［5］中虽有提及就位连接问题，却没有详细的做法介绍，仍有待完善.也有文献［6］特别针对弱框架移位过程中结构性能进行分析，但也没有讨论就位连接问题.本文对某六层钢筋混凝土框架结构的移位技术和就位连接方法进行讨论，并对连接方法的可靠性进行评判，给出该框架结构就位连接的相关意见.

1 工程介绍

1.1 建筑简介

建筑为现代主义风格，清水红砖墙，各立面横纵线条构图韵味浓重，原檐口有多重线脚;室内大厅中庭设计，带有装饰派艺术技巧(图1).外立面的建筑风格为外部重点保护部位.

图1 建筑南立面图

该建筑为六层钢筋混凝土框架结构，长宽约为43m(30m(7×5 榀框架)，层高为3.66m，柱网为6.25m×6.0m，典型结构平面图见图2.

1.2 结构检测

移位前对结构进行检测，框架结构主要沿横向布置，而沿纵向没有抗侧意义的框架结构;楼板为纵向布置的梁板结构.房屋上部结构保护较好，大部分梁柱构件都没有发现明显裂缝及钢筋露出等现象.少量构件的开裂主要集中于楼梯间和顶楼的电梯机房，是由钢筋锈蚀胀裂引起的;

在对结构进行回弹及钻芯取样检测时，发现底层柱的钢筋仍旧保持着很好的外观及受力状态，但混凝土的碳化深度较大，最大碳化深度一般在60mm 左右，接近构件的保护层厚度.由于结构年代久远，混凝土强度普遍较低，约为C13 ～C15，质量较差，这是老建筑的通病.

移位前房屋整体向南面倾斜，且倾斜角均小于7‰.移位后房屋整体向西南面角稍微倾斜，倾斜角均小于4.2‰(见图3).

图2 典型结构平面图

图3 结构倾斜图

移位前检测结果判定为:在采取适当加固措施后，整体结构可以进行移位改造.

1.3 抗震鉴定

根据《建筑抗震鉴定标准》，按A 类建筑、后续使用30 年的要求，对房屋的结构体系、建筑结构外观、结构构件及连接节点现状、整体变形、重要构件的受力及变形等情况进行抗震鉴定分析.

结合原结构设计图纸，经过现场测绘、检测和分析，认为结构主要梁柱构件满足规范7 度抗震构造要求.该房屋建筑结构存在多处抗震薄弱环节，基本满足第一级鉴定，考虑到优秀历史建筑的重要性，补充进行第二级鉴定计算.二级抗震鉴定满足要求.

2 移位技术探讨

2.1 移位施工方法

移位技术流程图见图4.

图4 移位技术流程图

由于该移位建筑结构具有强度低、配筋少、内力大等特点，为确保施工质量及平移安全，对建筑物进行平移前需要对房屋进行加固，加固包括永久性加固和临时加固措施.永久性加固指对底层原门厅位置处的六根越层柱进行加大截面法加固;临时性加固系在柱间增设的钢构剪力撑，以确保越层柱在平移过程的稳定性.

本工程选用双肢梁托换的方式，即对墙柱体进行凿毛后，在墙柱两侧或四周施工托盘梁.采用此方法的优点是:可在墙柱体两侧施工，掏洞仅在横纵交叉点进行，尽可能的减少对墙柱体的凿除;上滑梁可一次性施工，避免了一条滑道梁分成若干段而引起的施工误差;施工简便，可以对整体托盘体系同时施工，工期相对较短;施工轨道梁顶面平整度容易控制，确保房屋平移时平稳，加速度小;技术成熟可靠，托换可靠性高.

底盘结构是整个建筑物移位的基础和滑道，用来承受滑动面以上的全部动、静荷载.它由基础、下滑梁、连系梁、反力后背及限位块等组成.下滑梁作为平移的轨道基础，根据平移路线进行布置，对表面平整度要求高，本工程移位在下滑梁上设置不锈钢摩擦面.

本工程移位装置选用液压悬浮式滑动支座.其优点是:平移时比较平稳;偏位时易于调整，便于纠偏，适用于高精度同步控制系统;平移过程中辅助工作少，平移速度快，有利于缩短总工期;摩擦系数很小，需提供的移位动力较小;液压悬浮式滑动支座在行走时能够自动调整高程，可以始终保证滑动支座的有效支撑，从而保证托盘及上部结构的安全，特别适合于结构性能较差的优秀历史建筑的平移施工.

2.2 移位施工过程

先进行下滑梁的施工，再进行上滑梁的施工;抱柱梁的施工是本工程最为关键的托换结构，抱柱梁必须确保安全可靠，能够有效地将底层混凝土柱较大的荷载传递到上滑梁和滑脚上;待滑动面以上所有的混凝土结构达到设计强度后，且移位装置安装完毕后，即可对滑动面上的砖墙和柱进行分断切割，使上部建筑结构荷载全部转移到上滑道上.砖墙采用人工凿除与静力切割结合的方法，混凝土柱则采用金钢链静态切割;切割按间隔对称方式进行，切割时采取了密切观测托盘系统的受力状态的措施.

完成平移准备工作后，先进行试平移，综合判定有关信息是正常后，再进行正式平移.房屋沿下滑梁先向西平移5.388m，在此位置作中间停留;等待新址地下室施工完成后，再将房屋向北平移33.258m 到达新址，参见图5.

图5 移位路线图

移位全过程中对移位建筑安全进行了持续监测，包括姿态监测、沉降监测和位移监测.姿态监测指在平移过程中对结构整体姿态的监测，包括结构的平动和倾斜;沉降监测指房屋在整个平移施工过程中房屋的沉降状态;位移监测指房屋在整个平移过程中所行走距离的监测.本工程全过程施工过程中由第三方同步监测，直到完成移位和就位连接工作;之后拆除抱柱梁及临时支撑.

2.3 移位技术评判

移位前对各个关键技术进行了比选，最后采用了适合本工程且相当成熟的移位技术，整个移位过程很成功.在移位实施过程中，对房屋的结构薄弱之处进行了加固，不仅保持了原建筑的外观外貌，整个移位过程对建筑物的损坏很小，有效的保持房屋的使用寿命.

3 就位连接方式探讨

3.1 移位就位连接规定

移位建筑物就位后，连接构造应满足强度、稳定性和抗震设计的要求［5］.框架结构需经计算分析确定其连接形式.移位工程就位后，当托盘结构体系需拆除时，框架结构柱中的纵向钢筋应与底盘结构体系中的预设锚固筋可靠连接.抗震设防区，可在托换结构体系和新址基础之间采取隔震措施.

图6 就位连接图

建筑物移位至指定位置，验收合格后应尽快实施就位连接.连接应按设计要求施工，应检查预设连接锚筋、连接预埋件的位置，避免错漏.焊接连接时应交叉施焊并宜采取降温措施.空隙的填充应密实，宜采用微膨胀混凝土、砂浆或无收缩灌浆料.因移位产生的原结构裂损应进行修补或加固.

3.2 就位连接方法

移位施工前在房屋北面进行深基坑的施工，用以修建新址地下室.移位施工完成后，新址地下室作为房屋新址的基础结构.

房屋平移到位后需将框架结构柱与新址地下室结构刚接成整体.在各柱就位位置预埋厚度为34mm 的钢板，钢板与地下室顶板穿孔塞焊连接，锚固长度为36d;在柱就位位置处用厚度为16mm的钢板围合，高度为80mm，内侧与厚度为12mm 的短加劲板焊接;用厚度为16mm 的钢板与柱边围合，高度为300mm，采用对拉锚栓连接，每侧2D18;带滑移到位后，四脚部采用L200(16 钢板，与底板坡口焊等强度连接，与加劲板角焊缝连接;在柱底与钢板之间压力注浆，由于原结构混凝土强度低，因此灌浆料强度等级值得探讨，建议为C30.具体连接形式见图6.

图7 改进连接方式

3.3 就位连接方法评判

底层柱是结构的最大受力部位，且抗震设计中要求实现强柱弱梁，因此底层柱脚是整体结构的重要环节，其性能直接影响结构的安全性，有着举足轻重的作用.

原就位连接设计的传力路径是:柱子传给沿柱边围合的钢板，再由钢板传递给四周的角钢，最后传给地下室顶部的预埋钢板.

抗震设计时，受拉钢筋的锚固长度［7］为:

其中:修正系数ξɑ=1.1×1.1×0.8=0.968.

原设计中，柱中钢筋与柱边围合钢板的长度为200mm，不满足连接锚固长度要求;构造设计也不满足要求，四周角钢之间没有相互连接，且长度不足，无法对柱子形成抱箍作用.

原设计的就位连接方式不能满足《混凝土结构设计规范》中抗震设计时受拉钢筋的锚固长度要求，并不是有效的刚性节点连接.由于传力路径无效，使得柱内力可能无法传递到地下室，连接节点将成为结构的薄弱部位.

3.4 改进意见

可在各柱就位位置，地下室顶板梁内预留钢筋孔，在抱柱梁对应的位置也预留钢筋孔.就位后将连接主筋从抱柱梁预留孔内插入顶板梁预留孔内，钢筋植入地下室深度要满足锚固长度的要求，钢筋与原柱钢筋之间要满足相应的锚固长度，然后向孔内灌浆锚固，采用加大柱截面法进行连接.为保证新老结构有效连接，保留部分抱柱梁，见图7.

也可以增加原设计中四边角钢的长度，角钢之间增加相应的连接以确保相应的构造措施满足要求，最终使角钢对柱形成抱箍作用，以确保传力路径可靠有效，见图7.