建筑物移位托换技术结构设计分析和应用

李海莲

【摘 要】本文对房屋结构托换技术进行了分折探究，首先简单分析了当前房屋结构托换技术的应用优势，并详细探讨了房屋结构托换技术的设计应用，给出了结构托换技术的设计原则和技术措施，对于进一步提高房屋结构托换技术应用水平具有一定借鉴意义。

【关键词】房屋；结构托换；设计

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. 建筑物整体移位的优势

1.1 随着城市现代化的发展，建筑物整体移位工程的数量和规模都在不断增长。建筑物整體移位技术有着较高的社会效益和经济效益，通过整体移位，不但可以满足城市整体规划和环境保护的需要，还可以节省大量的建设资金和搬迁安置费用、大幅地缩短建设工期、减少拆迁矛盾，并且能够有效地保护具有重要文化价值的历史建筑。

1.2 建筑物整体移位跟拆除重建相比，主要具有以下几大优点：

（1）建筑物整体移位技术具有较高的社会效益和经济效益：建筑物整体移位造价仅为拆除重建同类建筑物的30%～60%，施工工期仅为拆除重建的1/4～1/3[1]。

（2）采用建筑物整体移位技术对建设单位的正常工作和居民的正常生活影响小，施工期间二层以上的使用功能基本不受影响，由此产生的间接经济效益非常显著。

（3）建筑物整体移位可以减少大量建筑垃圾，避免对城市造成污染，对环境保护具有重大意义。

（4）对特别重要的历史建筑进行移位保护，关系到人类社会物质文明的发展和人类文化遗产的绵延，具有重要意义。

2. 托换结构的设计原则

在建筑物整体移位过程中，托换结构不仅是移位过程中上部结构的基础，而且是水平动力和竖向顶升力直接作用的结构，因此托换结构应能有效可靠地传递上部结构荷载、水平动力和竖向顶升力，它应满足以下几点要求[2]：

（1）与上部结构的原竖向受力构件（柱或墙）应有可靠的连接，保证上部结构荷载能有效地传递到托换结构上。

（2）在建筑物移位启动前和正常行走过程中，能有效地传递水平牵引力和顶推力，尽量减小对上部结构产生的影响，并且必须保证对上部结构的影响在可以接受的范围以内。

（3）具有足够的强度，在仅有上部结构荷载作用时和上部结构荷载与水平动力或竖向顶升力共同作用时两种情况下应保证托换结构自身不发生破坏。

（4）具有足够的刚度，不能因为托换结构发生过大变形而导致上部结构产生过大的附加应力，造成上部结构的破坏或增大了移动阻力。

（5）具有足够的稳定性。

3. 建筑物整体移位技术的基本内容

（1）建造建筑物新址处的新基础及移位下轨道梁。

（2）在建筑物基础顶面施工托换结构，一般在承重墙（柱）下或两侧浇筑混凝土托换结构，形成水平刚度很大的钢筋混凝土托换底盘，同时作为移位时的上轨道。

（3）在建筑物托换结构与下轨道梁之间安装行走机构。

（4）建筑物与原基础分离，上部结构荷载转移到托换结构上，上部结构与托换结构拭同形成一个可移动的整体结构。

（5）施加水平动力，将建筑物沿下轨道粱整体移到至指定位置。

（6）建筑物移到至指定位置后与新基础进行可靠连接，晟后恢复室内外地面，并进行必要的装修[3]。

4. 托换结构的形式

在建筑物整体移位工程中，结构托换是最为关键的技术之一，关系到工程的造价和安全。为保证托换结构（上轨道梁）具有足够的整体性和稳定性，既能有效地传递各种荷载又能适应托换结构各节点可能产生的不同步位移，通常将托换结构纵横向各构件彼此连接，形成一个沿水平方向刚度很大的类似桁架体系。

4.1 墙下托换结构设计。承重墙下一般均需设托换结构，沿建筑物移位方向的托换结构可兼作上轨道梁，墙下托换结构有单梁式和双梁式两种。

（1）单梁式托换节省材料，传力途径明确有效，计算简单，但其施工难度大，需分段分批进行，不能一次性完成托换，即以梁逐步托换墙体，等上一段施工的钢筋混凝土梁达到一定龄期后，才可以施工下一步，施工周期较长。双梁式托换可以一次浇筑完成，相对于单梁式托换来说可以大大缩短施工工期，但其托换结构的受力较复杂。单梁式纵向托换结构（即行走方向，另一方向称为横向，下同）的计算，应该根据滚轴布置方案确定。当移位工程中滚轴采用满布布置方案时，托换结构仅受到上部墙体和下部滚轴的压力作用，理论上讲，托换结构只要满足滚轴部位的局部受压即可。但在实际工程中，由于轨道不可能绝对平整，各个滚轴所受到的压力也会不同，因此会在托换结构内引起拉弯等附加应力。考虑到施工的方便，当采用混凝土托换结构时，托换结构的截面宽度不宜小于墙宽+50mm，高度不宜小于300mm。当采用型钢托换结构时，应确保托换结构底面连接焊缝的平整性，因为焊缝的不平整可能对托换结构造成不利影响。当墙下滚轴采用局部布置方案时，可按普通连续梁或连续墙梁（满足墙梁条件）计算。中间连系梁的截面高度宜比布置滚轴的托换梁减小至少50mm。endprint

（2）在原结构墙体两侧设置的双梁式托换结构，应每隔一段距离，在两个托换结构之间设置连接键。托换结构的截面宽度不宜小于200mm，连接键的间距宜为1.2～2.0m。滚轴及顶升点一般布置在纵向托换结构连接键位置，所以纵向托换结构与横向托换结构的受力方式和力学模型是不一样的。双梁式纵向托换结构下部受到滚轴或顶升点的反力作用，可近似地看作是集中力，内侧受到墙体摩擦力作用，可近似地看作是均匀分布荷载，因此纵向托换结构可按在均布荷载和扭距共同作用下的连续梁进行计算。横向托换结构内侧受到墙体摩擦力和连接键传来的集中力的作用，横向托换结构的计算可按在集中力、均布荷载和扭距共同作用下的墙梁进行计算。

（3）根据文献[4]，可以认为托换梁和连接键分别传递上部墙体荷载的比例为0.5：0.5。根据实际工程的具体情况，连接键可以近似按均布荷载作用下的简支深梁进行计算，深梁的跨度取墙体两侧托换梁中心的距离。

4.2 柱下托换结构设计。柱下的托换方式有包裹式托换和单梁式两种，滚轴或顶升点的布置方式分托换梁柱下布置和柱下不布置两种。

（1）单梁式托换（即直接在柱下设置托换结构）荷载传递明确，但其施工难度和对上部结构破坏性较大，应用较少，只在特殊要求和上部荷载较小时采用。采用单梁式托换时，梁宽宜大于柱宽，梁内钢筋不宜截断。单梁式托换结构主要受到下部滚轴或顶升点的反力，以及建筑物移位过程中托换结构与滚轴之间的摩擦力。根据托换结构外伸长度与高度的比值，可按固定在柱上的倒置牛腿和倒悬臂梁进行内力和配筋计算。

（2）包裹式托换（在柱的四边均设置托换结构）将建筑物移位方向外包梁适当延长，通过托换结构与柱表面的摩擦将柱上荷载传递到托换梁结构上。该托换方式主要通过托换结构与柱侧面的摩擦来传递上部结构荷载，为了确保荷载能够有效传递并且不发生冲切破坏，柱与托换结构接触面应彻底凿毛，并用插筋连接框架柱与托换结构。托换结构外伸部分主要受到下部滚轴或千斤顶向上的支撑力和移位时与滚轴之间的摩擦力，根据托换结构外伸长度与高度的比值，托换结构外伸部分可按固定在柱上的倒置牛腿和倒悬臂梁进行内力和配筋计算：包柱部分主要受到接触面摩擦力的作用，根据具体工程受力状况和截面特征，可近似按均布荷载作用下的简支深梁计算，深梁的跨度取柱两侧托换结构中心的距离[5]。

（3）考虑到移位过程中轨道的平整度，对托换结构进行设计时，柱下荷载应乘以1.5～2.0的放大系数。对于滚动式、滑动式移位和建筑物顶升，托换结构混凝土应满足局部抗压的要求。工程中通常在托换结构与滚轴或滑块问设置钢板或槽钢，来提高托换结构的局部抗压能力，并可防止建筑物移位过程中托换结构的碾压破坏。对于包裹式托换节点，目前还没有形成统一的设计方法，但已经有文献对此做了试验研究和理论分析，在此不再赘述[6]。

5. 建筑物整体托换结构设计存在的主要问题

（1）对移位过程中建筑物受力状态的研究应进一步加强，包括对牵引力直接作用的托换结构的受力性能分析及其对上部结构的影响等，应通过计算机建立实体模型分不同工况模拟移位过程，从而达到优化工程设计的目的。

（2）托换结构直接影响整个移位工程的安全、质量和造价，目前托换结构技术尚不成熟，构造还不尽合理，因此针对建筑物移位工程的托换技术有待继续研究，提出可靠的托换结构设计方法。

（3）砖混结构建筑物的水平牵引力由被托换墙体承担一部分，托换结构承担较少，但两者的分配比例尚需进一步做定量研究分析。

（4）对于托换结构的受力性能研究较少，尤其是其水平方向的受力性能，包括托换结构自身的受力及对其变形对上部结构的影响等，目前还处在刚刚起步阶段，应通过大量工程实践统计分析、试验研究和理论分析，提出一个能普遍应用的公式来确定其对上部结构的影响程度。

（5）整体移位工程中的移位轨道一般都是临时性结构，但其工期和造价却在整个工程中占相当大的比重，因此研制可重复利用的移位轨道是急需解决的问题，尤其是對移位距离较长的工程。

（6）就位连接方法及构造尚不合理，比如建筑物与新基础通过焊接连接后其安全性和抗震性有待评估。近年来在一些工程中应用的采用隔震技术对其进行连接是移位技术发展的一大进步，该技术还需要加以推广。

（7）建筑物移位过程中各控制参数、监测参数十分重要，但目前工程中参数的控制大多依靠经验或参照相类似规范，因此还需规范和完善移位过程中各相关控制参数，以确保移位工程的安全。

（8）建筑物移位前期的可行性评估及就位连接后建筑物的安全性、适用性和耐久性评估机制还需完善。

（9）对整体移位技术的理论研究需要进一步深入，应形成成熟的设计和施工规范和规程，使该技术的设计和施工有相关规范和规程予以指导，更具有合理性和科学性。

参考文献

[1] 张鑫.建筑物平移与纠倾技术[M].北京：中国水利水电出版社，2008.

[2] 吴二军，李爱群.型钢对拉螺栓柱托换节点抗剪性能试验研究[J].东南大学学报，2003，33（5）：631～634.

[3] I amar Kay，Pan Deitz and Stan Barber.Photo from Southcombe'S Collection，New Plymouth，New Zealand[J].The Structural Mover，1999，1 7（1）：40.

[4] 王恒.托换梁剪跨比对柱托换节点受力性能影响的试验研究[J].济南：山东建筑大学，2010.

[5] 郭彤.结构托换技术及其在房屋平移工程中的应用[J].南京：东南大学，2005.

[6] 司道林.托换梁纵筋配筋对柱托换节点受力性能影响的试验研究[J].济南：山东建筑大学，2010.endprint