鋼筋混凝土分荷結構在房屋平移中的應用

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摘要：結合工程實例，介紹了六層框架結構整體平移的設計與施工過程，首創(chuàng)了“鋼筋混凝土分荷結構”，解決了柱荷載大而集中的問題。并應用先進的PLC同步控制系統(tǒng)，使房屋最后精確平移就位。

  關鍵詞：分荷結構框架結構結構托換整體平移1.工程概況1.1建筑概況   天津眾美制衣綜合樓原為津東農(nóng)工商營業(yè)樓，建于1992年。為6層鋼筋混凝土框架結構（見圖一），北側后門正中有運貨電梯一座，東西兩側各有一道人行樓梯。建筑物東西長43.08m，南北長27.65m。除一樓層高為5.4米，6樓層高3.9米外，其余各層的層高均為4.5米，大樓總高27.9米，建筑總面積約5200平方米。根據(jù)規(guī)劃需要，大樓整體向北平移35m，遷移總重量約為10346噸。（圖二）   圖一房屋原貌　圖二平移示意圖1.2基礎概況原大樓A軸為一層裙房，A軸柱下為條形基礎，采用倒T形斷面，梁高0.8m，板厚0.3m，梁寬0.5m，板寬1.5m。B～F軸采用C30鋼筋混凝土梁板式筏板基礎，主梁斷面高1.4m，寬0.8m，梁底相對標高-2.100m。次梁斷面高1.3m，寬0.7m，梁底相對標高-2.100m，筏板厚0.4m，板底相對標高-1.700m，筏板在基礎周邊還伸出軸線外2.5m。基礎梁板下均設0.1m厚的C10素混凝土墊層。（圖三）圖三基礎平面示意圖基礎斷面示意圖1.3地質(zhì)情況根據(jù)地勘報告，地質(zhì)情況如下：層底標高0.1～1.89m為人工填土層；0.47～1.33m由坑底淤泥組成；-1.40～-2.12m由粘土和亞粘土組成，可做建筑物的持力層；-11.01～-11.82m主要由灰色亞粘土、輕亞粘土組成。本場區(qū)地基土的容許承載力［R］值，在標高-1.63m以上天然土（不包括坑底淤泥）［R］=120KPa；在標高-1.63～－7.13m，［R］=100KPa；在標高-7.13～－11.82m，［R］=120KPa；在標高-11.82～－13.72m，［R］=140Kpa。2.分荷結構要使房屋移動，必須將其由原基礎托換到可移動的上軌道結構體系上。在上軌道結構體系設計中，將框架柱的集中荷載轉(zhuǎn)換為上軌道梁對下軌道梁的分布荷載，這對于柱荷載較大、地基承載力較低、移動距離較遠的下軌道結構體系及其基礎的設計是經(jīng)濟的、合理的。若僅依靠上軌道梁自身進行此荷載的轉(zhuǎn)換，不但需加大上軌道梁的截面，而且還因梁的變形使荷載分布不均，柱下荷載偏大，跨中荷載偏小，荷載轉(zhuǎn)換的效果不甚理想。因此合理的選擇是采用分荷結構，將柱荷載經(jīng)分荷結構傳至上軌道梁，然后近似轉(zhuǎn)換為均布荷載，通過移動裝置作用于下軌道梁上。天津津東農(nóng)工商營業(yè)樓平移工程中，由于柱荷載較大，個別荷載達到4500KN，φ73mm滾軸需按20cm的間距密布，而上軌道梁受室內(nèi)地坪至主梁頂?shù)母卟钕拗?，梁高只?00mm，必須設置分荷系統(tǒng)，才能滿足承載要求。經(jīng)過多方案的比選，放棄了傳統(tǒng)的鋼結構分荷形式，開發(fā)應用了“鋼筋混凝土分荷結構”。（見圖四）“鋼筋混凝土分荷結構”是由框架柱前后側對稱設置的鋼筋混凝土分荷斜柱和斜柱上部的鋼筋混凝土抱柱箍組成，并與框架柱及上軌道梁連成完整的一體，提高了分荷結構的節(jié)點剛度和傳力的可靠性。斜柱底部將上軌道梁三等分，縮短了上軌道梁的跨度，有效減少了上軌道梁的內(nèi)力。斜柱頂部不像傳統(tǒng)的分荷方法支于一層樓板框架梁的底部，而是通過抱柱箍作用于框架柱的中下部，減少斜柱長度，既提高斜柱受壓穩(wěn)定的性能，同時也增加了上軌道梁的側向剛度和抗扭剛度。由于整個結構高度較低，方便了施工和平移過程中的監(jiān)測。3.方案設計3.1新址基礎設計新址地質(zhì)勘察報告所揭示的地層，與原大樓地基地質(zhì)勘察報告所揭示的基本相似，新址報告中所示該場地地基土基本值與原報告中地基土的容許承載力基本一致，原大樓采用片筏基礎，故在新址仍采用片筏基礎應能滿足建筑物的承載要求。新址片筏基礎主次梁的布置仍與原址基礎一致。XB～XE軸的主梁斷面尺寸和配筋與原址基礎B～E軸的主梁完全一致。新址柱間次梁及筏板的斷面尺寸和配筋與原址的柱間次梁及筏板相同，而新址柱下次梁按原址柱下次梁的承載能力并結合下軌道梁的構造和承載要求重新設計。3.2下軌道梁的設計下軌道梁采用鋼筋混凝土結構，下軌道梁一方面作為整個房屋平移及托換體系的基礎，同時頂推時為千斤頂提供反力。在①至⑧軸上共設8條下軌道梁，下軌道梁從新址基礎延伸至反力后背處。原址片筏基礎的軌道梁，貼在片筏基礎次梁兩側。新址下軌道梁兼作新址片筏基礎次梁，新址每條下軌道梁也由兩片軌道梁組成。在新舊基礎上采用同一類型的下軌道梁對平移的安全性是有好處的。3.3上軌道結構體系設計上軌道結構體系為鋼筋混凝土結構，由上軌道梁、抱柱梁、夾墻梁、分荷結構及連系梁等組成。上軌道結構體系用于承受移動部分的全部荷載，因此它應具有足夠的強度、剛度及穩(wěn)定性。3.3.1上軌道梁設計上軌道梁采用雙側抱柱梁，采用槽鋼與混凝土組合梁結構。與下軌道梁對應，共設8條上軌道梁。上軌道梁兼作一個方向的抱柱梁，按最不利荷載組合、多跨連續(xù)梁設計，同時考慮分荷斜梁的水平分力和平移推力引起的軸向力，每條上軌道梁為由雙肢組成，梁底設［25槽鋼部分代替梁底部鋼筋兼作平移滑動面，箍筋與槽鋼焊接。上軌道梁斷面尺寸為250×500mm，頂面標高為－0.011m。3.3.2抱柱梁設計設計時考慮正截面的的受彎承載力，局部抗壓強度及周邊的抗剪切強度。直接或通過連系梁與上軌道梁澆筑成整體。經(jīng)過大量實踐及實驗證明，采用鋼筋砼抱柱梁是進行柱托換的一種較為可靠、安全的形式。3.3.3夾墻梁設計夾墻梁布置在墻兩側，相互之間通過小系梁連接，確保墻體切斷之后承托墻體重量。3.3.4分荷結構設計在本工程中開發(fā)應用“鋼筋混凝土分荷結構”來解決柱荷載集中的問題。這種結構相比鋼結構更能確保支點的受力可靠性，而且有很好的經(jīng)濟性與施工的便捷性。分荷結構的上部抱柱箍與上軌道梁的抱柱梁同時受力，對柱進行托換，抱柱箍按抱柱梁設計考慮。斜柱按45°設置進行分荷（見圖五），按受壓桿件考慮，鋼筋按構造配筋設計。兩側斜柱間在上軌道梁處通過系梁連結，以增強整體性。“鋼筋混凝土分荷結構”的工程成本較鋼結構大大減少，但分荷效果較好。   3.4滑動面設計本工程采用滾動摩擦，滑動面為滾軸對鋼板。滾軸采用φ73鋼管，管內(nèi)灌高標號細石膨脹性混凝土，兩端鋼板焊接封蓋。采用鋼管砼的優(yōu)點是受壓后有微小的變形，可部分消除因施工精度不足造成的上下軌道梁不平整，保證上滑梁受力較均勻，減少對房屋結構產(chǎn)生不利影響。3.5頂推設計要使房屋移動，目前有牽引法和頂推法兩種。本工程采用頂推法，利用液壓千斤頂作為頂推設備，采用目前我公司先進的PLC同步控制系統(tǒng)，使各千斤頂?shù)耐巾斖凭瓤刂圃?mm以內(nèi)。因本工程平移距離較遠，而千斤頂行程較小，僅為1.2m。所以頂推反力支座采用鋼筋混凝土固定支座和鋼結構活動反力支座兩種形式。平移6.6米距離內(nèi)采用更換頂鐵的方法，每平移6.6米后倒用鋼結構活動反力支座。房屋移動啟動時的滾動摩擦系數(shù)按0.1考慮，根據(jù)各軸線的荷載計算，本工程共采用100t千斤頂6臺，320t千斤頂2臺。4.平移效果本工程于2004年7月26日開始平移，于2004年7月31日平移到位。開始啟動時采用分級加載的方法。按照各軸線的荷載，分別按摩擦系數(shù)為0.02、0.03、0.04直至0.1取值計算出理論推力，然后由控制系統(tǒng)確定應提供的油源壓力值。這種方法可以很好的保護房屋結構，避免突然的啟動產(chǎn)生較大的加速度。實際頂推時，摩擦系數(shù)為0.04。頂推速度平均為2cm/Min，房屋一天平均移動約8米。就位橫向偏差為3mm。平移過程中“鋼筋混凝土分荷結構”達到均布柱荷載的設計效果。截面為250×500mm的上軌道梁，除前端由分荷斜柱引起的水平拉力，按拉彎結構設計的部分出現(xiàn)受拉裂縫外，其它上軌道梁部分均完好無損。