临沂市某层办公楼整体平移设计

临沂市8层办公楼整体平移设计*根据8层框架楼房的平移实例，介绍了楼房平移设计的主要内容,包括结构内力分析，上、下轨道梁的设计，行走机构及牵引装置的设计，顶升改变平移方向及楼房与新基础的连接等。MonolithicMovingDesignofEight-storyBuildingofLinyiNationalSafetyBureauAbstract:Abstract:Thefollowingcontentsareintroducedaboutbuildingmonolithicmovingdesign.Thecontentsarestructureinnerforceanalysis,designoftrackupper-beamandtrackunder-beam,designofmovingandjackingdevice,movingdirectionchangebyunderpinning,,andconnectionofbuildingandthenewfoundationetc.Keywords:Keywords:buildings;monolithicmoving;jackingdevice;underpinning1引言在我国，楼房整体平移技术的应用已有十几年的历史，在国外则有100多年的历史［1］，结构形式有砖混结构也有框架结构，该技术的推广应用具有巨大的社会、经济和环保效益，对于城市的发展改造、道路拓宽具有十分现实的意义，但到目前为止，国内尚没有统一的设计规范或依据。本文通过一8层框架结构楼房的设计实例，介绍了平移设计的一般内容，并提出了一些新的设计思路，希望能够对楼房平移技术的应用与提高起到一定的促进作用。临沂市国家安全局办公楼为8层框架结构建筑，钢筋混凝土独立基础，建筑面积约3500m2，总重52243KN，总高34.5米，楼顶有一35.5米高的通讯铁塔(图1)，1999年4月建成并投入使用。该建筑东临沂蒙路、南临银雀山路，位于临沂市新规划的“临沂市人民广场”内，为不影响广场的建设，同时也为了节约投资、减少污染，经多方论证决定采用楼房整体平移技术将该办公楼平移至银雀山路以南（广场场地以外），如图2所示，由于周围场地所限，必须先将该建筑向西平移96.9m，再向南平移74.5m，总移动距离为171.4m。由于此前没有高层框架结构楼房平移的先例与经验可供借鉴，我们根据以往多层楼房平移的经验，充分考虑高层建筑的特点，在对该建筑现场鉴定的基础上，进行了全面计算分析，并在九层楼房模型平移、顶升试验的基础上［2］，提出了设计方案。2结构内力分析在进行上、下轨道梁和基础设计前，必须全面了解建筑物的内力状况，特别是底层框架柱的内力值，然后根据每个柱子的内力值，对相应的上、下轨道梁和基础做出合理地设计。本工程，我们利用建筑结构空间受力分析软件TAT对建筑物的总体重量、平面重心、自振频率（周期）、底层每个柱子的内力进行了详细的分析［3］。分析结果表明，轴向力最大的柱子N=5300KN，M=87KN-m，建筑物的总重W=52243KN，平面重心位置如图3所示。3地基基础及下轨道梁的设计建筑物原基础均以中等风化的岩石为持力层，地基承载力均在2200KN/m2以上，由于平移场地范围内岩石的埋深在-3.5m~-5.2m之间，因此设计时直接将岩石层作为下轨道基础及新基础的持力层，下轨道基础及新基础均采用条形基础，最大基础宽度为2200mm，底板厚度为300mm，针对岩石的不同埋深，则通过调整下轨道梁高度来满足设计标高的要求，这样虽然增加了一部分土方量，但可以避免楼房在平移过程中产生过大的不均匀沉降。由于上轨道梁采用柱下双梁的形式，下轨道梁亦对应采用条形基础上的双梁形式（图4）。4上轨道梁设计在平移框架结构建筑物时，上轨道梁与框架柱的连接设计极为关键，因为在切断框架柱进行楼房平移过程中，上轨道梁除了要承担柱子传来的全部荷载以外，还要承受滚轴传来的摩檫力和上下轨道不平引起的附加内力，因此上轨道梁截面设计的合理与否直接关系到上轨道梁能否安全有效地工作，其截面设计主要应考虑以下几个方面的因素：⑴上轨道梁的计算模型，应力求其受力明确、计算简单。可以按放置在下轨道梁上的弹性地基梁（图5a）、也可以按倒置的牛腿(图5b)，计算模型的确定直接关系到上轨道梁的安全性、经济性与合理性。本工程最大柱网尺寸为8.1x7.2m，柱子的最大轴力N=5300KN，若按弹性地基梁来设计上轨道梁，其截面高度至少要1800mm以上，且梁的配筋率很高，上轨道梁的竖向挠曲变形不仅会导致其下部的滚轴受力极不均匀，还会在框架柱（尤其是边柱）内产生较大的附加应力，这样不仅对框架柱的受力不利而且也不经济。经过分析对比，我们认为按倒置的牛腿设计上轨道梁即合理又经济，此时上轨道梁的受力比较明确，当设计中使得L≤h或L略大于h时，倒置牛腿的变形要远远小于相同情况下的弹性地基梁，而其配筋量却远远小于相同情况下的弹性地基梁，相应地上轨道梁下滚轴的受力相对比较均匀，相邻柱子之间的上轨道梁（牛腿）通过一个截面相对较小的连梁连接，连梁可以承担一定的水平力、保证每个柱子位移的同步，又可起到增加上轨道梁稳定性的作用；采用变截面的上轨道梁，人为地在变截面处设置了一个薄弱环节（类似人为设置的塑性铰），当相邻柱产生竖向不均匀位移（如局部顶升、不均匀沉降、轨道不平）时，变截面处将首先产生变形，而与柱直接连接的上轨道梁（倒置牛腿部分）的变形可以相对减轻，进而减轻竖向不均匀位移对底层框架柱内力的影响。⑵根据框架柱内力的大小不同，分别对上轨道梁进行抗剪强度和抗弯强度计算；⑶柱内纵筋在上轨道梁中的锚固长度。这一点在有些移楼工程中没有引起重视，我们认为这一点应引起设计者足够的重视，因为楼房在平移过程中，上轨道梁就是上部结构的基础，它至少应起到与原楼房基础相同的作用，因为在平移过程中，上轨道梁除了承担楼房正常的荷载以外，还要承担楼房平移过程中的水平牵引力、摩擦力和因轨道不平而产生的附加力等，要保证上部结构的安全（这是楼房平移必须满足的），必须保证柱内纵筋在上轨道梁中有足够的锚固长度，而不能简单地认为平移过程中满足不满足柱内纵筋的锚固长度无所谓，只要平移到位后柱子与新基础有可靠的连接就行了。⑷牵引力或平移过程中的磨擦力对上轨道梁受力的不利影响（图5b）。上轨道梁与柱子的连接，由于上轨道梁与柱子之间存在新旧混凝土的结合问题，为了保证上轨道梁能够安全、有效地承担柱子的荷载，结合面处新旧混凝土能否成为一个整体，也是一个很关键的因素。设计中，我们除了要求对柱子的结合面进行必要的凿毛，还须采用化学植筋的方法在柱子的每个结合面上植2排Φ12连接钢筋，间距为200，以加强新旧混凝土的结合。由于要沿两个方向平移，所以设置纵横双向的上轨道梁，在原址处一次施工完毕，在上轨道梁之间还加设了斜梁，使上轨道梁与斜梁形成一个水平放置的桁架（图6），桁架本身具有非常大的水平刚度，平移过程中一旦出现位移不同步、牵引力不均匀的现象，作用于上轨道梁的不均匀水平牵引力就会消耗在水平桁架内，而不会对上部结构产生不利影响。5顶升方案及顶升点的设计由于本工程楼房平移方向有一个90o的转角，即首先向西平移96.9m，再向南平移74.5m，转角处需要转换行走机构（滚轴）的方向，因此必须在转角处将楼房顶升，将向西行走的滚轴抽出，并在横向上轨道梁下放入向南（横向）行走的滚轴。在楼房顶升问题上，我们考虑了两个方案：⑴第一个方案是将整座楼房一次顶起，其优点是：每个框架柱同时起升，可以避免过大的竖向变形差(相当于不均匀沉降差)。但其缺点有：楼房总体重量大、顶升点多，需要50～60个千斤，由于每个柱子的轴力大小不同，使得千斤顶和油压的配置方案极其复杂，若每个柱子下千斤顶的顶升力与其轴向力不协调，就不能保证每个柱子的同步起升，而一旦起升不同步，必然引起底层各柱间轴力的重分布。另外，整体顶升后，由于整个楼房均由千斤顶支撑，使楼房处于一个相对不稳定的状态，一旦出现倾斜可能导致不可想象的严重后果。⑵第二个方案是一次顶起2～3个轴线，其优点是：一次的顶升点少，需要的千斤顶数量少（20～26个），容易控制，顶升过程中楼房的一部分支撑在千斤顶上，一部分通过滚轴支撑在下轨道梁上，顶升时楼房的稳定性较好。其缺点是：由于不是一次顶升，顶升柱与相邻的非顶升柱间必然存在一个竖向位移差，相应地必然在上部结构中产生附加内力。根据《建筑地基基础设计规范》，对于框架结构相邻柱基的允许沉降差为0.002l，当柱距为7200mm时，相应的允许沉降差为14.4mm，本工程只需顶升3～4mm，即可更换滚轴的方向，经计算分析，当局部顶升量为4mm时，由于相邻框架柱的竖向位移差（相当于不均匀沉降）而在上部结构中引起的附加内力不会对结构产生任何损害。本工程采用了分批局部顶升的方案，第一次顶升②、③二个轴线，第二次顶升2／3、④、⑤三个轴线，第三次顶升⑦、⑧二个轴线，顶升前根据每个柱子的竖向荷载合理布置千斤顶的数量，并根据计算严格控制每个高压泵站的油压。顶升用千斤顶均采用带自锁装置的200t、100t的油压千斤顶，顶升时每个柱子根部安装两个百分表，以控制每个柱子的顶升速度和最大顶升量。实际施工过程中只顶升起3.5mm即实现了滚轴的更换过程，顶升中上部结构未发现异常，证明这种局部顶升方案是安全可行的。著为实现顶翼升转向，宵需专门在死上、下轨佳道梁设置伟顶升点（龟图届7锡），顶升展点及千斤分顶的布置的必须保证涝柱底平衡度受力，不陈能因受力椒不均在柱畜内产生附躺加内力。邀6压帖牵引装置核及行走机轨构的设计虹牵引力的清确定，根浇据楼房平折移实验和言以往的工悄程经验，美牵引力与温楼房的总肆重量、轨川道板的平讲整度、滚肃轴的直径野、轨道是枪否涂润滑寨油、单个咱滚轴承担览的压力等雹因素有关忆，正常施害工条件下朋，平移时只牵引力一性般是楼房烛总重量忍的动1/14掩~1/2恢5浙之间，第淹一次的启威动力约是斩正常牵引查力矮的传1.5~循2蔬倍。本工愧程，楼房字与上轨道跌梁的总重般约叙600击0被吨，启动焰牵引力按冻总重掩的膜1/1动0歼计算望约抹60践0村吨，向西泥平移时设桨计耕1响2计个殃10栋0回吨千斤顶或，向南平榨移时设能计无1票1股个余10办0停吨千斤顶戒，牵引能江力完全满填足牵引楼腿房的需要践。悠肆本工程移钞动距离远横，总移动摊距离养达登171.疗4爬m奏，且中间瘦有一顶升相换向的过朽程，若按条以往一天叮平已移召4氏～壤5芳m逼的移动速涨度，正常嫩情况下仅险平移施工泥就需妨要挥3具6致～棕4而4木天的时间贺，加上顶齐升换向的漫时间，楼毕房从原位距置平移至扑新位置需乘要升5帮0踏多天。为樱了缩短施宪工工期，患经反复论扔证，设计郊时采用了裹穿心式张敲拉千斤顶套，将预应惭力张拉技捧术巧妙地胡应用于楼宋房的平移嫌牵引，为兆此专门设蹦计定做了那千斤顶与也配套的锚背具系统，耕在平移过灶程中，千两斤顶处于若相对不动邀的状态，旅牵引钢绞姜线穿过千叛斤顶后通纪过锚具固亡定于平移铃楼房的上槐轨道梁上猜（巷图疫8营），在千猴斤顶的张端拉过程中婆，千斤顶姐前端的一握套锚具带夕动钢绞线疲牵引着楼港房一起向台前移动，辽而在千斤冤顶回油时电，另有一眯套锚具起光着限制钢先绞线松弛现的作用，膀使得钢绞画线始终处拜于张紧状影态，千斤递顶二次供惹油时前端贵的锚具再相次带动钢段绞线牵引杂着楼房一熊起向前移捎动，这样承千斤顶的感每一个循紫环过程都圾是自动完例成的，采敌用驴1000曲K狮N播、短200m方m坚行程的千舅斤顶，每训完成一个南行程，楼市房可以前王进副约吗190m桥m止，千斤顶猜每完成一音个循环过损程需解要妖5夹～叮6估分钟的时侨间，因此桂正常情况击下，采用罩这种牵引偿方案，每块小时楼房顽可以平插移兰2单m穷左右。和望以往的牵到引（或顶悔推）方案禁相比，这刊种牵引方缎案的优点踢是暮：绑⑴笼龄千斤顶可祸以相对连乞续地工作茧、不需要当人的干预代、工作效忠率高、操廉作人员的昨劳动强度之低峰，愁⑵蓄贼千斤顶行剥程的有效纠利用率高仗，裤⑶无义平移速度牌快。本工腾程移动距茫离乓175.水4庄m储用错了背2物0拐天的时间淋，加上中熟间的顶升丝换向，总糕的移动施针工工期问共额2骆6邮天，期间获楼内工作哥人员一直蹲在正常上搬班，基本荐感觉不到揉楼房的移前动。歇在行走机姻构（上、展下轨道板幅、滚轴）巴方面，考趴虑到楼房银层数多、尼高度大，碌柱底竖向胖荷载较大仪，且平移阳距离远，剖若行走机绕构在楼房可平移过程理中出现异勇常甚至破疏坏，轻者构会引起上高部结构的预局部损坏班，重者则敞会导致整喷个平移工嚷程的失败评。行走机咽构在楼房凉平移过程永中要承受兄非常复杂渡的动态变散化的荷载蛙，而不是见简单的静雄荷载。因待此在设计马滚轴时不岁能简单地俊根据其静顽力试验数秋据、上部孔荷载、轨降道板下混们凝土的局打部抗压强栏度确定滚甚轴的数量蝇，必须考剑虑动载作规用的影响河。本工程爽上下轨道仪板均采用鸟［匀3诸2孔槽钢，其菌中上轨道醉板作为上骆轨道梁的仅底模并可麦代替梁内众部分纵筋评；下轨道眠板则采用乒分段铺设烫，两段间白采用燕尾咳形接缝，恐可以减轻壤下轨道板躺接缝不齐袄对滚轴的驾影响，下康轨道板可脱重复使用苏。脂在牵引力梯的布置上候，充分考羞虑每个轴托线上平移茂摩阻力的扶大小与整券栋楼房的邮水平重心携的位置，够纵向向西山平移时布坛置艇1庸2钥个千斤顶母（寿图盼9束），懒由元3析个高压泵容站交叉供菌油，通过励调整每个扩泵站的供迅油压力，两使得每个丈轴线上牵鼻引力的合蠢力与该轴攻线的平移幸摩阻力成掏正比，总哭的牵引力京的合力位劳置与上部终结构的水画平重心重套合。横向涨平移时严用鹊1斧1蓄个千斤顶译，采用相肝同的布置研方法。由丢于采用了赵千斤顶的赖交错布置弄，可以保者证楼房平榆移过程中武每个轴线即位移的同之步。型7熄形框架柱与穴新基础的浑连接艺本工程设脆计的上轨稍道梁高度拨在急1400均~180取0压之