上海音乐厅整体迁移限位技术的研究与应用

上海音乐厅整体迁移限位技术的研究与应用在建筑物平移、顶升等移位过程中，由于设备安装、施工水平、控制精度及控制手段的差异，建筑物实际移动的轨迹与理论轨迹线往往存在一定偏差，对这种偏差如果不加以限制或纠正，往往会影响到移位的顺利进行甚至危及到建筑物的安全。

移位偏差包括姿态偏差和位置偏差，前者主要指建筑物的轴线方向发生了改变，即建筑物在平面上发生了转动；后者主要指建筑物产生了整体偏移。

在平移过程中可以通过控制系统调整各组千斤顶的推力大小（给油量）来进行姿态纠偏，而位置偏差往往需要借助于导向装置进行调整；在顶升过程中，无论产生何种偏差，由于难于提供施加于建筑物的水平反力，靠液压系统本身很难进行纠偏，而采用结构装置进行限位乃是一种较为可靠、有效地方法。

这种在建筑物平移、顶升过程中采用结构装置进行限位的方法即为限位技术，是在建筑物或构筑物移位过程中采用的一项新型技术。

在上海音乐厅整体平移和顶升工程中成功地应用了这一技术。

1 工程概况
上海音乐厅建于1930年，为中国著名建筑师设计的西方古典建筑实例。

占地面积1254㎡，建筑面积约3000㎡。

结构为框架-排架混合结构。

1989年公布为上海市建筑文物保护单位。

作为上海市人民广场综合改造工程的组成部分，根据规划要求，需将音乐厅整体顶升3.38m，平移66.372m。

此项工程于2003年7月8日顺利结束。

音乐厅总体迁移方案为：先在原址顶升1.7m，然后平移66.4m到达新址，最后顶升1.68m。

在音乐厅新址增加了两层地下室，迁移全部结束后需进行吸纳老墙柱的对接。

最终就位的精度将直接影响到柱子的对接能否顺利进行。

2 第1次顶升限位
2.1限位设计
如图1、2所示，在图示A、B两处设置两个钢结构限位柱，其中A柱的平面尺寸为2.0m×2.0m，B柱的平面2.0m×1.7m，限位柱高3.4m，限位柱通过预埋件锚固于顶升筏板基础内。

经核算，在2个限位柱共同作用下，沿房屋纵向可抵抗不少于1500KN的水平力，沿横向可抵抗不少于2000KN的水平力。

限位柱与限位梁间留10mm空隙，即限位梁和限位柱均不破坏且不变形的情况下，建筑物的最大允许水平位移不超过10mm。

2.2限位效果
1—限位柱；2—导向块；3—托盘梁；4—水平位移光栅尺；5—原有柱
图1限位分布示意
图2限位装置示意
在顶升过程中，对限位的作用进行了跟踪观察，当顶升高度超过1.0m后，2处限位发挥了作用，限位柱的一侧钢板与限位梁紧紧靠在了一起，有效抑制了水平偏转量的继续扩大。

第1次顶升结束后，对音乐厅的平面位置进行了复测，计算、分析结果如图3所示：音乐厅沿顺时针旋转约0.07°，同时沿图示方向发生了整体平动，测点中最大位移为
43mm。

图3音乐厅偏转示意
第1次顶升过程及上述测量结果表明：
（1）建筑物在项升过程中可能会产生偏转，而且偏转量在一定程度上会超出预期值；
（2）偏转一旦发生，便不可逆转，并会随着顶升高度的增加而增加；
（3）限位可以有效地限制偏转，如果没有限位，偏移量可能会超出上述结果，并可能影响到顶升的安全；
（4）限位的效果和限位的数量有关，通过数学模拟显示，当只有1个限位时，可能产生的偏转会明显增加，而如果设置3个限位，可能发生的偏转量会明显变小；
（5）限位的效果与限位的位置有关系，限位应尽可能分散在托盘的四周并形成一个几何不变体；
（6）限位的效果和限位结构的施工质量有直接关系，只有当限位柱和限位梁的垂直度、平整度以及限位柱和限位梁间的空隙能够满足设计要求时，限位才能更好发挥作用。

由于音乐厅第1次顶升结束后还有平移，顶升所产生的偏转最终得以在平移过程中消除，但对于只有一步顶升且需要墙柱对接的工程，如出现此类甚至更大的偏转，则通常情况下很难纠正，从而会最终影响到房屋顶升到位后的永久连接问题。

因此，顶升过程中设置限位是非常必要的。

3 第2次顶升限位
在第2次顶升过程中，为避免再次出现较大的水平偏移，吸取第1次顶升限位的经验和教训，采取了如下技术措施：
(1)增加限位柱的数量，在室外C处再增加1个抱箍式限位柱（见图1）；
（2）调整限位梁与限位柱间的空隙，通过在限位柱和限位梁间增加钢板、进行灌浆等措施将限位柱与限位梁在各个方向的空隙均匀调整在10mm以内；
（3）调整限位柱的垂直度和表面平整度，将垂直度调整到2mm以内，平整度调整到3mm以内；
（4）增设水平位移自动监测系统，如图1所示，在房屋的D点和E点分别安装2个水平光栅尺，2个光栅尺互相垂直，分别监测在顶升过程中x向和y向的水平位移，监测数据可以在总控室的显示屏上实时显示，当这一数据接近设定范围时，可以采取措施限制这一偏差继续发展。

（5）增加水平偏移监测项目，在纵横向设置2台经纬仪监测水平位移量，将该数据与光栅尺监测数据进行对比复核。

顶升结束后的测量结果表明，限位效果非常理想，完全达到了预期效果，测点中最大偏移量为8mm。

4 平移过程中的限位
在上滑梁上设置一定数量的导向块（见图1），而在下滑梁上设置一定数量的限位墩，导向块每侧与限位墩间留20mm的空隙，两者的关系如图4所示。

对导向块的间距和数量进行排列组合，使在平移过程中可以保证前后各有1个导向块始终在限位墩范围内，即任何时间房屋在平面上都处于受限状态。

这种限位可以保证在平移过程中的最大横移不超过20mm，而且在需要的时候可以随时采用下述方法对横移进行纠正（见图5）。

根据横移量大小，在偏移一侧的导向块与限位墩间塞人一定厚度的楔形钢板，并使楔形钢板的一端紧靠在导向块与限位墩间,当房屋继续平移时，此楔形钢板可以诱导上滑梁向中线靠拢，另一种方法是用前后重叠放置的2层钢板代替楔形钢板，也可以起到纠偏作用。

采用上述限位措施后，音乐厅平移到位后的测点最大偏差为14mm
5 顶升偏移的原因分析及预防措施
根据音乐厅的顶升经验，对引起建筑物偏移的相关因素归纳如下：
（1）与千斤顶安装的垂直度有关，越垂直则千斤顶的水平分力越小，可能产生的水平偏移量越小。

（2）与控制系统的同步精度有关，同步精度越高，偏移量越小；
（3）与顶升之前房屋的称重精度有关，称重结果越准确，则可能产生的偏移量偏越小；
（4）与顶升位移传感器（光栅尺）的位置及数量选择有关，位移传感器应能合理反映其所在处得房屋姿态；如条件允许，增加光栅尺可以更好地保持房屋的原始姿态。

（5）与顶升基础的不均匀沉降有关，不均匀沉降越小，可能产生的水平偏移量越小；
（6）与顶升过程中及顶升结束后临时支撑的安装精度有关，房屋落在临时支撑后的姿态越接近于原始状态，可能产生的水平偏移量越小。

综上所述，在房屋的顶升过程中，除了采取结构装置进行被动限位外，在顶升前还应采取如下措施进行主动预防：
（1）将千斤顶的安装垂直度控制在一定精度范围内，以减少其水平分力；
（2）提高系统同步控制精度，或增加位移测点数量，以便更好地保持房屋的原始姿态；
（3）提高每一顶升点处的称重精度，尽量使千斤顶的顶升力与上部荷重相平衡，
以减少托盘梁内部的变形协调；
（4）选择合适的临时支撑材料及支撑形式，尽量使各临时支撑的高度保持一致。

结论：上海音乐厅顶升及平移过程中的限位技术在国内首次采用，它有效地控制了建筑物移位过程中在平面上的位置偏差，提高了移位过程中的安全性，保证了建筑物的最终位置满足设计要求。

目前，这一技术又成功应用于天津海河狮子林桥整体抬升工程中。