既有建筑托梁拔柱改造设计与施工控制
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［收稿日期］ 201101 19 ［基金项目］ 国家 “十一五 ” 科技支撑计划项目（ 2006BAJ03A03 ） ［作者简介］ 赵挺生， 华中 科 技 大 学 土 木 工 程 与 力 学 学 院 教 授， 博士 E-mail ： tszhao @ 生导 师， 湖 北 武 汉 430074 ， 电 话： 13628638956 ， mail． hust． edu． cn
引言 既有建筑物是依据当时所要求的功能与标准进
行建设的， 随着技术进步和人们生活水平的提高， 有 生活需求， 需要对其进行 些已不能满足人们的生产 、
2011 No． 346
赵挺生等： 既有建筑托梁拔柱改造设计与施工控制
55
改造， 以便增加楼 层 数， 增 大 平 面 或 竖 向 空 间， 或单 纯增加使用荷载 。 建筑改造应在充分评估既有建筑 通常包括对既有建筑 结构健康状况的基 础 上 实 施， 结构构件的损伤检测 、 结构可靠性和抗震性能鉴定 、 结构改造与加固设计以及施工技术等工作
。 按其施工方法的不同可分 为 有
千斤顶顶 升 的 托 梁 拔 柱 和 无 千 斤 顶 顶 升 的 托 梁 拔 柱 。 依据作者 近 年 来 完 成 的 9 项 托 梁 拔 柱 工 程 实 践， 参考国内外相关文献资料， 总结出常用托梁拔柱
表1 Table 1
施工工 艺过程 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
Abstract ： With the philosophy of low carbon for friendly environment and sustainable development ， construction industry is entering the period of rebuilding ，maintenance and strengthening． The transfer girder and cut column （ TGCC ） ，as a means of expanding the column space ，has been widely used in the reforming of existing buildings． Since the structures under reforming are time-dependent structures and construction work is of high difficulty． Consequently ， the reforming engineering project of existing building is of high risk． So based on the practice of TGCC reforming of existing buildings ，the general construction processes of TGCC are identified ， then its risky factors ， as resistance deterioration ， unintegrated structures ，construction quality ，injure and safety in service etc． ， are analyzed ， and their countermeasures are given． Applying resisting progressive collapse method and reinforcement technology ， anti-collapse design principles and construction techniques of existing building ’ s TGCC reforming ，are proposed in order to promoting safe and standardized implementation of the existing building reforming． Here the anti-collapse design principles include structural detail ，limit states ，deformation and stiffness control ，as well as structural arrangement ， and the construction techniques comprise about that of structural reinforcement ，transfer girder made in site ，cut column and unloading etc． In the end ，two examples are given． Key words ： existing building ； reforming ； transfer girder and cut column ； design method ； construction technology 0
54
施 工 技 术 CONSTRUCTION TECHNOLOGY
2011 年 8 月上 第 40 卷 第 346 期
既有建筑托梁拔柱改造设计与施工控制
1 1 1 2 2 赵挺生 ， 丁丽萍 ， 唐菁菁 ，徐福泉 ， 李东彬
（ 1. 华中科技大学土木工程与力学学院， 湖北 武汉
430074 ； 2. 中国建筑科学研究院， 北京
3 种托梁拔柱方法施工工艺过程
Construction processes of three kinds of TGCC method
完整托架顶升施工方法 既有结构检测鉴定 托梁拔柱施工图设计 现场准备 地基处理与基础加固 支撑托架的立柱加固 柱间与屋架支撑加固 原位安装制作托架（ 焊接或高强螺 栓连接固定） 、 检查验收 顶升 、 卸载反力架制作 顶升 、 卸载设备安装（ 千斤顶就位） 千斤顶顶升待抽柱直至荷载转移 （ 立柱截断面应力为零） 分阶段截断 、 拆除待抽柱上柱 — — 千斤顶分阶段卸载 完善托架 既有吊车梁和待拆除柱下柱拆除 新吊车梁及其制动结构安装 检查验收 完整托架不顶升施工方法 既有结构检测鉴定 托梁拔柱施工图设计 现场准备 地基处理与基础加固 支撑托架的立柱加固 柱间与屋架支撑加固 原位安装制作托架（ 焊接或高 强螺栓连接固定） 、 检查验收 卸载反力架制作 卸载设备安装（ 千斤顶就位） — 分阶段截断 、 拆除待抽柱上柱 — — 千斤顶分阶段卸载 完善托架 既有吊车梁和待拆除柱下柱拆除 新吊车梁及其制动结构安装 检查验收
［1215］
。
托梁拔柱是增 大 空 间 的 常 用 改 造 方 法， 广泛适 在 我 国 发 展 已 有 50 多 年 历 用于工业和 民 用 建 筑， 史
［711］
。 因该方法对正常生产 、 生活影响小， 深受用
［1 5］
户欢迎 。 尽管如此， 系统完整的托梁拔柱改造设计 理论和 施 工 技 术 仍 未 形 成 实践
100013 ）
［摘要］ 伴随低碳理念， 我国建筑业发展正在步入低投入低消耗的现代化改造 、 维修 与 加 固 时 期 。 托 梁 拔 柱 作 为 一 种扩大柱间距较好的技改方法得到了广泛应用 。 由于改造过程的结构时变特性以 及 现 场 作 业 难 度 大 等 特 点 ， 导致 其高风险性 。 为此， 结合既有建筑托梁拔柱改造实践， 在系统探讨托梁拔柱改造施 工 工 艺 流 程 的 基 础 上 ， 基于现代 工程安全理论， 分析了既有结构承载能力降低风险 、 设计完整结构在施工过程呈现 的 阶 段 非 完 整 性 失 效 风 险 、 托梁 施工过程人身伤害风险以及托梁拔柱工程使用安全风险 。 综合 应 用 建 筑 防 倒 塌 设 计 方 法 和 建 拔柱施工质量风险 、 提出了既有建筑托梁拔柱改造的构造设计 、 极限状态设计 、 变形与刚度 控 制 和 结 构 布 置 防 倒 塌 设 计 原 筑加固技术， 则， 并建议了结构加固 、 托梁原位制作以及截柱卸载施工技术要点， 最后介绍了单层 工 业 厂 房 和 多 层 框 架 办 公 建 筑 托梁拔柱改造的实例 。 ［关键词］ 既有建筑； 改造； 托梁拔柱； 设计方法； 施工技术 ［中图分类号］ TU746. 3 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 10028498 （ 2011 ） 15005406
非完整托架顶升施工方法 既有结构检测鉴定 托梁拔柱施工图设计 现场准备 地基处理与基础加固 支撑托架的立柱加固 柱间与屋架支撑加固 托架安装就位固定（ 托架上下弦杆与待 抽柱上柱用安装螺栓临时固定） 顶升 、 卸载反力架制作 顶升 、 卸载设备安装（ 千斤顶就位） 千斤顶顶升待抽柱直至荷载转移 （ 立柱截断面应力为零） 分阶段截断 、 拆除待抽柱上柱 托架起拱顶升（ 千斤顶顶升到指定高度） 托架成型（ 焊接或高强螺栓连接固定） 与检查验收 千斤顶分阶段卸载 完善托架 既有吊车梁和待拆除柱下柱拆除 新吊车梁及其制动结构安装 检查验收
Design and Construction Control of Existing Building ’ s Reforming by Transfer Girder and Cut Column Method
Zhao Tingsheng 1 ，Ding Liping 1 ，Tang Jingjing 1 ，Xu Fuquan 2 ，Li Dongbin 2
wenku.baidu.com［7 11］
。 为 此， 本文结合单
层工业厂房和钢筋混凝土框架结构的托梁拔柱改造 ， 探讨托梁拔柱改造结构受力机理 、 防倒塌 设计以及施工技术 要 点， 以促进既有建筑托梁拔柱 改造安全 、 规范地实施 。 1 既有建筑托梁拔柱改造施工工艺 托梁拔柱是解决扩大柱距实现大空间的改造方 法 。 托梁拔柱改造 有 两 种 实 现 方 法： ① 拆 除 上 部 结 构（ 如单层工业建筑， 拆除 屋 盖 ） 或 者 支 顶 上 部 结 构 后， 使待拔柱荷载转移到临时支撑， 拔除柱后， 加固 、 制造托梁， 然后恢复 上 部 结 构 或 卸 载 实 现 荷 载 再 次 转移到托梁 的 方 法； ② 先 原 位 制 作 托 梁 （ 架 ） ， 通过 设计卸载机构将待拔柱上 荷 载 转 移 到 托 梁 （ 架 ） ， 后 拔除柱的方法
［7 11］
， 主要有如下几种 。
1 ） 既有结构承载能力降低风险 受既有建筑结 构 材 料 性 能 经 年 退 化 、 使用造成 的损伤以及施工质 量 偏 差， 使既有建筑结构的实际 承载能力可能低于先期的设计承载能力 。 既有结构承载 能 力 降 低 风 险 发 生 率 高， 后果非 常严重 。 其控制措施是必须在该建筑改造前进行全 面的可靠性检测评定 。 2 ） 设计 完 整 结 构 在 施 工 过 程 呈 现 的 阶 段 非 完 整性失效风险 但施工过程是分 设计蓝图是完 整 的 结 构 体 系， 步实施， 施工结构状 态 呈 现 结 构 形 式 随 时 间 逐 渐 变
（ 1. School of Civil Engineering and Mechanics ， Huazhong University of Science and Technology ， Wuhan ，Hubei 430074 ， China ； 2. China Academy of Building Research ，Beijing 100013 ， China ）
［16］
方法的施工工艺过程如表 1 所示 。 从表 1 可 以 看 出， 托梁拔柱施工的主要工艺特 点如下 。 1 ） 非完整托架顶 升 施 工 方 法， 经历两次安装托 两次顶升 作 业， 即 托 架 的 初 期 制 作 就 位， 仅 架过程 、 作临时固定， 两次 顶 升 完 成 后 最 终 安 装 就 位 。 两 次 顶升即待截柱荷载转移顶升和托架起拱屋面顶升 。 2 ） 完 整 托 架 顶 升 施 工 方 法， 经历一次安装成 型 。 一次顶升即待截柱荷载转移后顶升 。 3 ） 完整托架不顶 升 施 工 方 法， 托架一次安装成 不需要顶升 。 型， 2 托梁拔柱改造安全风险分析 根据工程实践， 结合托梁拔柱施工工艺过程， 采 用安全检查表与相 关 专 家 访 谈， 获得托梁拔柱改造 安全风险因素
引言 既有建筑物是依据当时所要求的功能与标准进
行建设的， 随着技术进步和人们生活水平的提高， 有 生活需求， 需要对其进行 些已不能满足人们的生产 、
2011 No． 346
赵挺生等： 既有建筑托梁拔柱改造设计与施工控制
55
改造， 以便增加楼 层 数， 增 大 平 面 或 竖 向 空 间， 或单 纯增加使用荷载 。 建筑改造应在充分评估既有建筑 通常包括对既有建筑 结构健康状况的基 础 上 实 施， 结构构件的损伤检测 、 结构可靠性和抗震性能鉴定 、 结构改造与加固设计以及施工技术等工作
。 按其施工方法的不同可分 为 有
千斤顶顶 升 的 托 梁 拔 柱 和 无 千 斤 顶 顶 升 的 托 梁 拔 柱 。 依据作者 近 年 来 完 成 的 9 项 托 梁 拔 柱 工 程 实 践， 参考国内外相关文献资料， 总结出常用托梁拔柱
表1 Table 1
施工工 艺过程 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
Abstract ： With the philosophy of low carbon for friendly environment and sustainable development ， construction industry is entering the period of rebuilding ，maintenance and strengthening． The transfer girder and cut column （ TGCC ） ，as a means of expanding the column space ，has been widely used in the reforming of existing buildings． Since the structures under reforming are time-dependent structures and construction work is of high difficulty． Consequently ， the reforming engineering project of existing building is of high risk． So based on the practice of TGCC reforming of existing buildings ，the general construction processes of TGCC are identified ， then its risky factors ， as resistance deterioration ， unintegrated structures ，construction quality ，injure and safety in service etc． ， are analyzed ， and their countermeasures are given． Applying resisting progressive collapse method and reinforcement technology ， anti-collapse design principles and construction techniques of existing building ’ s TGCC reforming ，are proposed in order to promoting safe and standardized implementation of the existing building reforming． Here the anti-collapse design principles include structural detail ，limit states ，deformation and stiffness control ，as well as structural arrangement ， and the construction techniques comprise about that of structural reinforcement ，transfer girder made in site ，cut column and unloading etc． In the end ，two examples are given． Key words ： existing building ； reforming ； transfer girder and cut column ； design method ； construction technology 0
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施 工 技 术 CONSTRUCTION TECHNOLOGY
2011 年 8 月上 第 40 卷 第 346 期
既有建筑托梁拔柱改造设计与施工控制
1 1 1 2 2 赵挺生 ， 丁丽萍 ， 唐菁菁 ，徐福泉 ， 李东彬
（ 1. 华中科技大学土木工程与力学学院， 湖北 武汉
430074 ； 2. 中国建筑科学研究院， 北京
3 种托梁拔柱方法施工工艺过程
Construction processes of three kinds of TGCC method
完整托架顶升施工方法 既有结构检测鉴定 托梁拔柱施工图设计 现场准备 地基处理与基础加固 支撑托架的立柱加固 柱间与屋架支撑加固 原位安装制作托架（ 焊接或高强螺 栓连接固定） 、 检查验收 顶升 、 卸载反力架制作 顶升 、 卸载设备安装（ 千斤顶就位） 千斤顶顶升待抽柱直至荷载转移 （ 立柱截断面应力为零） 分阶段截断 、 拆除待抽柱上柱 — — 千斤顶分阶段卸载 完善托架 既有吊车梁和待拆除柱下柱拆除 新吊车梁及其制动结构安装 检查验收 完整托架不顶升施工方法 既有结构检测鉴定 托梁拔柱施工图设计 现场准备 地基处理与基础加固 支撑托架的立柱加固 柱间与屋架支撑加固 原位安装制作托架（ 焊接或高 强螺栓连接固定） 、 检查验收 卸载反力架制作 卸载设备安装（ 千斤顶就位） — 分阶段截断 、 拆除待抽柱上柱 — — 千斤顶分阶段卸载 完善托架 既有吊车梁和待拆除柱下柱拆除 新吊车梁及其制动结构安装 检查验收
［1215］
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托梁拔柱是增 大 空 间 的 常 用 改 造 方 法， 广泛适 在 我 国 发 展 已 有 50 多 年 历 用于工业和 民 用 建 筑， 史
［711］
。 因该方法对正常生产 、 生活影响小， 深受用
［1 5］
户欢迎 。 尽管如此， 系统完整的托梁拔柱改造设计 理论和 施 工 技 术 仍 未 形 成 实践
100013 ）
［摘要］ 伴随低碳理念， 我国建筑业发展正在步入低投入低消耗的现代化改造 、 维修 与 加 固 时 期 。 托 梁 拔 柱 作 为 一 种扩大柱间距较好的技改方法得到了广泛应用 。 由于改造过程的结构时变特性以 及 现 场 作 业 难 度 大 等 特 点 ， 导致 其高风险性 。 为此， 结合既有建筑托梁拔柱改造实践， 在系统探讨托梁拔柱改造施 工 工 艺 流 程 的 基 础 上 ， 基于现代 工程安全理论， 分析了既有结构承载能力降低风险 、 设计完整结构在施工过程呈现 的 阶 段 非 完 整 性 失 效 风 险 、 托梁 施工过程人身伤害风险以及托梁拔柱工程使用安全风险 。 综合 应 用 建 筑 防 倒 塌 设 计 方 法 和 建 拔柱施工质量风险 、 提出了既有建筑托梁拔柱改造的构造设计 、 极限状态设计 、 变形与刚度 控 制 和 结 构 布 置 防 倒 塌 设 计 原 筑加固技术， 则， 并建议了结构加固 、 托梁原位制作以及截柱卸载施工技术要点， 最后介绍了单层 工 业 厂 房 和 多 层 框 架 办 公 建 筑 托梁拔柱改造的实例 。 ［关键词］ 既有建筑； 改造； 托梁拔柱； 设计方法； 施工技术 ［中图分类号］ TU746. 3 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 10028498 （ 2011 ） 15005406
非完整托架顶升施工方法 既有结构检测鉴定 托梁拔柱施工图设计 现场准备 地基处理与基础加固 支撑托架的立柱加固 柱间与屋架支撑加固 托架安装就位固定（ 托架上下弦杆与待 抽柱上柱用安装螺栓临时固定） 顶升 、 卸载反力架制作 顶升 、 卸载设备安装（ 千斤顶就位） 千斤顶顶升待抽柱直至荷载转移 （ 立柱截断面应力为零） 分阶段截断 、 拆除待抽柱上柱 托架起拱顶升（ 千斤顶顶升到指定高度） 托架成型（ 焊接或高强螺栓连接固定） 与检查验收 千斤顶分阶段卸载 完善托架 既有吊车梁和待拆除柱下柱拆除 新吊车梁及其制动结构安装 检查验收
Design and Construction Control of Existing Building ’ s Reforming by Transfer Girder and Cut Column Method
Zhao Tingsheng 1 ，Ding Liping 1 ，Tang Jingjing 1 ，Xu Fuquan 2 ，Li Dongbin 2
wenku.baidu.com［7 11］
。 为 此， 本文结合单
层工业厂房和钢筋混凝土框架结构的托梁拔柱改造 ， 探讨托梁拔柱改造结构受力机理 、 防倒塌 设计以及施工技术 要 点， 以促进既有建筑托梁拔柱 改造安全 、 规范地实施 。 1 既有建筑托梁拔柱改造施工工艺 托梁拔柱是解决扩大柱距实现大空间的改造方 法 。 托梁拔柱改造 有 两 种 实 现 方 法： ① 拆 除 上 部 结 构（ 如单层工业建筑， 拆除 屋 盖 ） 或 者 支 顶 上 部 结 构 后， 使待拔柱荷载转移到临时支撑， 拔除柱后， 加固 、 制造托梁， 然后恢复 上 部 结 构 或 卸 载 实 现 荷 载 再 次 转移到托梁 的 方 法； ② 先 原 位 制 作 托 梁 （ 架 ） ， 通过 设计卸载机构将待拔柱上 荷 载 转 移 到 托 梁 （ 架 ） ， 后 拔除柱的方法
［7 11］
， 主要有如下几种 。
1 ） 既有结构承载能力降低风险 受既有建筑结 构 材 料 性 能 经 年 退 化 、 使用造成 的损伤以及施工质 量 偏 差， 使既有建筑结构的实际 承载能力可能低于先期的设计承载能力 。 既有结构承载 能 力 降 低 风 险 发 生 率 高， 后果非 常严重 。 其控制措施是必须在该建筑改造前进行全 面的可靠性检测评定 。 2 ） 设计 完 整 结 构 在 施 工 过 程 呈 现 的 阶 段 非 完 整性失效风险 但施工过程是分 设计蓝图是完 整 的 结 构 体 系， 步实施， 施工结构状 态 呈 现 结 构 形 式 随 时 间 逐 渐 变
（ 1. School of Civil Engineering and Mechanics ， Huazhong University of Science and Technology ， Wuhan ，Hubei 430074 ， China ； 2. China Academy of Building Research ，Beijing 100013 ， China ）
［16］
方法的施工工艺过程如表 1 所示 。 从表 1 可 以 看 出， 托梁拔柱施工的主要工艺特 点如下 。 1 ） 非完整托架顶 升 施 工 方 法， 经历两次安装托 两次顶升 作 业， 即 托 架 的 初 期 制 作 就 位， 仅 架过程 、 作临时固定， 两次 顶 升 完 成 后 最 终 安 装 就 位 。 两 次 顶升即待截柱荷载转移顶升和托架起拱屋面顶升 。 2 ） 完 整 托 架 顶 升 施 工 方 法， 经历一次安装成 型 。 一次顶升即待截柱荷载转移后顶升 。 3 ） 完整托架不顶 升 施 工 方 法， 托架一次安装成 不需要顶升 。 型， 2 托梁拔柱改造安全风险分析 根据工程实践， 结合托梁拔柱施工工艺过程， 采 用安全检查表与相 关 专 家 访 谈， 获得托梁拔柱改造 安全风险因素