临沂市国家安全局8层办公楼整体平移设计

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工业建筑 2002 年第 32 卷第 7 期
的牛腿设计上轨道梁既合理又经济, 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, ຫໍສະໝຸດ Baidu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, 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, 便在变截面处设置了 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。( 2) 根据框架柱内力大小的不同, 分别对上轨 道梁进行抗剪强度和抗弯强度计算。( 3) 柱内纵筋 在上轨道梁中的锚固长度, 这一问题在有些平移工 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, 因为在楼房平移过程中, 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是否满足柱内纵 筋的锚固长度无关紧要, 只要平移到位后柱子与新 基础有可靠的连接就行了。( 4) 牵引力或平移过程 中的摩擦力对上轨道梁受力的不利影响( 图 5b) 。
图 1 建筑物立面 Industrial Construction 2002, Vol 32, No 7
* 山东省科技攻关项目( 003150108) 。 第一作者: 贾留东 男 1964 年 1 月出生 高级实验师 收稿日期: 2002- 02- 26
工业建筑 2002 年第 32 卷第 7 期 7
图 4 下轨道布置 1- 建筑物原位置; 2- 建筑物新位置; 3- 顶升换向位置; 4- 纵向移动; 5- 横向移动; 6- 槽钢[ 32a; 7- 8@ 200; 8- 3 - 20;
9- 8@ 400; 10- 2 - 12; 11- 8@ 250
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图 5 上轨道梁计算模型 ( a) - 按弹性地基梁计算; ( b) - 控制倒置牛腿计算 1- 上轨道梁; 2- 下轨道梁; 3- 滚轴; 4- 框架柱;
关键词: 建筑物 平移 轨道梁 牵引装置 顶升
MONOLITHIC MOVING DESIGN FOR EIGHT STORY BUILDING OF LINYI NATIONAL SAFETY BUREAU
Jia Liudong Zhang Xin Sun Jianping Xu Xiangdong ( Research Institut e of Engineering Assessment and Repair of Shandong Archit ecture and Engineering Inst itute Jinan 250014)
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。
临沂市国家安全局 8 层办公楼整体平移设计*
贾留东 张 鑫 孙剑平 徐向东
( 山东建筑工程学院 工程鉴定加固研究所 济南 250014)
摘 要: 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, 顶升改变平移方向以及楼房与新基础的连接等。
外) , 如图 2 所示, 由于受周围场地限制, 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 9 层楼房模 型平移、顶升试验的基础上[ 2] , 提出了设计方案。
基础进行合理设计。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 详细分
析[ 3] 。分析结果表明, 轴向力最大的柱子 N = 5 300 kN, M= 87 kN m, 建筑物总重 W = 52 243 kN, 平面 重心位置如图 3 所示。
图 2 平移过程总平面示意 1- 建筑物原位置; 2- 建筑物新位置; 3- 顶升换向位置;
4- 移动方向; 5- 银雀山路; 6- 沂蒙路
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
Abstract : Building monolithic moving design is introduced. The cont ents are structure inner force analysis, design of track upper beam and track under beam, design of moving and jacking device, moving direct ion change by underpinning, and connect ion of building and the new foundation etc. Keywords : buildings monolit hic moving track beam jacking device underpinning
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擦力和上下轨道 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, 其截面设计主要考虑以下几个方面的因素: ( 1) 上轨 道梁的计算模型, 应力求受力明确、计算简单。可以 按放置在下轨道梁上的弹性地基梁 ( 图 5a) 或者按 倒置的牛腿进行受力计算( 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 1m ! 7 2m, 柱子的最大轴
5- 联系梁; 6- 移动方向
力 N = 5 300kN, 若按弹性地基梁来设计上轨道梁, 其截面高度至少要 1 800mm 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
临沂市国家安全局 8 层办公楼整体平移 设计 ,, , 贾留东, 等
图 6 上轨道梁与斜梁形成桁架
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 90#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: ( 1) 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 个千斤顶, 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, 使楼房处于一种相对 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。( 2) 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相对沉降差为 0 002 1, 当柱距 为 7 200mm 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 1 次顶升 & 、∋ 两个轴 线, 第 2 次顶升 2 3 、(、) 三个轴线, 第 3 次顶升 ∗ 、 +两个轴线, 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
图 3 底层组合内力 * - 合力点位置; N 、N n 单位为 kN; M x 、My 单位为 kN m
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 2 200 kN m2 以上, 由于平移场地范 围内岩石的埋深在- 3 5~ - 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 2 200mm, 底板厚度为 400mm, 针对岩石的不 同埋深, 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( 见图 4) 。
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2 000kN、1 000kN 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, 顶升中未发现上部结构异 常, 证明这种局部顶升方案是安全可行的。
上轨道梁与柱子连接时, 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
面上植两排 - 12 连接钢 筋, 间距为 200mm, 以加强 新旧混凝土的结合。
1 工程概况 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 3 500m2, 总重 52 243kN, 总高 34 5m, 楼顶有一 35 5m 高的通讯塔 ( 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
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