资讯详情

建筑物整体移位技术

2016-10-13 16:50:47 2214阅读

  建筑整体平移技术在国内外的发展
  建筑物的整体移位是指在保持房屋整体性和可用性不变的前提下将其从原址移到新址,它包括纵横向移动、转向或者移动加转向、旋转移位等。建筑物的整体移位,是一项技术要求较高,具有一定风险性的工程,要求通过移位和转动,不仅使移位后的建筑物能满足规划,市政方面的要求或文保要求,而且还不要对建筑物的结构造成损坏,应当尽量给予补强和加固,同时要降低工程造价。张鑫、贾留东、魏焕卫等在《建筑物平移与纠倾技术》[11]中介绍了相关研究成果和工程实例。
  建筑的整体移位技术在国外应用的较早,尤其在欧美国家应用较多,他们对于有继续使用价值或有文物价值的建筑物都很珍爱,不惜重金运用整体移位技术将其转移到合适位置予以重新利用和保护。
  世界上较早建筑整体迁移工程是位于新西兰新普利茅斯市的一所一层农宅,使用蒸汽机车作为牵引装置。现代整体移位技术应始于20世纪初。
  1901年美国依阿华大学科学馆移位工程有较详细的技术记录,由于校园扩建,将重约60000kN三层高的科学馆进行了整体移位,而且在移动的过程中,为了绕过另一栋楼,采用了转向技术,将其旋转了45o,这座楼至今仍在使用,已经过了百余年的考验。
  在以后100多年的时间里,许多国家都有过移位工程的实例。
  1983年英国兰开夏郡Warrington市一座历史悠久的学校建筑进行了整体移位,建筑物托换顶起时使用了专用的托换装置,并用环氧树脂技术对建筑物进行了加固,在建筑物基础下建一个钢筋混凝土水平框架,在该框架下建造另一个框架与片筏基础连为整体用卷扬机和钢丝绳做牵引装置,其采用的牵引装置和移位方法与国内的许多整体移位工程相似。这所学校重约8000kN,为砖石结构,由于道路拓宽不得不将该具有历史纪念意义的建筑纵向移位15m,建筑物托换顶起时使用了专用的托换装置[16]。
  1998年,美国的一所豪华别墅,建筑面积约1100m2,从波卡罗顿长途跋涉100多英里到皮斯城,建筑物进行顶升托换时用了64个150kN千斤顶,这座移位工程的特殊之处在于这座别墅行进中必须要经过一条运河,在这一段路程上采用一艘特殊的船体作为运输工具,通过调节船中的水量来保证该建筑物从陆地到船上和从船上到陆地的平稳性。
  1999年6月位于美国卡罗莱纳州Hatteras角海岸的一座灯塔为了免于不断的海岸侵蚀,当局决定将其移至1600英尺外的地方。为了将该灯塔顶起,采用了世界上最大的液压顶升系统,由100个千斤顶将其顶高1.52m,为了保证此高耸结构的稳定性和承力系统的可靠性,采用扩大钢梁作为底盘。
  建筑物整体移位技术在发达国家已发展到相当高的水平,早期的移位工程使用千斤顶(螺旋、液压)牵引较多,有的工程也用卷扬机做牵引设备,在河道和海上使用船的工程也有若干例,目前使用最多的一种移动设备是多轮平板拖车,一般由汽车或挖掘机等做牵引,最新又出现了一种自身可提供动力的多轮平板拖车,并在多个工程中应用取得了理想的效果。国外对建筑物移位时一般将其顶起进行托换,然后置入移位设备,托换时放入纵横向钢梁或木梁,对一些受力复杂的结构使用了专用的托换装置,并获得了专利。
  我国应用整体迁移技术的首例是在1992年重庆地区某四层砖混结构(建筑面积约2000m2)平移了8m,而且,平移后还水平转动了约10o。1992年8月中国统配煤气总公司第12工程处在山西常村煤矿成功将高65m,重6200kN,巨型井塔平移75m,这是文献记载上我国移动的最大的一个构筑物。1992年11月,我国移动了第一个规模比较大的框架结构工程,晋江市糖业烟酒公司综合办公楼,为五层框架结构,建筑面积1700m2,平移7m。从1995年到1998年之间陆续平移了几个比较大的工程例如:河南省孟州市市政府办公大楼平移、河南省许昌市公路总段办公楼平移、济南市某建筑组团整体平移工程、广东省阳春市阳春大酒店平移、福建省莆田市某小学教学楼平移。2000年临沂市某机关八层办公大楼移位171.4m,先向西移96.9m,然后换向向南平移74.5m,采用了许多成功的施工技术,对平移工程很有借鉴作用。2002年上海音乐厅的移位,使得70多年的老房屋焕发了青春。2006年,山东省莱芜市开发区管委会办公楼,15层,建筑面积24000m2,重量35000t,平移72m。该工程创造了多项世界之最。2007年山东丰大银行(老银号)古建筑保护平移中采用了隔振措施。
  建筑物整体移位技术包括的基本内容
  1)建造建筑物规划新址的基础及移位轨道。
  2)对原建筑物在其基础顶面进行托换改造,在承重墙(柱)下面或两侧浇注混凝土上托梁,形成钢筋混凝土托换底盘,既加强上部结构,又作为移动时的上轨道。
  3)在建筑物原基础上和沿途基础上铺设钢垫板。
  4)在钢板上设置支座。
  5)将建筑物与原基础分离,分离后的建筑物底盘放置于滚动支座上。
  6)施加牵引力,将分离后的建筑物沿所设轨道整体移位至指定位置。
  7)将整体移位后的建筑物承重墙(柱)与新建基础进行可靠连接,并进行必要的加固处理。
  8)最后恢复室内外地面,并进行一定的装修。
  建筑物整体移位的主要关键技术
  牵引力与建筑物重量的关系
  实验室内完成了一个九层楼房的滚动移位模型试验,牵引力与建筑物重量的比值随所采用的滚轴直径的增大而减小,其范围在1/64―1/34之间;实际工程中监测得到的比值则明显大于试验数据,其范围在1/24―1/11之间。采用聚四氟乙烯滑块的牵引力与建筑物重量的比值(滑动摩擦系数)约为
  0.1。
  柱托换节点的受力特点及设计方法
  根据实验结果和十几栋框架结构建筑物的移位实践,得出在行走梁跨高比不超过1.0的情况下,托换节点行走梁的承载力可按下式计算:
  Vu=0.42fbht0+cρfyvρsvbh0(4)
  式中:c为系数,纵筋采用HRB335、HRB400时,取66,纵筋采用HPRB235时,取45;ft/(N/mm2)
  为混凝土轴心抗拉强度设计值;fyv/(N/mm2)为箍
  A
  筋抗拉强度设计值;ρsv为配箍率ρsv=sv;bs
  Asv/mm2为配置在同一截面内箍筋各肢的全部截面面积;s/mm为沿构件长度方向箍筋的间距;b/mmA
  度;ρ为纵向受拉钢筋的配筋率ρ=s,大于bh0
  1.5%时,取1.5%。;As/mm2为纵向受拉钢筋的截面面积。
  根据实验过程中混凝土与纵筋、箍筋的应力变化及构件的裂缝开裂和破坏形式,可确定托换节点空间受力模型。
  过数十年的发展,建筑结构检测、鉴定、加固及改造技术均取得了十分显著的进展,但仍有许多问题亟待解决。
  (1)检测技术。
  各种结构材料强度的无损检测技术,譬如超声检测技术、红外成像检测技术将是发展的方向。砌体结构因组成成分、砌筑质量的离散性等,目前的检测手段尚需改进。钢结构焊缝新型探伤技术、钢材在负荷条件下测定力学性能的技术、地下连续墙无损检测、砌体非破损测强、测定材料腐蚀程度新技术等需进一步研究。(2)可靠性鉴定。
  随着《建筑结构可靠度设计统一标准》GB50068-
  2001[17]的发布施行,将结构可靠度定义为:“结构在规定的时间内,在规定的条件下,完成预定功能的概率”,这是结构设计的一个重要演进,使长期沿用的定值概念,转变为非定值概念,这也必将对已有建筑物可靠性鉴定与加固设计的基础理论产生深远的影响。《工程结构可靠性设计统一标准》GB50153-2008[18]中已经将既有结构的可靠性评定列为附录G,这里还有大量的课题希望从事建筑物鉴定与加固工作的广大科技人员和工程技术人员共同去开发、共同去解决。
  现行各种材料的结构设计规范都采用“校准法”来选择结构的目标可靠指标,这实际上继承了我国过去规范内涵的建筑结构可靠度水准,其实用性,从总体上说是可以接受的,但所对应的结构失效概率还只是一种运算值。
  对已有建筑物的鉴定,用什么样方法确定其可靠指标,又如何确定各级建筑物的目标可靠指标,它与设计的目标可靠指标,究竟有怎样的内在关系,用什么样的数学模型进行表达尤其怎样表达与使用时间和使用史的函数关系,现在的研究还是非常初级的。
  结构的设计基准期与结构的寿命有一定的联系,但并非一回事,决不能将两者简单等同起来,因为并不是结构的使用年限一超过其设计基准期便将失效,而仅仅是它的失效概率逐渐增大。进行建筑物鉴定时,要求回答的是,这座建筑物还能使用多久?因此,设计基准期与建筑物寿命的联系还需进一步研究。
  对建筑物鉴定来说,体系可靠度是至关重要的,因为仅仅要求对构件进行评价是极少数的,往往需要对建筑物的一个子系统或整体系统进行评价才能下结论。
  3)加固设计计算理论和实用加固技术的研究。
  目前,结构加固设计计算方法较为混乱,不少设计人员沿用新设计的结构概念来处理,而忽视了已有结构加固的特点,如加固结构属二次受力结构,新旧结构两部分存在应变滞后和应力超前问题,新加部分的潜力一般不能得到充分发挥。
  同时,应继续加强加固计算、绘图实用软件的研究,减少加固设计的简单工作量,使加固设计人员把主要精力从简单重复的工作中解放出来。
  碳纤维加固方法、耐久性加固方法、地基加固方法、边坡加固方法、裂缝加固修补方法、抗震加固方法(减震隔震)、聚合物砂浆加固法等需进一步深入研究。
  4)改造技术研究。
  建筑物增层、改扩建、抽柱托换、砌体结构承重墙托换等方面的技术改造以及建筑物整体移位、纠倾技术,虽已进行长期的研究,亦完成大量的工程,但缺乏系统的研究,应对改建、扩建工程的合理结构体系和结构方案进行更深入的研究。