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多层组合结构建筑的整体平移旋转技术 陈瑜徐福泉 （中国建筑科学研究院北京 “ “ “ ） ［提要］ 建筑的整体平移旋转技术为未来的城市规划改造开辟了一个新途径。通过工程实例阐述多层组合 结构 （框架结构和砌体结构组合） 建筑的整体平移旋转新技术。 ［关键词］ 组合结构整体平移旋转规划改造 * 0 5 5 . 6 , 2 . - 3 0 4 . - 0 2 /. 2 - - 0 2 - 1 * 0 8 9 7 2 .’ * 2 6 , 9 0 6 / 0 42 73 9 6 - 0 - 2 . 1 2 3 5 2 0 - - . 9 1 - 9 . （7 . 3 /3 2 . ） , 4 0 . 0 4 “年代初的北京市物资局明光村老 干部活动中心 （位于北京市西直门外北大街） 是一栋由 框架结构 （南半侧） 和砌体结构 （北半侧） 组成的组合结 构建筑， 建筑的两种主体结构间留有沉降缝， 地下 层， 地上层， 建筑面积约“ “ “ 3 ， 平面如图所示。 因该建筑虽使用期很短， 但位于新建高层住宅的规划 区域内， 故需拆除重建。经分析， 如将此建筑拆除后再 重建， 其重建后的同样建筑实际发生工程费用为建两 栋和拆一栋同样建筑的工程费用总和， 增加工程费用 为原建筑工程费用的 “， 且需要较长的工程规划、 设计、 施工周期， 同时在一定时间内还会对周边环境造 成污染。而将建筑整体平移 并按规定朝向旋转就位的费 用仅 为 该 建 筑 工 程 造 价 的 “， 旋转和平移的全部施 工工期为两个月。因此， 最 终将拆迁方案改为平移旋转 方案。 工程于 “ “ “年月初 开始 设 计 准 备， “ “ “年 月底顺利竣工。工程使该建 筑的两种结构主体并带有地 下室整体向南移动 “ A 3， 向西旋转B C， 最终坐落于新 建的基础上。在工程施工过程中， 建筑内的执班工作 人员照常工作， 建筑就位后， 建筑内各构件包括玻璃幕 墙无一损坏。工程竣工至今， 被平移和旋转的建筑未 发生任何异常， 该建筑整体旋转和平移工程成为国内 多层组合结构建筑整体旋转和平移的典型工程。 三、 设计要点 建筑整体平移旋转设计一般包括 建筑新基础设 计、 建筑迁移轨道设计、 建筑牵引框架设计和牵引系统 设计。 建筑新基础设计 建筑新基础设计时应综合考虑三种因素 其一是 根据地质情况和建筑的主体结构形式设计出相应的建 筑新基础， 方法同一般建筑设计中的基础设计； 其二可 以根据建筑的扩建改建方案进行扩改基础设计， 如增 加地下室、 为增加楼层而增大基础等； 其三应考虑建筑 迁移到位后新基础与原建筑的可靠连接， 包括抗滑移 和抗水平力作用的连接构造。通常情况下， 新基础顶 面应大于建筑底切割面， 且新基础顶面应预留连接构 造钢筋。 建筑迁移轨道设计 建筑迁移轨道设计的关键问题在于 轨道地基持 力层应具有足够的承载能力； 轨道应具有足够的强度 和刚度； 轨道表面应充分平整； 当建筑需要旋转时迁移 轨道走向应按建筑旋转轨迹设置。 建筑的原有地基经过多年的压实通常不会再产生 压缩变形， 而轨道地基在建筑迁移过程中必然会产生 压缩变形， 如果其压缩变形量较大就会造成原地基与 轨道地基的较大沉降差， 当建筑部分从原基础迁移至 轨道上时， 这个较大的地基沉降差便会使建筑倾斜， 引 起主体结构产生裂缝， 以致影响到建筑的安全迁移。 A 第 卷 第 期建筑结构 “ “ 年 月 根据实测， 本工程建筑在从原基础迁移至轨道上的过 程中最大地基沉降差为 ““， 此时建筑顶部相对于底 部的水平位移变形差为 ““， 经检验建筑主体各部分 尚未产生裂缝， 当建筑全部迁移至轨道上时建筑顶部 相对于底部的水平位移变形差小于 ““。 轨道的强度和刚度以及轨道表面的平整度直接关 系到建筑的迁移过程和迁移摩擦阻力。轨道强度或刚 度不足会导致建筑迁移中的轨道断裂或变形， 其后果 轻者使建筑主体结构损坏， 重者使建筑发生破坏， 因 此， 轨道的强度和刚度应按国家现行有关规范进行计 算分析验算。轨道表面的平整度应控制在 ““以 内， 且不能存有陡坑。 当建筑需要在迁移过程中旋转某一角度时， 迁移 轨道必须按设计的转动轨迹走向设置并加大轨道宽 度， 一般其宽度应为普通迁移轨道宽度的倍以上。 ’ 建筑牵引框架设计 建筑的牵引框架是指设置在建筑底部供牵引装置 托带和加固建筑底部切割面的水平刚性框架底盘， 由 作用于牵引轨道上方的牵引框架主梁和各主梁间的连 接拉压杆件组成几何不变框架体系。牵引框架主梁应 承担上部建筑传递的竖向重力荷载和牵引过程中的轴 向拉力。各牵引框架主梁间的连接拉压杆如同桁架的 腹杆， 迁移过程中部分受拉而另一部分受压， 当建筑整 体旋转时， 用于迁移的受拉连接杆可能变成压杆， 而原 来受压的连接杆也可能变成拉杆。 北京市物资局明光村老干部活动中心的建筑牵引 框架共由条主梁和若干垂直于主梁的拉压杆及斜支 撑拉压杆组成， 在牵引平面内形成了水平刚性框架底 盘。建筑的竖向重力荷载总计约’ ** * * ,， 沿各承重 结构构件分配并传递到水平牵引框架主梁上， 形成作 用于水平牵引框架平面外的荷载。经计算， 牵引起动 力约为重力荷载的* -倍即- * * ,。该作用力对 水平牵引框架形成了平面内荷载。因此， 进行水平牵 引框架的截面和配筋设计时应按平面内和平面外同时 作用荷载进行分析计算， 并应综合考虑荷载动力系数 和对建筑底部切割面的加固作用。 在进行水平牵引框架设计时， 必须同时根据建筑 不同结构形式的特点对建筑底部切割面进行不同的加 固处理。一般情况下， 对于砌体结构建筑可采用在各 墙体两侧设置框架梁并以拉接短肩梁连接的方法， 如 图所示。对于钢筋混凝土框架结构建筑可采用独立 框架梁并通过柱帽连接框架柱的方法， 如图’所示。 本工程为砌体结构和框架结构组成的组合结构建筑， 且迁移过程需进行建筑旋转， 故同时采用了以上两种 方法对建筑底部切割面进行加固， 形成水平牵引框架 的基本构造。除计算配筋外， 为增强各牵引框架主梁 的整体性， 在各主梁内配置了一定数量的预应力筋， 通 过施加预应力使各框架主梁具有较强的抗拉强度。 牵引系统设计 建筑整体平移旋转可采用推动或拖带的方法， 推 动方法适用于建筑整体行程短和小角度平移旋转， 拖 带方法适用于建筑整体行程长和大角度平移旋转。建 筑整体平移旋转的牵引系统通常由反力装置、 动力设 备、 牵引杆 （索） 、 滑动轨道、 滚轴组成。 图砌体结构切割面加固图’框架结构切割面加固 反力装置设计时， 其所承担的荷载作用可按建筑 竖向重力荷载作用的’ *.取用， 即起动牵引力的 * 倍。这是考虑到牵引过程中建筑底面及迁移轨道的不 平整度、 滑动轨道的摩擦阻力、 滚轴受压变形等因素影 响后而取用的可能出现的反力值。当建筑的整体平移 旋转采用拖带方法时， 反力装置通常用钢筋混凝土牛 腿设置在迁移轨道的顶端， 也可用钢管混凝土短柱灵 活设置。当建筑的整体平移旋转采用推动方法时， 反 力装置一般只能用钢管混凝土短柱随推动过程设置。 动力设备可取用液压千斤顶、 手动千斤顶、 卷扬 机， 这些设备各有优缺点， 牵引系统设计时应根据不同 建筑的现场条件和牵引行程及牵引方法、 牵引力确定。 牵引杆 （索） 是在采用拖带方法使建筑整体平移旋 转时取用的设备。牵引杆可取用高强度、 大直径的精 轧螺旋钢筋， 由于其刚性较大且沿杆身布满螺扣， 故具 有可随时控制建筑移动位置、 避免建筑在迁移过程中 惯性滑移的优点， 缺点是造价高且回收率低。牵引索 可采用钢缆或钢绞线， 其优点是施工简便、 回收率高、 可重复使用， 因此造价相对较低， 缺点是不易控制建筑 在迁移过程中的惯性滑移。 滑动轨道是铺设于迁移轨道上便于建筑移动的轨 道， 可以说迁移轨道相当于铁路上的基石和枕木， 滑动 轨道相当于铁路上的路轨。当建筑整体平移为直线行 程时， 滑动过程可不用滚轴而滑动轨道可取用钢轨 （铁 路上用的钢轨） 。当建筑整体平移时， 滑动过程必须采 用滚轴而滑动轨道则应取用钢板， 各块钢板应在侧面 （下转第 页） 改造加固后的苇沟桥如图所示。 六、 静载试验结果 为了检验该桥在改造加固后的性能， 对改造加固 后的苇沟桥进行了静载试验。结果表明， 改造加固效 果十分明显， 在模拟汽“ 荷载作用下， 实测挠度如表 所示， 为了对比， 把挠度计算值也列于表中。可以 看出， 在汽“ 荷载作用下， 吊梁跨中和主梁跨中的实 测挠度分别为跨度的／’ 和／* *， 完全满足现 图改造加固后的苇沟桥 挠度计算与试验结果的对比 （）表 位置吊梁跨中主梁悬臂端主梁跨中 理论计算值 , , ’ * , - ’ 试验测量值 , , ’ - , * 行规范要求， 并且实测挠度均小于计算挠度， 说明改造 加固后的苇沟桥仍具有较大的刚度和强度储备， 改造 加固和承载提级是成功的。 七、 结语 苇沟桥的改造加固实践证明， 利用钢“混凝土组 合结构技术对桥梁结构进行改造加固是成功的， 技术 经济效益和社会效益非常显著， 符合我国基本建设的 国情， 对经济发展具有积极意义， 值得推广。 参考文献 ,聂建国， 袁彦声.钢“混凝土叠合板组合梁及其应用.建筑结构， ， （*）. ,聂建国， 沈聚敏等.滑移效应对钢“混凝土组合梁弯曲强度的影 响及计算.土木工程学报， -，’ （）. ’ ,聂建国， 沈聚敏， 袁彦声.钢“混凝土简支组合梁变形计算的一般 公式.工程力学， ， （）. ,聂建国， 余志武.钢“混凝土组合梁在我国的研究及应用.土木工 程学报， ，’ （）. ,聂建国， 沈聚敏等.钢“混凝土组合梁中剪力连接件的实际承载 力研究.建筑结构学报， ， - （）. ,聂建国， 崔玉萍.钢“混凝土组合梁在单调静载作用下的延性.建 筑结构学报， *， （）. - ,聂建国， 王洪全.钢“混凝土组合梁纵向抗剪的试验研究.建筑结 构学报， -， * （）. * ,王寒冰.苇沟桥加固改造设计.学士学位论文， 清华大学， . （上接第 页） 焊接连接， 钢板的宽度与迁移轨道宽度相同。 滚轴是建筑平移旋转的主要部件， 尤其是在必须 使建筑旋转方向时， 滚轴搁置方向需随建筑旋转轨迹 及时调整， 以便最终能够使建筑准确定位。滚轴可取 用实芯钢柱或钢管混凝土短柱。实芯钢柱一次性投资 较高， 但可以重复使用， 因此相对造价偏低， 其要求迁 移轨道必须充分平整。钢管混凝土短柱一次性投资较 低， 但大部分不能重复使用， 因此相对造价偏高， 这种 滚轴对迁移轨道的平整度要求相对较低。 四、 过程控制 建筑整体的平移旋转较直行程迁移技术难度高、 风险大， 因此施工过程需进行多点监控。对于一般建 筑整体的直行程迁移可仅进行距离和沉降监控。当建 筑整体旋转和迁移时， 则需进行距离、 沉降、 倾斜度、 建 筑顶部与底部相对位移变形的监控。北京市物资局明 光村老干部活动中心的建筑整体旋转迁移过程采用了 激光测距仪、 激光扫平移、 全站仪、 倾角仪及经纬仪对 建筑的平衡移动距离、 进入迁移轨道后的沉降、 旋转和 迁移过程的倾斜度及顶部与底部的相对位移变形进行 了全过程监控。 五、 工程实例中主要技术措施小结 北京市物资局明光村老干部活动中心的建筑整体 平移旋转工程是将一栋由两种结构形式组成的带有地 下室的多层组合结构建筑整体迁移， 其技术难度较大， 而在迁移过程中使建筑整体逐渐旋转方向就位在国内 尚属首例。 在实施该工程的设计与施工中主要采取的技术措 施为 ） 建立建筑新基础并采用刚性迁移轨道与原基 础相连接； ） 用现浇后张无粘结预应力混凝土水平框 架梁加固建筑切割面， 以使两种结构底部形成水平刚 性牵引框架底盘； ’） 用原位托换的方法在水平刚性牵 引框架底盘下安装滑动轨道和滚动装置并切断上部建 筑与基础的联系， 使建筑自重安全转移到滚动装置和 滑动轨道上； ） 用液压牵引系统拖带建筑整体平移、 旋 转； ） 为准确实现建筑整体平移与旋转过程， 预先用计 算机对建筑运动轨迹进行分析确定； ） 为实现精确的 过程监控， 采用了目前较先进的测量设备分别进行了 多点的建筑平衡移动距离、 进入迁移轨道后的沉降、 平 移和旋转过程的倾斜度、 顶部与底部相对位移变形的 监测。