建筑物移位托換技術結構設計分析和應用

李海蓮

【摘 要】本文對房屋結構托換技術進行了分折探究，首先簡單分析了當前房屋結構托換技術的應用優勢，并詳細探討了房屋結構托換技術的設計應用，給出了結構托換技術的設計原則和技術措施，對于進一步提高房屋結構托換技術應用水平具有一定借鑒意義。

【關鍵詞】房屋；結構托換；設計

Buildings shift underpinning structural design analysis and application

Li Hai-lian

（Hebei Jin Ning Du Project Management Ltd Handan Hebei 056003）

【Abstract】In this paper， the housing structure underpinning technology for the sub-fold inquiry， first a simple analysis of the current housing structure underpinning technology advantage， and discussed in detail the housing structure underpinning the design of the application， given the structural design principles underpinning technology and technical measures to further improve the housing structure underpinning technology application level has a certain reference.

【Key words】Housing；Structure underpinning；Design

1. 建筑物整體移位的優勢

1.1 隨著城市現代化的發展，建筑物整體移位工程的數量和規模都在不斷增長。建筑物整體移位技術有著較高的社會效益和經濟效益，通過整體移位，不但可以滿足城市整體規劃和環境保護的需要，還可以節省大量的建設資金和搬遷安置費用、大幅地縮短建設工期、減少拆遷矛盾，并且能夠有效地保護具有重要文化價值的歷史建筑。

1.2 建筑物整體移位跟拆除重建相比，主要具有以下幾大優點：

（1）建筑物整體移位技術具有較高的社會效益和經濟效益：建筑物整體移位造價僅為拆除重建同類建筑物的30%～60%，施工工期僅為拆除重建的1/4～1/3[1]。

（2）采用建筑物整體移位技術對建設單位的正常工作和居民的正常生活影響小，施工期間二層以上的使用功能基本不受影響，由此產生的間接經濟效益非常顯著。

（3）建筑物整體移位可以減少大量建筑垃圾，避免對城市造成污染，對環境保護具有重大意義。

（4）對特別重要的歷史建筑進行移位保護，關系到人類社會物質文明的發展和人類文化遺產的綿延，具有重要意義。

2. 托換結構的設計原則

在建筑物整體移位過程中，托換結構不僅是移位過程中上部結構的基礎，而且是水平動力和豎向頂升力直接作用的結構，因此托換結構應能有效可靠地傳遞上部結構荷載、水平動力和豎向頂升力，它應滿足以下幾點要求[2]：

（1）與上部結構的原豎向受力構件（柱或墻）應有可靠的連接，保證上部結構荷載能有效地傳遞到托換結構上。

（2）在建筑物移位啟動前和正常行走過程中，能有效地傳遞水平牽引力和頂推力，盡量減小對上部結構產生的影響，并且必須保證對上部結構的影響在可以接受的范圍以內。

（3）具有足夠的強度，在僅有上部結構荷載作用時和上部結構荷載與水平動力或豎向頂升力共同作用時兩種情況下應保證托換結構自身不發生破壞。

（4）具有足夠的剛度，不能因為托換結構發生過大變形而導致上部結構產生過大的附加應力，造成上部結構的破壞或增大了移動阻力。

（5）具有足夠的穩定性。

3. 建筑物整體移位技術的基本內容

（1）建造建筑物新址處的新基礎及移位下軌道梁。

（2）在建筑物基礎頂面施工托換結構，一般在承重墻（柱）下或兩側澆筑混凝土托換結構，形成水平剛度很大的鋼筋混凝土托換底盤，同時作為移位時的上軌道。

（3）在建筑物托換結構與下軌道梁之間安裝行走機構。

（4）建筑物與原基礎分離，上部結構荷載轉移到托換結構上，上部結構與托換結構拭同形成一個可移動的整體結構。

（5）施加水平動力，將建筑物沿下軌道粱整體移到至指定位置。

（6）建筑物移到至指定位置后與新基礎進行可靠連接，晟后恢復室內外地面，并進行必要的裝修[3]。

4. 托換結構的形式

在建筑物整體移位工程中，結構托換是最為關鍵的技術之一，關系到工程的造價和安全。為保證托換結構（上軌道梁）具有足夠的整體性和穩定性，既能有效地傳遞各種荷載又能適應托換結構各節點可能產生的不同步位移，通常將托換結構縱橫向各構件彼此連接，形成一個沿水平方向剛度很大的類似桁架體系。

4.1 墻下托換結構設計。承重墻下一般均需設托換結構，沿建筑物移位方向的托換結構可兼作上軌道梁，墻下托換結構有單梁式和雙梁式兩種。

（1）單梁式托換節省材料，傳力途徑明確有效，計算簡單，但其施工難度大，需分段分批進行，不能一次性完成托換，即以梁逐步托換墻體，等上一段施工的鋼筋混凝土梁達到一定齡期后，才可以施工下一步，施工周期較長。雙梁式托換可以一次澆筑完成，相對于單梁式托換來說可以大大縮短施工工期，但其托換結構的受力較復雜。單梁式縱向托換結構（即行走方向，另一方向稱為橫向，下同）的計算，應該根據滾軸布置方案確定。當移位工程中滾軸采用滿布布置方案時，托換結構僅受到上部墻體和下部滾軸的壓力作用，理論上講，托換結構只要滿足滾軸部位的局部受壓即可。但在實際工程中，由于軌道不可能絕對平整，各個滾軸所受到的壓力也會不同，因此會在托換結構內引起拉彎等附加應力。考慮到施工的方便，當采用混凝土托換結構時，托換結構的截面寬度不宜小于墻寬+50mm，高度不宜小于300mm。當采用型鋼托換結構時，應確保托換結構底面連接焊縫的平整性，因為焊縫的不平整可能對托換結構造成不利影響。當墻下滾軸采用局部布置方案時，可按普通連續梁或連續墻梁（滿足墻梁條件）計算。中間連系梁的截面高度宜比布置滾軸的托換梁減小至少50mm。endprint

（2）在原結構墻體兩側設置的雙梁式托換結構，應每隔一段距離，在兩個托換結構之間設置連接鍵。托換結構的截面寬度不宜小于200mm，連接鍵的間距宜為1.2～2.0m。滾軸及頂升點一般布置在縱向托換結構連接鍵位置，所以縱向托換結構與橫向托換結構的受力方式和力學模型是不一樣的。雙梁式縱向托換結構下部受到滾軸或頂升點的反力作用，可近似地看作是集中力，內側受到墻體摩擦力作用，可近似地看作是均勻分布荷載，因此縱向托換結構可按在均布荷載和扭距共同作用下的連續梁進行計算。橫向托換結構內側受到墻體摩擦力和連接鍵傳來的集中力的作用，橫向托換結構的計算可按在集中力、均布荷載和扭距共同作用下的墻梁進行計算。

（3）根據文獻[4]，可以認為托換梁和連接鍵分別傳遞上部墻體荷載的比例為0.5：0.5。根據實際工程的具體情況，連接鍵可以近似按均布荷載作用下的簡支深梁進行計算，深梁的跨度取墻體兩側托換梁中心的距離。

4.2 柱下托換結構設計。柱下的托換方式有包裹式托換和單梁式兩種，滾軸或頂升點的布置方式分托換梁柱下布置和柱下不布置兩種。

（1）單梁式托換（即直接在柱下設置托換結構）荷載傳遞明確，但其施工難度和對上部結構破壞性較大，應用較少，只在特殊要求和上部荷載較小時采用。采用單梁式托換時，梁寬宜大于柱寬，梁內鋼筋不宜截斷。單梁式托換結構主要受到下部滾軸或頂升點的反力，以及建筑物移位過程中托換結構與滾軸之間的摩擦力。根據托換結構外伸長度與高度的比值，可按固定在柱上的倒置牛腿和倒懸臂梁進行內力和配筋計算。

（2）包裹式托換（在柱的四邊均設置托換結構）將建筑物移位方向外包梁適當延長，通過托換結構與柱表面的摩擦將柱上荷載傳遞到托換梁結構上。該托換方式主要通過托換結構與柱側面的摩擦來傳遞上部結構荷載，為了確保荷載能夠有效傳遞并且不發生沖切破壞，柱與托換結構接觸面應徹底鑿毛，并用插筋連接框架柱與托換結構。托換結構外伸部分主要受到下部滾軸或千斤頂向上的支撐力和移位時與滾軸之間的摩擦力，根據托換結構外伸長度與高度的比值，托換結構外伸部分可按固定在柱上的倒置牛腿和倒懸臂梁進行內力和配筋計算：包柱部分主要受到接觸面摩擦力的作用，根據具體工程受力狀況和截面特征，可近似按均布荷載作用下的簡支深梁計算，深梁的跨度取柱兩側托換結構中心的距離[5]。

（3）考慮到移位過程中軌道的平整度，對托換結構進行設計時，柱下荷載應乘以1.5～2.0的放大系數。對于滾動式、滑動式移位和建筑物頂升，托換結構混凝土應滿足局部抗壓的要求。工程中通常在托換結構與滾軸或滑塊問設置鋼板或槽鋼，來提高托換結構的局部抗壓能力，并可防止建筑物移位過程中托換結構的碾壓破壞。對于包裹式托換節點，目前還沒有形成統一的設計方法，但已經有文獻對此做了試驗研究和理論分析，在此不再贅述[6]。

5. 建筑物整體托換結構設計存在的主要問題

（1）對移位過程中建筑物受力狀態的研究應進一步加強，包括對牽引力直接作用的托換結構的受力性能分析及其對上部結構的影響等，應通過計算機建立實體模型分不同工況模擬移位過程，從而達到優化工程設計的目的。

（2）托換結構直接影響整個移位工程的安全、質量和造價，目前托換結構技術尚不成熟，構造還不盡合理，因此針對建筑物移位工程的托換技術有待繼續研究，提出可靠的托換結構設計方法。

（3）磚混結構建筑物的水平牽引力由被托換墻體承擔一部分，托換結構承擔較少，但兩者的分配比例尚需進一步做定量研究分析。

（4）對于托換結構的受力性能研究較少，尤其是其水平方向的受力性能，包括托換結構自身的受力及對其變形對上部結構的影響等，目前還處在剛剛起步階段，應通過大量工程實踐統計分析、試驗研究和理論分析，提出一個能普遍應用的公式來確定其對上部結構的影響程度。

（5）整體移位工程中的移位軌道一般都是臨時性結構，但其工期和造價卻在整個工程中占相當大的比重，因此研制可重復利用的移位軌道是急需解決的問題，尤其是對移位距離較長的工程。

（6）就位連接方法及構造尚不合理，比如建筑物與新基礎通過焊接連接后其安全性和抗震性有待評估。近年來在一些工程中應用的采用隔震技術對其進行連接是移位技術發展的一大進步，該技術還需要加以推廣。

（7）建筑物移位過程中各控制參數、監測參數十分重要，但目前工程中參數的控制大多依靠經驗或參照相類似規范，因此還需規范和完善移位過程中各相關控制參數，以確保移位工程的安全。

（8）建筑物移位前期的可行性評估及就位連接后建筑物的安全性、適用性和耐久性評估機制還需完善。

（9）對整體移位技術的理論研究需要進一步深入，應形成成熟的設計和施工規范和規程，使該技術的設計和施工有相關規范和規程予以指導，更具有合理性和科學性。

參考文獻

[1] 張鑫.建筑物平移與糾傾技術[M].北京：中國水利水電出版社，2008.

[2] 吳二軍，李愛群.型鋼對拉螺栓柱托換節點抗剪性能試驗研究[J].東南大學學報，2003，33（5）：631～634.

[3] I amar Kay，Pan Deitz and Stan Barber.Photo from Southcombe'S Collection，New Plymouth，New Zealand[J].The Structural Mover，1999，1 7（1）：40.

[4] 王恒.托換梁剪跨比對柱托換節點受力性能影響的試驗研究[J].濟南：山東建筑大學，2010.

[5] 郭彤.結構托換技術及其在房屋平移工程中的應用[J].南京：東南大學，2005.

[6] 司道林.托換梁縱筋配筋對柱托換節點受力性能影響的試驗研究[J].濟南：山東建筑大學，2010.endprint