關(guān)于建筑結(jié)構(gòu)移動系統(tǒng)的討論

關(guān)于建筑結(jié)構(gòu)移動系統(tǒng)的討論

自20世紀(jì)80年代末以來，中國成功地建造了數(shù)十座房屋的全球轉(zhuǎn)移。樓房整體移位的步驟如下:選定樓房上部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)的分離方法→在分離部位以下澆筑下軌道梁→安設(shè)移動裝置→在切割部位以上將結(jié)構(gòu)用上托架加固→安設(shè)移位動力設(shè)備→結(jié)構(gòu)分離→平移開始→就位并和新基礎(chǔ)連接→其它生活配套設(shè)施的連接。筆者結(jié)合南京市江南大酒店整體平移工程介紹移動系統(tǒng)設(shè)計如下。1滾軸位置及壓力在平移工程中,移動裝置和上部結(jié)構(gòu)、下軌道梁的相對關(guān)系如圖1所示。滾軸上部和下部的鋼板主要是防止結(jié)構(gòu)和滾軸直接接觸時,局部壓力過大造成破壞。鋼板厚1～2cm。下部鋼板也可用槽鋼代替,槽口向下平鋪在下軌道梁上。目前我國采用的滾軸擺放方式有兩種:①在整個上部結(jié)構(gòu)的加固托架下均勻擺放(見圖1a)。其特點是:單個滾軸設(shè)計荷載小,使用中變形小,但上部托架尺寸較大,浪費材料;②選擇支撐點,只在支撐點處擺放滾軸(見圖1b)。其特點是:單個滾軸設(shè)計荷載大,強度要求高,上部托架尺寸小。滾軸大小的選擇和兩個因素有關(guān),①單個滾軸設(shè)計荷載大小;②切割空間要求。一般認(rèn)為滾動摩擦系數(shù)和滾軸直徑有關(guān),直徑越大,所需要的總的牽引力越小?，F(xiàn)在工程中滾軸直徑多采用4～6cm。上部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)分離可采用機械,也可采用人工,為切割方便,有的工程中滾軸直徑采用10cm。滾軸個數(shù)計算公式如下:式中:n——滾軸個數(shù);∑N——上部結(jié)構(gòu)豎向荷載總和;k——安全系數(shù);F0——單個滾軸平均受壓承載力。當(dāng)選擇實心鋼輥作為滾軸時,可不驗算單個滾軸的強度,滾軸數(shù)量可根據(jù)混凝土局部受壓來控制。在大部分工程中,均采用空心鋼管,內(nèi)填膨脹混凝土或砂漿。鋼管內(nèi)的混凝土的受力類似于劈裂破壞,根據(jù)劈裂破壞的強度計算公式,經(jīng)推算可以得到滾軸的平均壓力計算公式如下:式中:d——滾軸直徑;l——滾軸長度;β——考慮滾軸受壓不均勻的計算長度折減系數(shù),可取0.8～0.9;ft——內(nèi)填混凝土的抗拉強度標(biāo)準(zhǔn)值;α——考慮鋼管約束作用的混凝土強度增大系數(shù),當(dāng)鋼管的壁厚在5～6mm時,α一般為6～7。將上述系數(shù)合并成一個綜合系數(shù)γ,則公式(2)變形為:滾軸的受力實際是鋼管和混凝土受力之和,鋼管部分的作用再乘以1個增大系數(shù)考慮到綜合系數(shù)γ中。根據(jù)部分已有工程中的滾軸試驗資料,綜合系數(shù)可取4～5。滾軸在平移施工過程中實際受力為疲勞荷載,如果軌道不平則會造成局部壓力過大,為保證平移中滾軸不破壞,公式(1)中的安全系數(shù)k建議取值不小于3。有文獻認(rèn)為滾軸擺放間距不宜小于2.5倍滾軸直徑,但筆者進行了小間距現(xiàn)場試驗,認(rèn)為對平移工程影響不是很大。2動力系統(tǒng)選擇在房屋平移過程中,有3種不同的動力施加方式:①推力系統(tǒng);②拉力系統(tǒng);③前拉后推。設(shè)計人員可根據(jù)房屋的具體情況選擇動力系統(tǒng)。3初始熱系統(tǒng)驗證動力設(shè)備一般使用千斤頂。對質(zhì)量非常小的建筑,也可采用卷揚機牽引,以加快平移速度。液壓千斤頂?shù)臄?shù)量根據(jù)工程實際情況確定,一般在平移方向上每條軸線設(shè)一套動力設(shè)備。當(dāng)樓房上部結(jié)構(gòu)的加固托架強度和變形滿足要求時,也可減少千斤頂?shù)臄?shù)量。千斤頂噸位的大小和總平移動力設(shè)計值有關(guān),而總平移動力設(shè)計值又和平移時的滾動摩擦系數(shù)有關(guān)。滾動摩擦系數(shù)的大小和多種因素有關(guān),主要有軌道梁的平整度,上下鋼板的厚度,滾軸的大小、抗壓剛度、表面光滑度等。文獻中采用空心鋼管作為滾軸進行了系統(tǒng)的試驗研究,鋼管為?140×5,長200mm,試驗結(jié)果認(rèn)為初動摩擦系數(shù)為0.001～0.003,勻速移動時要大得多,為0.016～0.033。其它文獻中結(jié)果都是初始啟動動力比正常移動時大得多。文獻中結(jié)論為啟動后的推力為初始推力的30%～40%;東南大學(xué)在江南大酒店平移施工中采用?60×5鋼管填充C60膨脹混凝土作為滾軸,先后在實驗室和現(xiàn)場進行了滾動摩擦系數(shù)的測試,在實驗室中的結(jié)果為0.003～0.005,現(xiàn)場測試則增大十幾倍,初始推力摩擦系數(shù)約為0.07,移動過程中只有0.04。分析原因是軌道平整度的影響和滾軸受力不均勻造成的。個別受力較大的滾軸有輕微壓扁的現(xiàn)象。山東建筑工程學(xué)院曾經(jīng)比較過在下鋼板上涂少許機油和不涂時的動力大小,發(fā)現(xiàn)涂油后所需要的動力減小。張?zhí)煊畹仍谖墨I中提出動力計算公式如下:式中:K——滾軸表面不平及滾軸方向偏位等原因引起的阻力增大系數(shù),一般K=2.5～5.0;Q——建筑物總荷重(kN);f、f?′——分別為沿上下軌道的摩擦系數(shù),啟動時為f=f?′=0.15,移動時f=f?′=0.08;R——滾軸半徑(cm)。根據(jù)(4)式,江南大酒店整體平移工程中的初始摩擦系數(shù)和移動摩擦系數(shù)分別為0.125和0.067。和現(xiàn)場測試相比,偏于安全。但為了有足夠的安全儲備,筆者認(rèn)為在測試數(shù)據(jù)不足的情況下,采用(4)式計算是可行的。根據(jù)總動力荷載值,除以所需要的千斤頂個數(shù),即可得千斤頂噸位大小。為加快建筑物的移動速度,建議選用行程較大的液壓千斤頂。4動反力支護驗算為在房屋上施加推力,必須有安全可靠的反力支座。一般在軌道的端部設(shè)固定反力支座,隨著移動行程的增加,支座和千斤頂之間設(shè)墊塊。當(dāng)移動距離較大時,墊塊過多會導(dǎo)致失穩(wěn),因此應(yīng)設(shè)可動反力支座(見圖2)。當(dāng)平移動力為拉力時,可只在移動位置的最前端設(shè)固定反力支座,千斤頂采用穿心千斤頂,用鋼絲繩一端固定到千斤頂上,另一端固定到房屋上。固定反力支座一般為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),驗算內(nèi)容主要是根據(jù)支座受到的最大水平力設(shè)計值,進行抗剪驗算和抗彎驗算?？梢苿臃戳χё话阌尚弯撝谱?見圖2)。計算內(nèi)容包括:斜向角鋼的強度計算(a中斜桿受壓;b中斜桿受拉),水平型鋼的抗彎計算,錨栓的剪切強度計算,錨栓和混凝土接觸部位的混凝土局部受壓驗算,豎向角鋼的強度計算(見圖2a),焊縫強度驗算(見圖2b)。5加多少墊塊的設(shè)計當(dāng)動力為推力時,由于千斤頂?shù)男谐毯苄?額定壓力為1000kN的液壓千斤頂只有15cm),完成一個行程后,在千斤頂后加墊塊(混凝土墊塊或鋼墊塊)。但墊塊加得過多時很容易失穩(wěn)。那么加多少墊塊合適呢?在壓力不超過墊塊的受壓承載力設(shè)計值的情況下,筆者建議按以下公式驗算:式中:l——千斤頂后的墊塊總長度;d——墊塊的短邊尺寸或回轉(zhuǎn)半徑;n——墊塊的數(shù)量;λ——根據(jù)不同材料和形狀的允許長細比,對矩形截面混凝土墊塊,λ=30;對于型鋼墊塊,根據(jù)設(shè)計荷載按鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范確定允許長細比。例如:在江南大酒店整體平移工程中,采用150mm×150mm×150mm混凝土墊塊,當(dāng)n=5時,150×5×1.45150=26.9≤30150×5×1.45150=26.9≤30,當(dāng)取n=6時,則不滿足上式,因此建議最多加5個墊塊。6滾軸承載力的計算(1)滾軸可采用實心鋼棒或空心鋼管填充膨脹混凝土,直徑40～100mm,長度150～300mm。(2)空心鋼管填充混凝土作為滾軸時,鋼管壁厚選用5～6mm,混凝土可用C30～C60。當(dāng)不存在試驗條件時,