1、1既有老建筑整体移位设计分析摘要：本文通过对某保护建筑移位工程建立有限元分析模型，对悬浮滑脚升降、摩擦力变化、托换结构刚度对托换结构和上部结构的受力影响进行了分析，并对合理设计移位结构提出了建议。 关键词：保护建筑；建筑移位；托换结构刚度；计算分析 Structural Design and Analysis of Translocating Existing Old Building DONG Hailin1 （1. Architectural design and Research Institute Co. Ltd, Ningbo University, Zhejiang 315021,
2、 China） Abstract: By modeling a protected building translocation project in the finite element program, the influence of the change of friction force and rigidity of the underpinning system, as well as the rise and fall of the jacks which are used as feet of the building under the underpinning syste
3、m, to the internal force of the underpinning structure and upper structure is analyzed. Suggestions to design the structures to 2be moved in the reasonable way are brought out. Keywords: protected architecture, building translocation, rigidity of the underpinning system, calculation and analysis 中图分
4、类号：TU318 文献标识码：A 文章编号： 1 前言 古建筑或近代优秀建筑可采用平移或顶升后加以修缮的保护方式，以期改善环境、增强功能并延续建筑寿命。采用整体移位的方式来保护这类建筑的优点如下： (1)保留建筑物原有的外观外貌，这对具有重要历史和社会意义的老建筑保护意义重大。 (2)在移位前对房屋的结构薄弱之处进行了加固，就位后可采取隔震减震的连接措施，能更有效地延续房屋的使用寿命； (3)相比拆除重建复原可节约成本。 我国已经成功移位的古建筑有北京英国使馆旧址、锦纶会馆、上海刘长胜故居、上海音乐厅等，由于这些建筑建造年代久远、结构老化严重、整体性较差，所以与一般建筑物移位相比，需要考虑的因
5、素更多，技术要求更高，平移时的风险也更大*董海林（1983-） ，男，浙江舟山人，Email:4。 本文通过对某保护建筑移位工程建立有限元分析模型，对悬浮滑脚升降、摩擦力变化、托换结构刚度对托换结构和上部结构的受力影响进行了分析，并对合理设计移位结构提出了建议。 2 工程概况 3该保护建筑建于 1925 年，是一幢比较成功的中西合璧式建筑，为砖木混合结构，建筑总长 29.04m，宽 21.11m，主体共两层，回字形平面，占地面积约 635m2。 经房屋质量检测发现，该建筑内部破坏严重，门窗、楼梯及二层木楼板均被拆毁，使墙体失去侧向支撑；砂浆强度低；木柱腐朽开裂无承载能力。该房屋主体结构已丧失承
6、载能力，处于不安全状态，不满足抗震要求56。 移位前需对该建筑进行必要的临时加固和永久加固：外墙内侧部分做钢筋混凝土墙板并用螺纹钢拉结，部分用钢筋网砂浆加固；在南单元原木构架用钢框架替代；在北单元原木构架用钢筋混凝土框架替代，采用混凝土楼板带代替木楼盖；东西厢房曾进行过改造，拆除顶层和二层混凝土楼板后重新建立钢筋混凝土框剪结构。 经过各方论证，最终采用的移位方案为：斜向平移 63.5m 中间址顺时针旋转约 36 顶升 2.2m 纵向平移 31.4m。 图 1 建筑示意图 图 2 移位路线图 由于该建筑层数低，重量较小，工程中采用了由液压千斤顶滑脚和型钢混凝土滑脚组成的组合式滑动方式，滑脚下垫聚
7、四氟乙烯板，下轨道梁顶设置不锈钢板，为减小滑动摩擦力，在钢板上涂黄油。 3 移位设计分析 3.1 模型的建立 4根据该保护建筑加固后结构和整体移位工程托换梁系施工图，按空间框架计算模型，采用有限元软件 SAP2000 对该建筑的整体结构移位状态进行了模型的建立，以了解整体移位过程中摩擦力变化、组合式滑脚部分滑脚失效以及滑脚换位对各结构构件内力、节点位移所造成的影响，以及托换系统刚度在上述各种情况下对结构内力变化的影响。 3.2 组合式滑脚对移位结构安全的影响 由于悬浮式滑脚使用的千斤顶无自锁功能，在油压突然下降或升高时会造成千斤顶收顶和超顶现象，造成上部结构支撑状态的变化，从而引起上部结构变形
8、和内力的变化，对结构安全造成影响。为了解该建筑在第一阶段的斜向平移过程中由于悬浮式滑脚油压变化对结构安全的影响，对悬浮千斤顶卸载与超载情况进行了分析与计算。 图 3 各节点位置图 如图 46 所示，悬浮滑脚升降造成结构沉降差发生变化。在悬浮千斤顶滑脚正常工作时结构的沉降差均处于较低水平，悬浮顶收顶或超顶时沉降差绝对值在混凝土结构和钢结构部分均增大，而南廊砖混结构砖柱沉降差在悬浮顶下降 23mm 时出现极小值，沉降差变化相反是由于有些柱在悬浮滑脚附近而有些柱在型钢混凝土滑脚附近。悬浮千斤顶滑脚在各种工况下造成的结构沉降差均小于规范中给定的 0.003 限值，满足规范要求；图 79 所示为悬浮滑脚
9、油压变化对上部结构内力的影响，北单元混凝土结构与南单元钢结构柱的轴力变化趋势相反，而南廊不同砖柱间轴力变化也呈相反的变化，离滑脚距离越近的柱内力变化较大，轴5力变化相反是由于有些柱在悬浮滑脚附近而有些柱在型钢混凝土滑脚附近，悬浮滑脚升降可能造成钢筋混凝土柱和砖柱的压坏或拉坏；悬浮滑脚升降对上滑梁和托换梁的内力影响如图 1013 所示，根据托换梁及上滑梁截面及配筋，按照现行规范的要求，部分托换梁及上滑梁在悬浮千斤顶滑脚升降时其抗剪承载能力可能不足。 图 4 北单元钢筋混凝土框剪结构沉降差变化图 5 南单元钢结构沉降差变化 图 6 南廊砖混结构沉降差变化图 7 北单元钢筋混凝土柱轴力变化 图 8
10、南单元钢柱轴力变化图 9 南廊砖柱轴力变化 图 10 上滑梁剪力变化 图 11 上滑梁弯矩变化 图 12 托换梁剪力变化图 13 托换梁弯矩变化 由于砖柱的承载力较弱，需分析沉降差对砖柱内力变化的影响。通过选择轴力随悬浮滑脚升降变化较大的砖柱，图 1416 给出砖柱沉降差与轴力关系曲线，根据检测所得砖强度等级为 MU10，若不考虑砂浆的强度，按照现行规范，编号 345 砖柱的抗压承载力只有 313.8kN，其与周边柱的沉降差需控制在-0.000450.00055 内。 6图 14 南廊砖柱沉降差与轴力关系（一）图 15 南廊砖柱沉降差与轴力关系（二） 图 16 南廊砖柱沉降差与轴力关系（三）
11、3.3 摩擦力对移位结构安全的影响 斜向平移过程中，出现顶推不同步现象导致建筑整体偏转。为确保建筑移位姿态，需时常进行偏位调整，需要取消部分顶推点。顶推点设置为 3#、4#、5#、6#上滑梁，分别约束这几个滑梁顶推处节点的X、Y、Z 三个自由度，而只约束滑脚节点的 Z 向自由度，分别取摩擦系数为 0.08、0.1、0.12、0.15、0.18、0.2，通过在滑脚支撑点处施加摩擦力，分析斜向平移时在不同摩擦力下上部结构、托换梁的内力和托换结构平面的变形情况。 图 1721 表明，摩擦系数增大时，各顶推点处推力线性增加，托换结构平面发生变形，四个角角度值近似线性变化，但角度变化很小。摩擦力的增大对
12、与托换梁的剪力和柱的弯矩、剪力影响很小，这是因为托换结构层平面内刚度较大，在摩擦力作用下平面内变形很小，托换结构和上部结构产生的附加内力很小。设置上滑梁和联系梁及附加的次梁、增大梁宽、设置混凝土板带或楼板可以增大托换结构层的平面内刚度。 图 17 斜向平移时不同摩擦系数下各上滑梁顶推力 图 18 斜向平移时不同摩擦系数下托换层平面四个角度值 7图 19 斜向平移时不同摩擦系数下托换梁平面外剪力 图 20 斜向平移时不同摩擦系数下柱的剪力 图 21 斜向平移时不同摩擦系数下柱的弯矩 3.4 托换梁刚度对移位结构安全的影响 原南廊砖柱为该建筑薄弱部位，为研究托换梁刚度对砖柱沉降差及内力的影响，不改
13、变模型的其他参数，通过改变托换梁高度的方法来增加托换梁系的刚度来进行分析。依次改变托换梁高度为300mm、450mm、500mm、600mm、700mm、800mm、900mm、1000mm，在各个托换梁高度情况下取砖柱的沉降差及内力，得到以下变化曲线，如图2224 所示。 图 22 南廊砖柱沉降差与托换梁高关系 图 23 南廊砖柱轴力与托换梁高关系 图 24 型钢混凝土滑脚失效时南廊砖柱沉降差与托换梁高关系 由以上图线可以得出，对于该移位工程，在悬浮滑脚正常工作时，随着托换梁高度的增加，沉降差基本上逐渐减小；在悬浮滑脚升高导致型钢混凝土滑脚失效时，随着托换梁高度的增加，沉降差逐渐减小。 4
14、结语 8本文通过对某老建筑整体移位工程建立有限元分析模型，对悬浮滑脚升降、摩擦力变化、托换结构刚度对托换结构和上部结构的受力影响进行了分析，并得出以下结论： 1托换结构的强度和刚度是保证移位结构安全的必要措施。可通过加大托换梁、上滑梁截面高度以增大托换层平面外刚度，而加大托换梁、上滑梁的宽度和增加附加梁系或板带可以增强托换层平面内刚度； 2对托换结构的设计，保证其有足够的抗剪、抗扭承载能力和平面外抗弯能力，特别是在整体旋转施工时，摩擦力对托换梁与上滑梁的平面外弯矩、扭矩、剪力影响较大； 3采取措施减小摩擦力不仅可以减小移位阻力，还可以减弱由于顶推不同步对托换结构和上部结构的内力影响； 4组合式
15、滑脚对移位结构安全性造成一定的影响，同时采用悬浮顶滑脚和型钢混凝土滑脚时需保持千斤顶油压的正常，对下轨道的高低不平和变形进行有效控制； 5托换结构设计应考虑足够的安全系数以避免一出现某种突发情况时就产生破坏； 6沉降差是影响移位结构安全的重要因素，对于该结构托换梁高为400mm 时新建结构的沉降差控制在 1是安全的，而对于南廊砖混结构沉降差控制随其承载力而定，若不考虑砂浆强度，部分砖柱甚至不能产生沉降差。 7移位过程中需进行同步监测，可以及时发现施工中的紧急情况并采取措施。 9参考文献： 1 尹天军，朱启华，郑华奇. 北京英国使馆旧址整体平移工程设计与实施J. 建筑技术. 2005. 36(6):412-415 2 谢光锦纶会馆平移工程的设计J广东土木与建筑. 2002(4):28-30,33 3 郑华启，蓝戊己。 刘长胜故居整体平移工程的设计与施工J. 建筑技术. 2003,34(6):414-416 4 吴定安. 上海音乐厅抬升和平移工程 J. 流体传动与控制，2005(4):33-35
