王建永 盧文勝 李 偉 張鳳亮 謝麗宇 谷志旺 邱會安

1. 上海天演建筑物移位工程股份有限公司 上海 200336；2. 同濟大學 上海 200092；3. 上海建筑設計研究院有限公司 上海 200041；4. 上海建工四建集團有限公司 上海 201103

建筑物整體平移在國內(nèi)已經(jīng)有數(shù)百個成功的實例，相關(guān)的技術(shù)規(guī)程及標準也相繼出臺。PLC同步控制技術(shù)在平移工程中得到了廣泛的應用，大大提高了同步控制精度，平移時正常加速度小于0.01g。但是在文物建筑平移工程中，考慮到文物建筑建造年代久遠，材料強度低、整體性差等特點，以及臺風、較大差異沉降、地震等不可預見情況，結(jié)構(gòu)的臨時加固還是必須重點考慮的關(guān)鍵技術(shù)。

1 工程概況

上海玉佛禪寺為外觀2層的仿宋宮殿式木結(jié)構(gòu)建筑，是上海優(yōu)秀歷史建筑和普陀區(qū)文物保護單位。由于在城市發(fā)展過程中，地勢變低，交通擁擠，年久失修，存在很大的安全隱患，已不滿足實際使用需求，故需對玉佛禪寺進行整修，采用可編程邏輯控制器（PLC）同步控制系統(tǒng)控制相應設備，將大雄寶殿整體向北平移30.66 m，頂升0.85 m。為保障平移萬無一失，平移前設計階段重點考慮臨時加固技術(shù)，不僅要求臨時加固措施要抵抗0.05g水平加速度，而且加固措施在受力拆除時不能對結(jié)構(gòu)造成損傷。

2 木結(jié)構(gòu)整體臨時加固

2.1 臨時加固措施比選

本工程采用空間鋼桁架的形式，鋼架的鋼柱錨固在上托換盤上。鋼架自身獨立成體系，在縱橫向都有較大的剛度。其目的是在意外情況發(fā)生或受到不利工況擾動的情況下能夠控制整體木構(gòu)架的水平變形，保持結(jié)構(gòu)的側(cè)向穩(wěn)定性，對整體建筑進行側(cè)向的限位保護。獨立鋼架體系不改變主體結(jié)構(gòu)的體系和原有受力狀態(tài)，只有在建筑產(chǎn)生相對較大的變形時鋼架側(cè)向保護作用才啟動，因此給主體木結(jié)構(gòu)預留了一定自適應的變形空間，正常情況下鋼架和主體結(jié)構(gòu)的受力互不干擾，各自受力模式也比較清晰。但對一些不利工況，臨時鋼架起到的保護作用有限，如柱托換過程中，如果托換失效或底部產(chǎn)生比較大的豎向變形，則獨立鋼架體系不能起到保護作用。因此專門考慮一個備選方案，以期能夠保證這種不利工況發(fā)生時整體建筑的安全。

大殿內(nèi)為木結(jié)構(gòu)，不能進行明火焊接作業(yè)，加固鋼桁架設計為螺栓連接，鋼結(jié)構(gòu)主要構(gòu)件為立柱、水平支撐、斜向支撐及抱箍等，桿件數(shù)量較多（圖1）。其中立柱采用RHS160 mm×8 mm，數(shù)量34根、共計43節(jié)；水平支撐為2C16A，數(shù)量25根；斜向支撐為∠100 mm×63 mm×8 mm，數(shù)量52根；抱箍16個（圖2、圖3）。

圖1 鋼架空間模型

圖2 鋼結(jié)構(gòu)加固

2.2 木柱與鋼結(jié)構(gòu)連接

在木柱周圍包鋼板與水平鋼支撐通過螺栓連接，為保護木柱節(jié)點在受力時不損傷接觸表面，在木柱與抱箍間填充厚20 mm橡膠板。節(jié)點做法只限制其水平位移，不限制豎向位移，使加固體系與原結(jié)構(gòu)體系受力及傳力互不干擾（圖4）。施工過程中由于木柱間距、木柱直徑、木柱傾斜等各不相同，導致鋼架與木柱間的連接桿件長度及角度必須以實際情況為準，最后安裝前進行測量。

2.3 局部節(jié)點的加固

在損傷嚴重且有施工空間的各節(jié)點梁和柱上設拉結(jié)，對節(jié)點進行限位加固，減少各種變形的發(fā)生，對大梁和柱節(jié)點采用隅撐加固；對托梁式結(jié)構(gòu)的梁柱節(jié)點采用2個能對稱扣合鎖固在梁、柱表面的扁鋼卯（圖5、圖6）。

圖3 加固平面示意

圖4 木柱與鋼結(jié)構(gòu)支撐連接關(guān)系

圖5 木柱與梁節(jié)點加固

3 佛像加固

3.1 佛像傾覆簡化分析

將佛像結(jié)構(gòu)假設為均質(zhì)結(jié)構(gòu)，根據(jù)形狀確定重心位置（圖7），水平加速度考慮0.05g，計算佛像的傾覆可能性。

圖6 梁與托柱節(jié)點加固

圖7 佛像傾覆簡化分析

1）在0.05g水平加速度作用下，中間大佛依靠自身質(zhì)量具有足夠穩(wěn)定性，沒有傾斜和傾覆傾向，傾覆安全系數(shù)8.6。

2）按0.05g水平加速度計算南海觀音像的傾覆穩(wěn)定性，計算不考慮南海觀音像根部錨固與黏結(jié)作用，假設為平放于佛臺上部，傾覆安全系數(shù)為4.4。

由此可知，佛像在0.05g水平加速度作用下的傾覆可能性很小，但考慮到平移過程中各種不可預見的情況，為保證萬無一失，應對佛像進行必要的臨時性加固。

我逃回村里，向一位慈眉善目的鄉(xiāng)村老翁展示我那紅腫的手背。老翁笑著告訴我：“這不是蜜蜂，是馬蜂！這蟲子厲害，你不要去惹它們。”

3.2 佛像加固方案選擇

由于佛像為非受力構(gòu)件，表面不能受力，形狀不規(guī)則，且為重點保護部位，加固措施不能采用限位及扶持措施，且應避開四肢等脆弱部位。設計階段對比了封閉式加固、綁帶式加固、框架夾板式加固等加固方案。

1）封閉式加固。佛像四周模板封閉，內(nèi)部填充乒乓球、稻殼等輕質(zhì)材料。該方案內(nèi)部封閉體積巨大，填充材料可觀，乒乓球需要300萬個，質(zhì)量8 t，可能壓壞佛像，而且封閉后在平移過程中無法觀察。

2）綁帶式加固。彈性材料綁帶前后綁扎固定。該方案綁扎時施工的預應力無法控制。

3）框架夾板式加固。腳手架作為支撐，夾板作為固定。該方案腳手架鋼管間的連接為標準化連接安裝，質(zhì)量比較容易保證，節(jié)點摩擦強度足夠滿足支撐力要求（圖8）。

圖8 框架夾板式加固

當佛像發(fā)生傾覆趨勢時，主要的受力與傳力途徑為：佛像水平力→接觸海綿→支撐木方→固定模板→支撐腳手架及斜桿。主要的施工工序與傳力路徑相反：先施工支撐腳手架→加工與佛像體型大致吻合的固定模板（模板與佛像不接觸）→安裝并固定木方（木方頂端粘貼海綿）。

東西兩側(cè)佛像加固2道夾板支撐，中間佛像加固2道夾板支撐，并用木方固定底座蓮花臺座。南海觀音佛像加固支撐桿件頂端粘貼海綿與接觸點接觸，并且避開所有佛像的位置。

4 平移過程加固措施監(jiān)測數(shù)據(jù)

在整個施工過程中對大殿進行實時監(jiān)測，安裝靜力水準儀監(jiān)測大雄寶殿整體姿態(tài)，安裝傾角儀監(jiān)測墻體、木柱、佛像的傾斜；安裝位移傳感器監(jiān)測佛像位移、榫卯節(jié)點變形。大雄寶殿于2017年9月2日正式啟動平移工程，并于9月8日平移到位，2017年9月12日開始頂升，于2017年9月17日頂升到位。在此期間，木柱傾角儀的數(shù)據(jù)如表1所示。

通過對鋼桁架應變計、佛像激光測距儀的變化曲線和傾角儀的讀數(shù)進行分析，可得出以下結(jié)論：

1）安裝在墻面的靜力水準儀、傾角儀、激光測距儀測量數(shù)據(jù)在平移頂升前后幾乎保持不變，可知整體結(jié)構(gòu)在平移頂升過程并未發(fā)生顯著的偏移、下沉或旋轉(zhuǎn)。

2）安裝在佛像墻面上的靜力水準儀和傾角儀，以及正對佛像的激光測距儀的測量數(shù)據(jù)在平移前后幾乎保持不變，可知佛像在平移過程與整體結(jié)構(gòu)幾乎保持相對靜止，并未發(fā)生顯著的相對移動、傾斜或旋轉(zhuǎn)。

3）安裝在柱子上的傾角儀以及安裝在大殿頂部橫向、縱向梁上的激光測距儀的測量數(shù)據(jù)在平移前后幾乎保持不變，可知柱子在平移過程并未發(fā)生顯著的傾斜或下沉；大梁與木柱交界的卯榫節(jié)點部位沒有明顯的變形。

表1 部分木柱傾角儀數(shù)據(jù)

4）鋼結(jié)構(gòu)應變在平移頂升過程中的數(shù)據(jù)變化幅度＜45 με，設計規(guī)定的鋼結(jié)構(gòu)微應變在－100～100 με范圍內(nèi)（按鋼材設計強度的1/10取值），滿足要求。

5 結(jié)語

1）只要嚴格控制各階段的設計指標，平移頂升施工的風險就可以控制得很低，因而，結(jié)構(gòu)安全可靠度是有保證的。

2）臨時加固結(jié)構(gòu)應自成體系，與原結(jié)構(gòu)傳力不能互相干擾，拆除時不影響原受力傳力路徑。

3）應用PLC同步控制系統(tǒng)平移頂升建筑物對結(jié)構(gòu)的擾動很小，木結(jié)構(gòu)建筑平移時采用輕型鋼桁架加固過于保守，類似項目可考慮選擇滿堂腳手架加固方式。

4）木結(jié)構(gòu)建筑整體平移頂升工程可不考慮屋架體系及屋面瓦片的加固。