唐名立

福建省建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司 福建 福州 350001

前言

現(xiàn)在我國(guó)的經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型正進(jìn)行的如火如荼，房地產(chǎn)市場(chǎng)已經(jīng)漸漸飽和，對(duì)原結(jié)構(gòu)的改造和加固工程越來越多地進(jìn)入到房建市場(chǎng)，特別是解放后興建的大量民用及商用房屋，已經(jīng)大部分到達(dá)設(shè)計(jì)使用期，急需進(jìn)行改造加固，且我國(guó)屬于地震多發(fā)國(guó)家，2008年的汶川地震給我國(guó)的人民帶來了大量的人員傷亡及經(jīng)濟(jì)損失，對(duì)老舊房屋的改造和加固越來越受到人們的重視。

以往的加固工程當(dāng)中，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及施工人員，往往只針對(duì)建筑結(jié)構(gòu)施工完成后的安全性進(jìn)行驗(yàn)算，但是，對(duì)于施工過程中的結(jié)構(gòu)受力并沒有進(jìn)行可靠的研究，導(dǎo)致一些梁柱開裂等情況，產(chǎn)生了安全隱患，甚至導(dǎo)致安全事故的發(fā)生。本文以福州市某頂升加固工程為例，探討頂升過程中梁柱的受力情況，結(jié)合國(guó)內(nèi)先進(jìn)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，與實(shí)際的情況進(jìn)行對(duì)比，有效的驗(yàn)證了計(jì)算模型的準(zhǔn)確性，為以后類似的工程起到一定的借鑒作用。

1 基本概況

1.1 工程簡(jiǎn)介

福州市某工程位于市中心，原結(jié)構(gòu)為帶2層地下室的高層建筑，一層結(jié)構(gòu)平面圖如圖1所示。

圖1 某工程一層結(jié)構(gòu)平面圖

原結(jié)構(gòu)A軸～2/0A軸為懸挑梁結(jié)構(gòu)，懸挑梁為置換梁，梁上起柱，共承擔(dān)10層的結(jié)構(gòu)重量，挑梁的規(guī)格為1600mm ×1800mm。

現(xiàn)因使用要求，對(duì)懸挑梁底部新增混凝土柱結(jié)構(gòu)，及鋼管混凝土靜壓樁，將梁上10層混凝土結(jié)構(gòu)荷載導(dǎo)入新增的鋼管混凝土靜壓樁內(nèi)，將轉(zhuǎn)換梁結(jié)構(gòu)改造為普通框架結(jié)構(gòu)。如圖2所示，為了保證上部結(jié)構(gòu)荷載有效地導(dǎo)入到新增砼柱當(dāng)中，避免懸挑結(jié)構(gòu)因?yàn)槎问芰?，?dǎo)致懸挑梁開裂產(chǎn)生安全事故，故需對(duì)本挑梁部分進(jìn)行預(yù)頂升，后做鋼骨混凝土柱，從而將頂升力有效地傳導(dǎo)到新增混凝土柱內(nèi)。

圖2 某工程地下室結(jié)構(gòu)剖面圖

1.2 頂升系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為了對(duì)懸挑結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)頂升，需設(shè)計(jì)可靠的頂升結(jié)構(gòu)，如下圖所示：

圖3 頂升架結(jié)構(gòu)剖面圖

頂升架采用鋼桁架結(jié)構(gòu)體系，鋼桁架的弦桿及腹桿，均采用“H”型鋼，鋼構(gòu)件之間采用焊接剛接的形式進(jìn)行連接。在框架底部分安裝2個(gè)200噸級(jí)的千斤頂，進(jìn)行頂升作業(yè)。

為了防止頂升架發(fā)生平面外的失穩(wěn)，在頂升架的側(cè)面采用“H”型鋼與原地下室混凝土側(cè)壁進(jìn)行可滑動(dòng)連接。以保證，頂升過程中不會(huì)產(chǎn)生次生彎矩，破壞結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性[1]。

頂升架與原砼側(cè)壁的連接如圖4所示。

圖4 頂升架與原地下室側(cè)擋墻連接大樣

2 頂升施工過程采用分析

本工程為了分析頂升架在頂升過程中對(duì)原混凝土結(jié)構(gòu)的影響，將頂升過程分為3個(gè)階段，分別為頂升前，頂升完成后，卸荷載等3個(gè)階段?，F(xiàn)采用PKPM軟件的PMSAP模塊，分別對(duì)這3個(gè)施工階段進(jìn)行受力分析，模擬整體施工過程中懸挑梁的受力狀態(tài)。由于本次加固為局部加固，故結(jié)構(gòu)建模時(shí)僅對(duì)局部結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模。結(jié)構(gòu)模型如下圖5所示：

圖5 局部結(jié)構(gòu)模型

2.1 頂升前

頂升前采用懸挑梁結(jié)構(gòu)承受梁上部分10層砼結(jié)構(gòu)的力，通過上部荷載計(jì)算后，懸挑梁產(chǎn)生的撓度如下圖6所示：

圖6 恒載+活載工況下懸挑梁撓度

在恒載及活載作用下，梁懸挑梁端最大撓度為14.55mm，為頂升加載前初始變形量。

在恒荷載作用下：彎矩及剪力如下圖7、8所示：

圖7 恒載工況梁彎矩

圖8 恒載工況梁剪力

在恒載作用下，挑梁最大彎矩及剪力分別為：

2.2 頂升完成后

頂升過程中采用200噸級(jí)的千斤頂進(jìn)行分級(jí)加載頂升，采用分級(jí)加載的形式，頂升至300噸后，懸挑梁端的撓度及內(nèi)力如下表所示：

在恒載及活載作用下，梁懸挑梁端最大撓度為1.62mm，為頂升到300噸后的最終變形量。

在恒載作用下，挑梁最大彎矩及剪力分別為：

2.3 卸荷載

頂升完成后，型鋼混凝土柱施工完成，并達(dá)到100%強(qiáng)度后，頂升架的荷載分級(jí)卸載，將懸挑梁荷載逐級(jí)導(dǎo)入到新增砼柱上，懸挑梁端的撓度及內(nèi)力如下表所示：

在恒載及活載作用下，梁懸挑梁端最大撓度為0.78mm，為上部結(jié)構(gòu)荷載完全導(dǎo)入到新增混凝土柱后的最終變形量。

在恒載作用下，挑梁最大彎矩及剪力分別為：

2.4 與監(jiān)測(cè)結(jié)果對(duì)比

本次工程引用了，國(guó)內(nèi)先進(jìn)的全數(shù)據(jù)化計(jì)算頂同步頂升及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)頂升過程中的挑梁撓度及混凝土梁柱的內(nèi)力進(jìn)行監(jiān)測(cè)[2]，得到了如下數(shù)據(jù)：

在恒載+活載工況下計(jì)算結(jié)果對(duì)比如表1～3所示：

表1 梁端撓度對(duì)比表

表2 梁最大彎矩對(duì)比表

表3 梁最大剪力對(duì)比表

從表1～3數(shù)據(jù)對(duì)比可知，梁最大彎矩，剪力及撓度的模型計(jì)算值及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)值基本相符，但偏差值基本都在10%范圍之內(nèi)，可認(rèn)為本工程的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與計(jì)算模型基本相符，計(jì)算數(shù)據(jù)可靠。

2.5 懸挑梁頂升過程中薄弱點(diǎn)分析

頂升過程中，通過以上3個(gè)施工過程的受力分析，可知懸挑梁，梁底最大彎矩為2559kN·m，剪力為2813kN，最不利受力位置在離梁根部分約1/3的位置，本工程通過粘貼鋼板的手段，對(duì)梁底進(jìn)行了局部的加固，保證了頂升過程中，結(jié)構(gòu)的安全性[3]。

3 結(jié)束語

本文以福州某頂升加固工程為例，通過PKPM軟件的PMSAP模塊進(jìn)行結(jié)構(gòu)建模分析，對(duì)比施工過程中的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與計(jì)算結(jié)果基本相符，說明計(jì)算結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際較為相符，可作為加固工程施工過程中的設(shè)計(jì)依據(jù)，通過計(jì)算，確定了施工過程中，懸挑梁底最大彎矩和最大剪力的位置及數(shù)值，頂升前，對(duì)相關(guān)位置進(jìn)行了必要的加固，保證了施工過程中的結(jié)構(gòu)安全性，對(duì)本工程的順利竣工起到了關(guān)鍵作用，對(duì)未來類似的工程提供了一定的參考價(jià)值。