陳招智，陳 穎，李盛勇，梁智殷，梁達(dá)琪

(廣州容柏生建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)事務(wù)所， 廣州 510170)

1 工程概況

改建項(xiàng)目塔樓高144.6m，主體結(jié)構(gòu)已封頂，因建筑布局調(diào)整，首層以上需全樓拆除4片主抗側(cè)力剪力墻。項(xiàng)目的工程概況、基本建筑信息以及改建結(jié)構(gòu)方案等見(jiàn)文獻(xiàn)[1]。改建過(guò)程項(xiàng)目實(shí)景照片見(jiàn)圖1。

圖1 改建過(guò)程項(xiàng)目實(shí)景照片

本文以7#樓為例，重點(diǎn)介紹塔樓采取的分段、同步拆、建施工方案，關(guān)鍵施工技術(shù)及主要的施工階段驗(yàn)算內(nèi)容。

2 平面拆除設(shè)計(jì)

(1)拆除順序：樓板→次梁→主梁→剪力墻，采用光碟切割機(jī)及繩鋸切割設(shè)備，保留鋼筋范圍用小型沖擊鉆設(shè)備打鑿，原結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)層平面布置見(jiàn)圖2，結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)層拆除完成后平面布置見(jiàn)圖3。

圖2 原結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)層平面布置

圖3 結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)層拆除完成后平面布置

(2)樓板的新舊混凝土交界位置，采用凹凸打鑿方式，增加新舊混凝土連接的接觸面積，提高樓板水平力傳遞的可靠度，見(jiàn)圖4。

圖4 樓板新舊混凝土交界位置打鑿?fù)瓿擅媸疽?/p>

(3)對(duì)于鋼梁與主體結(jié)構(gòu)的連接節(jié)點(diǎn)區(qū)域，混凝土梁頭采用梯級(jí)打鑿的方式，以提高豎向剪力傳遞的可靠度，見(jiàn)圖5。

圖5 鋼梁與主體結(jié)構(gòu)的連接節(jié)點(diǎn)區(qū)混凝土梁頭打鑿要求

(4)為最大限度地保護(hù)鋼梁連接的混凝土梁梁頭的完整性，避免打鑿過(guò)程損傷，采取了以下施工順序：工序1(繩鋸豎向切割混凝土主梁)→工序2(繩鋸水平切割梯面，或用直徑800mm的水鉆鉆穿)→工序3(用直徑80mm的水鉆鉆穿梯級(jí)下段)→工序4(采用小型沖擊鉆分段鑿除工序2中切割面上下的區(qū)域，形成梯形連接面)→工序5(人工細(xì)鑿)，見(jiàn)圖6,7。

圖6 鋼梁連接區(qū)混凝土梁頭打鑿施工順序

3 豎向施工設(shè)計(jì)

結(jié)構(gòu)拆除自上而下施工，拆建全過(guò)程需滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定、抗側(cè)剛度、承載力等需求，豎向施工方案[2]考慮以下幾點(diǎn)：

(1)理論上采取自上而下施工，拆除一層同步恢復(fù)一層，再向下一層進(jìn)行循環(huán)施工。這樣的施工方式對(duì)主體結(jié)構(gòu)最有利，影響也最小。但施工速度慢，無(wú)法滿(mǎn)足工程需要。

(2)采取分段同步的施工方案。分段指一次性拆除的樓層及重建的范圍，同步指各分段之間按指定約束條件同步施工，如：施工分段最多拆除的樓層數(shù)；下一分段拆除施工開(kāi)始前，上一分段最少新建樓層數(shù)及鋼柱封閉的樓層數(shù)等。分段同步的方式是基于全施工過(guò)程結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定、墻肢穩(wěn)定、抗側(cè)剛度、構(gòu)件承載力等滿(mǎn)足指定可靠度要求下所確定的。

圖7 混凝土梁頭施工現(xiàn)場(chǎng)圖片

(3)施工分段間的相互約束條件，本質(zhì)上是拆和建之間的條件，即拆除樓層的同時(shí)必須按相應(yīng)階段恢復(fù)一定的樓層。如若不帶約束條件，樓層只拆除不恢復(fù)，會(huì)導(dǎo)致非拆除區(qū)剪力墻失穩(wěn)倒塌，結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度不能滿(mǎn)足施工階段抗風(fēng)、抗震要求，存在安全隱患。

以本項(xiàng)目塔樓為例，全樓豎向共分九個(gè)施工段，自上而下，施工段所含樓層數(shù)逐段減少，層數(shù)從7層減少至2層。施工段二、八完成狀態(tài)1-1剖面(圖3)示意圖見(jiàn)圖8，施工約束條件見(jiàn)表1。

圖8 施工段完成狀態(tài)1-1剖面示意圖

施工段層數(shù)劃分與剪力墻穩(wěn)定受力相關(guān)，從層數(shù)劃分上看，上部樓層承受的豎向力小，所以施工段劃分的層數(shù)多；下部樓層承受的豎向力大，所以施工段劃分的層數(shù)少，說(shuō)明施工段層數(shù)劃分規(guī)則符合受力規(guī)律。

樓層的拆除與恢復(fù)施工同步，保證結(jié)構(gòu)在施工各階段保持穩(wěn)定，同時(shí)滿(mǎn)足抗側(cè)剛度及構(gòu)件承載力需求。

施工段二的施工約束條件說(shuō)明如下：1)施工段一為屋面層樓面標(biāo)高～41層樓面標(biāo)高范圍，不包括41層梁板；2)施工段二為41層樓面標(biāo)高～35層樓面標(biāo)高范圍，不包括35層梁板；3)41層開(kāi)始拆除前(新施工段的第一個(gè)被拆除樓層)，新建42層(上一施工段的最后一個(gè)樓層)梁板必須施工完畢，否則不允許拆除；4)38層開(kāi)始拆除前(新施工段的第一個(gè)中間拆除層)，新建43層(上一施工段的倒數(shù)第二樓層)梁板必須施工完畢，否則不允許拆除；5)37層開(kāi)始拆除前，新建42層的鋼柱必須封閉，否則不允許拆除。其余施工階段同理類(lèi)推，最終完成項(xiàng)目的拆、建施工全過(guò)程。

施工段二、八的約束條件 表1

從施工段八完成狀態(tài)(圖8)看，此階段樓層拆除已接近完成，恢復(fù)樓層數(shù)已超過(guò)50%。由此可見(jiàn)，拆、建的約束條件是施工過(guò)程結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定及安全的重要保障。

4 施工段驗(yàn)算

拆、建過(guò)程是主體結(jié)構(gòu)在已受力狀態(tài)下，受力條件、荷載條件及邊界條件不斷變化的過(guò)程。結(jié)構(gòu)的變化過(guò)程容易出現(xiàn)安全隱患，施工段驗(yàn)算工作尤為重要。以下重點(diǎn)介紹施工段墻肢穩(wěn)定的復(fù)核以及提高墻肢穩(wěn)定性的施工措施。

4.1 墻肢穩(wěn)定復(fù)核

樓層拆除過(guò)程中，中部南側(cè)剪力墻的層高會(huì)不斷增加，位置見(jiàn)圖3，墻肢及結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性復(fù)核[3]對(duì)結(jié)構(gòu)安全十分重要。

4.1.1 荷載輸入

樓面恒、活載按正常使用恒、活載(包括樓地面的附加恒載以及磚墻荷載)取值；偏安全地考慮相應(yīng)上部樓層的改建已全部完工；風(fēng)荷載按10年一遇基本風(fēng)壓取0.5kN/m2。

恒、活載按樓層正常使用荷載取值，但實(shí)際施工階段沒(méi)有磚墻、樓面附加恒載?？紤]相應(yīng)的上部樓層已全部完工，實(shí)際情況是上部?jī)H部分樓層恢復(fù)，在荷載取值上，提供了足夠的安全冗余。

4.1.2 墻肢驗(yàn)算

采用MIDAS Gen軟件分別按真實(shí)邊界條件和不考慮有利約束邊界條件(圖3)進(jìn)行模型驗(yàn)算；并采用規(guī)范公式進(jìn)行穩(wěn)定驗(yàn)算。

采用MIDAS Gen軟件按真實(shí)邊界條件進(jìn)行整體模型驗(yàn)算。經(jīng)分析，各施工段的墻肢屈曲模態(tài)基本相似，其中底部施工段八、九的第1階屈曲模態(tài)見(jiàn)圖9。

圖9 施工段八、九第1階屈曲模態(tài)

墻肢屈曲力與實(shí)際墻肢軸力的比值，即安全系數(shù)達(dá)到26.31～38.14，說(shuō)明有足夠的安全冗余。施工段六的安全系數(shù)為26，施工段六以上施工段，安全系數(shù)隨施工段位置的增高而增加；施工段六以下施工段，安全系數(shù)隨施工段位置的降低而增加。施工段五～九計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

真實(shí)邊界條件時(shí)墻肢穩(wěn)定分析結(jié)果 表2

采用MIDAS Gen軟件，不考慮有利約束邊界條件，即被驗(yàn)算剪力墻取消與北側(cè)相連的梁、板有利約束,進(jìn)行整體模型驗(yàn)算。施工段五～九計(jì)算結(jié)果匯總見(jiàn)表3。

不考慮有利約束條件時(shí)墻肢穩(wěn)定分析結(jié)果 表3

由表2，3可以看出：1)不考慮有利約束條件時(shí)的墻肢屈曲力為考慮真實(shí)約束條件時(shí)的30%～50%，北側(cè)梁、板提供的實(shí)際約束作用對(duì)墻肢的穩(wěn)定有利，符合受力判斷；2)在不考慮有利約束條件時(shí)，安全系數(shù)達(dá)11.53～17.52，仍然有足夠的安全冗余。

采用規(guī)范公式進(jìn)行穩(wěn)定驗(yàn)算,不考慮北側(cè)翼墻及周邊梁、板對(duì)墻肢的有利約束。驗(yàn)算墻肢腹板以及南側(cè)翼墻平面內(nèi)穩(wěn)定，計(jì)算簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖10，分析結(jié)果見(jiàn)表4，5。

圖10 墻肢規(guī)范驗(yàn)算簡(jiǎn)圖

墻肢腹板穩(wěn)定驗(yàn)算結(jié)果 表4

圖11 墻肢增加臨時(shí)支撐時(shí)平面布置

圖12 墻肢臨時(shí)支撐現(xiàn)場(chǎng)圖片

圖13 遠(yuǎn)程激光位移傳感器

圖14 遠(yuǎn)程表面應(yīng)變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

圖15 數(shù)據(jù)采集、無(wú)線(xiàn)傳輸、檢測(cè)云平臺(tái)模型

翼墻穩(wěn)定驗(yàn)算結(jié)果 表5

由表4,5可以看出：1)按規(guī)范公式驗(yàn)算時(shí)，由于未考慮有利約束條件，結(jié)構(gòu)安全系數(shù)減小，符合受力判斷；2)按規(guī)范公式驗(yàn)算時(shí)，安全系數(shù)為1.5～6.5，仍然有足夠的安全冗余。

由以上分析可以看出，不同的計(jì)算方式、不同的邊界條件，且在冗余度較高的荷載工況作用下，墻肢穩(wěn)定性可以滿(mǎn)足規(guī)范要求且具有足夠的安全冗余。

4.1.3 墻肢加強(qiáng)措施

(1)考慮理論分析與實(shí)際結(jié)構(gòu)可能存在的偏差，如：垂直度、截面尺寸、配筋率、混凝土強(qiáng)度、澆筑等因素，增加施工臨時(shí)措施，見(jiàn)圖11，12。

(2)考慮項(xiàng)目位于臺(tái)風(fēng)頻發(fā)的沿海地區(qū)，為確保施工階段的安全，設(shè)計(jì)要求改建施工期間，塔樓各層門(mén)窗不能封閉，以減小受風(fēng)面積，降低施工期間風(fēng)荷載效應(yīng)。按相應(yīng)的透風(fēng)率反算，施工階段主體結(jié)構(gòu)可抵御100年一遇的風(fēng)壓。

4.2 其余復(fù)核內(nèi)容

其余復(fù)核按各施工階段最不利工況并采用包絡(luò)設(shè)計(jì)的方法，復(fù)核內(nèi)容包括整體剛度、各類(lèi)構(gòu)件承載力、基礎(chǔ)承載力及變形等，復(fù)核結(jié)果均滿(mǎn)足規(guī)范[4-5]要求。

5 施工監(jiān)測(cè)內(nèi)容

為了確保整個(gè)拆、建過(guò)程能處于安全、可控的狀態(tài)，針對(duì)結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)，全施工過(guò)程增加以下監(jiān)測(cè)內(nèi)容[6]，見(jiàn)表6及圖13～15。主體結(jié)構(gòu)施工已接近尾聲，截止目前，未收到監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)超出警戒值的情況。

監(jiān)測(cè)內(nèi)容 表6

6 結(jié)語(yǔ)

該項(xiàng)目改建施工采用了基于相互約束條件的分段，同步拆、建技術(shù)方案，各施工分段之間相互約束的施工方案，該施工方案是項(xiàng)目施工的需要也是結(jié)構(gòu)受力所需。拆、建施工過(guò)程，主體結(jié)構(gòu)在已受力狀態(tài)下，受力、荷載以及邊界條件不斷變化，施工階段驗(yàn)算工作對(duì)保障結(jié)構(gòu)安全尤為重要。

目前項(xiàng)目主體結(jié)構(gòu)施工已經(jīng)接近尾聲，塔樓所有樓層拆除接近完成，相應(yīng)樓層的恢復(fù)按既定的施工方案要求同步完成。項(xiàng)目施工期間曾遭遇過(guò)兩次超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“山竹”、“天鴿”正面襲擊，臺(tái)風(fēng)最大風(fēng)力達(dá)到16級(jí)，主體結(jié)構(gòu)保持完好無(wú)損，滿(mǎn)足預(yù)設(shè)目標(biāo)。