大同市展览馆始建于1969年,位于大同市红旗广场北侧,坐北朝南。建筑平面呈H形布置,东西向总长约171m,南北向最宽处约72m,总建筑面积约18200m 2 ,是大同市具有代表性的近现代优秀建筑。整幢展览馆结构共设置6道变形缝,自基础起6道变形缝将整幢建筑分成7个相对独立部分。编号为A~G,如图1所示。D分区为3层结构,其余分区均为2层结构。1,2层层高为7.2m,3层层高为6.1m。地下1层(F,G区除外),地下室层高4.5m。
图1大同展览馆分区
迁移规划
由于大同市古城保护修复计划,展览馆位置正处于古城西城轴线及瓮城(E,F,G 3区域占建)修复范围内。经市政府广泛征求意见,最终确定对市展览馆进行保护性整体平移,迁移后房屋移至距离古城墙约74m。新址、旧址及城墙位置如图2所示。
图2新址、旧址及城墙位置示意
1)路线1:房屋整体向北平移85m后,在中间址旋转90°,再向北平移125m,向西平移60m,到达新址。
2)路线2:根据房屋结构特点及建筑形式,将房屋分成5个区进行平移旋转。即原来的(A+B)区作为1个整体进行旋转,C,D,E区分别为1个独立单元体进行平移旋转。(F+G)区作为1个单元体进行旋转,各个分区进行单独平移与旋转,到达新址后对接,各平移步骤如表1所示。
表1 路线2平移步骤
通过分析对比:路线1平移距离相对较短,路线简单,理论施工工期短,变形缝位置宜发生错移,不利于房屋结构;路线2分体进行托换,结构受力明确,旋转施工易控制,有利于结构安全,路线复杂,要同时采取移位保证工期,平移后合龙对接要求控制精度高。最终经过专家论证,选择路线2平移更有利于结构受力安全,底盘筏板量小,平移时更加容易控制,且更快让出(F+G)区,方便修复计划展开,经过专家论证后,认为路线2更优。
平移装置主要有支座式滑移、钢辊滚移、三维可控悬浮顶支座滑移。滑移较平稳、方便施工、偏位时易调整、摩擦阻力相对较大,需选择适合的减摩材料;滚移摩擦系数较小,对动力要求较低;三维可控悬浮顶平移时能上下伸缩对施工平整度进行可控调节,常在大体量、荷载重、结构松散、平移路线复杂的建筑平移时使用。
最终根据展览馆带有施工缝且移位路线较复杂等特点选择悬浮顶滑移加临时钢管滑脚支撑平移方式,为展览馆精确合龙创造了条件。
托盘计算
大同展览馆墙体托换采用墙下单肢梁托换法和墙侧双肢夹墙梁托焕法,如图3所示。单肢托换主要应用在变形缝2侧需分离的墙体,双肢夹墙梁应用于常规内外墙及结构柱。经计算得出最大柱荷载为2310kN,柱径1.05m×1.05m;最大墙荷载约为490kN/m。根据广州鲁班建筑防水补强公司和华南理工大学合作试验曾得到的关于界面受剪承载力设计值设计回归公式(1)。
式中:V为界面受剪承载力设计值;f c 为新旧混凝土轴心抗压强度设计值;A为抱柱梁与柱体接触面积。
a 单肢梁托换
b 双肢梁托换
图3 墙体托换
查阅同济大学研究报告得出,C30界面混凝土未进行凿毛处理,最大承受荷载为330kN,界面进行凿毛处理,最大承受荷载为1461kN。(试验柱截面为400mm×400mm;抱柱梁宽250mm×高400mm)计算得出为未凿毛K1≤V/fcA=0.036;凿毛时K2≤V/fcA=0.16,两者取平均值求得托换梁高度最小值如式(2)所示。
式中:K为凿毛面剪切摩擦力调整系数,K=(K 1 +K 2 )/2;b为托盘梁宽度。托盘梁本身抗剪承载力计算如式(3)所示。
式中:ρ sv 为箍筋配筋率;λ为剪跨比,且当λ<1.5时取1.5,λ>3时取0.5;k为调整系数,建议当λ<1.5时取1,λ>1.5取0.5;fyv为箍筋抗拉屈服强度;本工程箍筋为 Φ 8,HPB300,间距200mm。
施工过程中上托盘梁高0.7m、宽0.35m,安全系数为1.78,且自身抗剪V=6611.5kN,满足要求。
移位装置受力
(A+B)区,C,D,E,(F+G)区采用悬浮顶滑移加临时钢管滑脚支撑,如表2所示,每个区使用100t悬浮顶和临时钢管滑脚,受力<1MPa。
表2 各分区悬浮顶和滑脚装置的数量
底盘结构
底盘结构是整个建筑物移位基础,承受滑动面以上全部动、静荷载。采用C30钢筋混凝土,由下滑梁、旋转轨迹梁、联系梁、反力后背、限位挡等组成。下滑梁作为平移轨道基础,根据平移路线进行布置,对表面平整度要求高。
室内采用条形基础,并适当增加横向夹墙梁增加整体性;室外平移路线复杂,多个房屋单元体需要多次折线平移和旋转施工,故室外过渡段及新址基础均采用筏板基础设计,根据筏板计算,设置内“T”梁型式;筏板顶标高与室内条基的顶标高一致。
由于5区基础埋深与A~E区基础埋深高差为1.5m,根据计算需要底盘需1m梁高,故底盘梁顶面标高按5区基础埋深考虑,尽量使底盘托盘设计不占用现有层高空间,最终底盘梁顶标高确定为-3.500m,梁底标高为-4.500m(见图4)。施工底盘梁时,(F+G)区需将原基础挖出,即挖至-4.500m,暴露出柱独立基础和墙基础,室内段底盘梁施工前需对承台结合部位、柱及砖墙基础进行凿毛,以利于与下滑梁混凝土良好结合,保证共同受力。A~E区段现有地下室地坪标高即为-4.500m,故施工底盘梁时,仅对现有地下室地坪进行凿除,然后对室内的回填土进行夯实,作为持力层。
图4 分区墙体底盘滑移条基结构设计
顺利旋转是工程成功关键,合理的旋转轴位置和随建筑位置调整千斤顶旋转配套装置是难点。(F+G)区顶推旋转如图5所示。
表4 各分区牵引设备完成平移实际台数
图5(F+G)区顶推旋转示意
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