整体平移与隔震加固工程的托换构造设计与施工

  吴二军，石少雄，张  盼，张富有，袁开军

 （河海大学土木与交通学院，江苏南京  210098）

[摘要]既有建筑整体平移、隔震改造工程对结构托换提出了新的技术要求，结合宿迁中学隔震加固工程，着重解决了隔震和平移的协调问题与结构缝位置处柱的非对称托换问题，具体包括：隔震支墩、柱托换节点的构造设计和相应的施工步骤。

[关键词]加固；整体平移；隔震；隔震；支墩；非对称托换；设计；施工

[中图分类号] TU746.4  [文章编号]1002-8498(2016)04-0107-03

1  工程概况

 宿迁钟吾中学科技楼建于2002年，为一不规则建筑群，总建筑面积9 470m2。由A1，A2，A3，B，C，D6部分组成（见图1），均为钢筋混凝土框架结构。各部分层数、层高均不相同。任意相邻2栋楼房之间为结构缝，缝宽80~100mm。基础形式为钢筋混凝土条形基础。该地区抗震设防烈度为8度(0.3g)，场地类别Ⅲ类，地震分组为第一组。经抗震鉴定，承载力和局部构造不满足乙类抗震设防要求，需进行抗震性能加固。

 经过工期、技术可行性和经济性综合对比，决定采用隔震技术方案。本建筑群由6部分组成，结构不规则，整体托换进行隔震较为困难，因此采用6部分分别隔震的方法。隔震结构在地震发生时将产生较大的水平位移，四周应设置隔震沟，以保留足够的地震水平位移空间。本工程经隔震位移计算后确定最小保留水平位移空间为250mm，显然现有抗震缝宽度远远不满足其要求。因而，课题组提出平移隔震技术方案，将A1，A3这2栋7层楼房分别向左、右平移520mm，B，C，D3栋2层楼房向后平移420mm（见图1）。该工程中需进行二次托换：第1次是将原墙、柱竖向荷载托换到一个托换底盘上，然后通过移动支座传递给移位轨道；第2次托换是将上部结构荷载从移动支座转换到隔震支座上，然后传给隔震支座的支墩。在两次托换过程中，托换节点、托换构造以及施工工艺需同时考虑结合既有结构特点和平移、隔震的技术要求。

2  关键部位构造设计

2.1  平移轨道平面布置

 本工程平移距离短，因此平移下轨道和隔震下支墩一体设计，仅需对原条形基础局部加宽延长即可。A2无需平移，但存在室内大空间，因此增加1个隔震支点。A1，A3分别将原条形基础向左、右加宽，B，C，D向北加宽。平面布置如图2所示。图2中可明显看出，改造后隔震下支墩形心与原条形基础中轴线出现明显偏心，因此应适当加宽，加宽后偏心荷载作用下的基底附加应力应满足《地基基础设计规范》GB50007-2011的相关要求。

2.2  隔震下支墩构造

 A2楼平面位置不变，直接施工托换底盘，在原位置进行隔震下支墩改造，构造相对简单。其余各部分均需要进行平移，隔震支墩与原柱出现偏心，取A1楼北侧轴线上典型的隔震支墩为例，给出改造的支墩构造如图3所示。隔震下支墩中设置连接隔震支座的钢预埋件。为满足兼做移位轨道的要求，隔震支座预埋件两侧铺设平移用钢板，其平面布置如图4所示。

2.3托换结构

 该组合建筑群各部分均为框架结构，托换结构采用平移工程中常用方法：柱托换采用钢筋混凝土抱柱梁托换，墙体采用双夹梁托换，大空间部分设矩形截面连系梁。但本工程结构缝（抗震缝和沉降缝）两侧的柱间隙仅有10cm，采用常规的四周抱柱梁形式时，施工操作空间不足。以A1区楼房为例，图5中⑪轴JD1右侧和A2区楼房中柱相邻，H轴JD1和B区楼房的柱相邻，因此，有针对性地设计了混凝土非对称托换节点构造，并申报了国家发明专利，其构造如图6所示。

3  特殊部位施工技术措施

3.1平移与隔震支座安装施工步骤

 本工程施工突出特点有两个：①如何在既有框架柱下施工隔震上下支墩和安装隔震支座；②需要统筹考虑隔震和平移的技术要求安排施工工序。

 具体施工步骤如下：①柱托换节点高度范围内柱表面凿毛，钻植筋孔和穿柱螺栓孑L；②植入隔震下支墩（兼平移轨道）钢筋，预埋隔震支座用钢预埋件（见图4）；③支模，浇筑下支墩混凝土，养护；④在下支墩上铺设平移用下轨道钢板，摆放滑动支座，高度略大于隔震支座高度；⑤支模，绑扎钢筋，设置隔震上支墩预埋件，浇筑柱托换节点和托架梁；⑥托换结构养护至设计强度后，用线切割锯将柱切断，应设上下2条切割线；⑦将混凝土柱在切割线上部、下部突出隔震下支墩和上支墩的部分凿除，水泥砂浆找平；⑧安装、调试平移设备和监测设备；⑨试平移，正式平移至设计位置；⑩安装隔震支座下支墩钢板；⑪安装隔震支座上部钢板和隔震支座，调平；⑫缝隙内采用水泥浆灌缝；⑬养护至设计强度后，拆除移动滑块，进行水平度测试；⑭检测合格，将隔震支座的固定钢板与隔震上、下支墩中的钢预埋件焊接；⑮隔震支座钢件的防锈处理；⑯隔震沟等其他部位施工。

3.2  非对称托换节点施工步骤

 因结构缝空间狭小，非对称托换节点的施工较为困难，具体施工步骤如下：①将柱无结构缝的三面在托换节点高度范围内凿毛，柱内钻螺栓孔；②用小砂轮伸人结构缝，将柱托换节点高度范围内抹平，冲洗晾干；③将托换用的预留钢板摆放至结构缝内，定位，在柱内已钻好的螺栓孔内穿螺栓，端部涂油漆，在钢板上标记出螺栓对应位置；④取出钢板，在钢板上开螺栓孔；⑤重新将钢板摆放在结构缝内，定位后将与之垂直的两个侧面的托换梁中的水平钢筋与之焊接；⑥将其架高至超出托换节点标高，用长木板在柱表面涂抹结构胶，尽量涂抹均匀；⑦将钢板下落至托换节点标高，粘贴至柱表面，螺栓孔对中；⑧安装平移滑块，绑扎抱柱梁钢筋，支模，浇筑另外三个面的抱柱梁，梁内预留螺栓孔；⑨养护至设计强度后，穿入螺栓，结构缝内用不超过3cm的螺母旋紧。

4  结语

 本工程已于2014年底完工。工程中解决了隔震支座安装与平移两阶段施工对局部结构构造与工艺提出的特殊要求，发明了混凝土柱非对称托换技术，可为类似工程提供参考。