【doc】国外建筑物整体平移技术的进展

【doc】国外建筑物整体平移技术的进展 国外建筑物整体平移技术的进展 ? 综述? 国外建筑物整体平移技术的进展 张鑫徐向东都爱华 (山东建筑学院工程鉴定加固研究所济南250014) 摘要:结合几项有详细的工程实例,介绍了国外建筑物整体平移技术的发展和 平移中的顶升托换技术及其牵 引设备,为我国的建筑物平移技术提供借鉴. 关键词:建筑物结构移动托换 DEVELOPMENTOFFOREIGNBUILDINGMONOLITHICMOVINGTECHNIQUE ZhangXinXuXiangdongDuAihua (ResearchInstituteofEngineeringAssessmentandRepairofShandongArchitectureandEn gineeringInstituteJinan250014) Abstract:Thedevelopmentofforeignbuildingmonolithicmovingisintroducedhere.Theun derpinningtechniqueandthejackingsystem arepresented.Therearemanyprojectexamplesthatwererecordedindetail,whichprovideso mereferenceforthetechniqueofbuilding' movinginourcountry. Keywords:buildingsstructuresmovingundewinning 0前言 建筑物的整体平移一般是由于旧城区改造,道 路拓宽,历史性建筑保护等原因而进行的,建筑物的 整体平移是指在保持房屋整体性和可用性不变的前 提下,将其从原址移到新址,包括纵横向移动,转向 或者移动加转向.建筑物的整体平移,是一项技术 要求较高,具有一定风险性的工程,要求通过平移和 转动,不仅使移位后的建筑物能满足规划,市政方面 的要求,而且还不能对建筑物的结构造成损坏,应当 尽量给予补强和加固,同时要降低工程造价.建筑 物的整体平移技术在国外应用较早,尤其在欧美国 家应用较多.他们对于有继续使用价值或有文物价 值的建筑物都很珍爱,不惜重金运用整体平移技术 将其转移到合适位置予以重新利用和保护.同时, 西方发达国家对环境保护要求较高,如果将建筑物 拆除,必将产生粉尘,噪声以及大量不可再生的建筑 垃圾,因此,建筑物整体平移技术在发达国家已发展 到相当高的水平,并有多家专业化的工程公司.本 文介绍几个有代性的建筑物整体平移工程,对该 项技术在我国的发展将起到借鉴作用. 1建筑物整体平移技术在国外的发展 世界上第一座建筑整体平移工程是位于新西兰 新普利茅斯市的一所一层农宅,使用蒸汽机车作为 IndustrialConstruction2002,Vo1.32,No.7 牵引装置,当时施工情景见图1…. 现代整体平移技术始于2O世纪初.1901年美 国依阿华大学科学馆平移工程有较详细的技术记 录】,由于校园扩建,将重约60000kN三层高的科 学馆(见图2)进行了整体平移,而且在移动的过程 中,为了绕过另一栋楼,采用了转向技术,将其旋转 图1蒸汽机车牵引农宅平移 图2美国依阿华大学科学馆平移 *山东省科技攻关项目(003150108). 第一作者:张鑫男1964年3月出生硕士教授 收稿日期:2002—02—22 工业建筑2002年第32卷第7期1 了45~(见图3).该建筑物平面尺寸为86ft×115ft (26.2m×35.1m),建筑面积约3000多平方米,此项 移位工程采用的是圆木滚轴滚动装置,用了675个 直径6in(152.4mm)圆木滚轴,用800个螺旋千斤顶 将建筑物顶起,采用木梁托换,用30个螺旋千斤顶 提供水平牵引力,这一技术在当时的土木工程界引 起了相当大的兴趣和广泛的评论.该楼至今仍在使 用,已经历了百年考验. 图3科学馆在平移过程中旋转45. 在以后loo年的时间里,许多国家都有过移位 工程的实例.1982年,位于英国伯明翰的一所会计 事务所,由于超市扩建,需将其移至8.05km以外的 地方.平移时,首先在房屋地面下建造225mm厚的 钢筋混凝土板,然后用千斤顶将其顶起,放入滚动装 置进行移动.1983年英国兰开夏郡Warrington市 对一座历史悠久的学校建筑进行了整体平移,由 于道路拓宽不得不将这座具有历史纪念意义的建筑 纵向平移15m,在托换顶起建筑物时使用了专用托 换装置,并用环氧树脂技术对建筑物进行加固,在建 筑物基础下浇筑一个钢筋混凝土水平框架(上轨道 梁),在该框架下建造另一个框架(下轨道粱)与片筏 基础连为整体,并延伸至新位置,两个框架之间留有 间隙放入滚轴,并涂抹润滑油,用卷扬机和钢丝绳做 牵引装置,其采用的牵引装置和平移方法与国内的 许多整体平移工程相似,如图4所示HJ. 图4英国一座历史悠久的学校建筑的平移 1998年,美国的一所豪华别墅,建筑面积约 l100m.从波卡罗顿长途跋涉loo多英里到皮斯 城,建筑物进行顶升托换时用了64个150kN千斤 2 顶,这座移位工程的特殊之处在于这座别墅在行进 中必须经过一条运河,在这段路程上采用一艘特殊 的船体作为运输工具,通过调节船中的水量 (1920OOUSgal,约合872.7m3)来保证该建筑物从陆 地到船上和从船上到陆地的平稳性,如图5所示. 该建筑物基础为混凝土桩基,桩基切断时钢筋留有 足够的连接长度,以便移至新位置时的连接. 图5美国一所豪华别墅移位100多英里 1999年1月25日美国明尼苏达州Minneapolis 市对Shubea剧院进行了平移,平移采用的平板拖 车自身具有动力装置,在平移现场外观看不到牵引 设备,令人惊叹不已,参观者络绎不绝,新闻媒体广 泛进行报道,平移工程取得圆满成功.为了增加其 整体性,在墙下浇筑混凝土墙对建筑物进行加固. 将剧院内斜地面开挖20ft(6.1m)深,然后填砂至地 面下5ft(1.52m)处,在此空间内设置主次钢梁托换 系统(重2270kN),托换时用138个千斤顶,l9个液 压泵站,分3个区顶起8ff(2.45m),置入移动平板拖 车,移至指定位置后,将托换钢梁取出,建筑物落至 新基础上.整个工程用了70台移动平板拖车,其中 20台为自带动力.该剧院位于市中心,交通压力很 大,因此平移前制定了详细的行走路线,如图6所 示,在经过第6大街前,先旋转90o,使建筑物主立面 面向Hennepin路,还要绕过Glueek餐馆,在建筑物 转向时,计算出了所有拖车轮子的转动角度,图7为 经过第6大街时的现场. 图6Shubert剧院行走路线 1999年6月美国卡罗莱纳州为了使Hatte瑚角 工业建筑2002年第32卷第7期 图7Shubert剧院经过第6大街时的现场 海水的一座灯塔不再遭受海水侵蚀,当局决定将其 移至1600ft(487.7m)外的地方,由于地形的原因, 移动的轨迹达2900ft(883.9m).这座灯塔高61m, 重达44000kN(图8)与以往的移位工程相比,这 项工程无论从设计上还是从施工上都达到了很高的 水平.为了确定灯塔的自重,采用了世界上最先进 的液压顶升系统,由100个千斤顶将其顶高5ft(1.52 m),为了保证此高耸结构的稳定性和承载力系统的 可靠性,采用扩大钢梁作为底盘(图9),用钢梁铺成 7条行走的下轨道,设置14根跨越7条下轨道的长 滚轴,液压千斤顶提供水平牵引力,每min行走2.5fl (0.76m),同时采取了许多措施来避免运输中可能 遭受的暴风雪的侵袭和地基的破坏"J. 图8美国卡罗莱纳州Hatteras角海岸灯塔平移 9煳塔平移时采用扩大钢梁作为底盘 1999年9月16日至19日,丹麦哥本哈根飞机 场由于扩建需要而将候机厅从机场一端移至另一 端,经过4个月的准备工作,在4d之内移动2500m. 该建筑物建于1939年,长110m,宽34m,2层,局部3 层,钢筋混凝土框架结构,移动时,将1层内外墙体 国外建筑物整体平移技术的进展——张鑫.等 全部拆除,在1层中间高度处用水平和斜向钢结构 均 支撑进行加固,并通过这些支撑将建筑物的荷载匀地落在60台自推动多轮平板拖车上,用金刚石链 条锯将框架柱在地面处切断,为了保证移动的速度, 采用了多种规格的自推动多轮平板拖车,在车上安 装了自动化模块和电脑设备,借此来自动调节或 Y方向的同步移动以及补偿方向不同路面之间的 沉降差,而且能够自动确定旋转中心.由于平移时 不能影响到飞机起降,整个工程在时间上进行了详 细安排,基本上都是在晚上进行的(图10).由于各 拖车荷载分配与计算不一致,平移时建筑物内部出 现了一些细小裂缝. 10丹爱哥本哈根E机场候机厅平移 2平移设备 早期的平移工程使用千斤顶(螺旋,液压)牵引 较多,有的工程也用卷扬机作为牵引设备,在河道和 海上使用船只拖运的工程也有若干例,目前使用最 多的一种移动设备是多轮平板拖车,如图11所示, 一 般由汽车或挖掘机等进行牵引,最近又出现了一 种自身可提供动力的多轮平板拖车,并在多个工程 的应用中获得了理想的效果. 图11多轮平板拖车 图12托换装置 (下转第6页) 3 重为1.39G时,FG/57.当滚轴直径为40ram,建 筑物自重为G时,FG/61;建筑物自重为1.19G, FG/58.6;建筑物自重为1.39G时,FG/40.当 滚轴直径为18ram,建筑物自重为G时,FG/50.4; 建筑物自重为1.19G时,FG/46.5;建筑物自重为 1.39G时,FG/34.从以上分析可以看出,随着建 筑物自重的增大,F与G的线性比例在逐渐增大. 实际工程中所移动的建筑物大都在10000kN以上. 表2为实际工程所测到的启动牵引力F与建筑物 自重G的关系.从表2可以看出,实际工程中F与 G的线性比例约为1/14,1/25之间,由本次试验和 实际工程分析所得规律是一致的,即建筑物重量越 大,F与G之比越大.原因是建筑物重量越大,其 与滚轴相接触处轨道变形越大,因而牵引力越大. 表2实际工程中,与G的比值关系 临沂国家济南种子济南王舍莒南岭泉东营庄西 参数安全局办公司工程人供电所信用社采油厂 公大楼 G/kN596OO28300l9300l74OOl16OO F/kN4227l4599238l1452 ,1,1411/1941/2091,,1411247 3.2加速度时程反应曲线测试 加速度时程反应曲线通过信号分析仪外接打印 机绘出,加速度大小通过信号分析仪记录出结果. 图9和图10分别为滚轴直径为18mm时建筑物模 型自重为G的情况下,具有代表性的时程反应曲 线.从图中可以看出以下几方面规律: (1)同一层加速度时程反应曲线中,启动时加 速度和卸载时加速度均比中间过程大,而且启动时 加速度小于卸载时加速度. (2)在底层,第4层和顶层这3层的加速度中, 底层加速度最大,第4层加速度最小. (3)无论是加载还是卸载,各层加速度峰值出现 的时刻相同,即说明各层在第一振型中出现加速度 最大值. (4)加速度持续时间一般在32,38s之间变动. (5)一般情况下,中间过程加速度小于加载和卸 载时的加速度值,但如果轨道不平时,中间过程加速 度将会很大.图10为轨道不平时加速度时程反应 曲线,从图中可以看出,在16s左右时,加速度峰值 相当大. 箍 .:?蛹?…vv_帅啼—…v ==:量嘶和?…一 ::}一Z-71-2Z一;一…,,一一…;一一 ————?制—_————巾———??w; , {一…j . 图9滚轴直径为18mm,模型自重为G时加速 度时程反应曲线(轨道较平整时) . 们r—i1iI' . . 簟鼍簟…V一.otL一一i,…...—一..J一,I一 ?…一扣一一 . ?L.一l.1.I一J }—??…v ?,=叼.0 图l0滚轴直径为18mm,模型自重为 G时加速度时程反应曲线(轨道不平整时) 4结论 通过试验分析可知,建筑物整体平移所需的启 动牵引力F随着建筑物自重的增大而增大,但并不 呈线性比例关系,其增加的速度大于自重增加的速 度;启动牵引力F与滚轴直径的大小成线性反比 关系,即牵引力F随滚轴直径的增大而成比例减 小.平移过程的加速度在启动和卸载时最大,但持 续时间比较短.建议根据实测加速度时程曲线及阻 尼比进行动力分析. 参考文献 1张鑫,徐向东,都爱华.国外建筑物整体平移技术的进展.工业建 筑,2002,32(7):1—3 2张天宇.建筑物整体平移中的动力分析.福建建设科技,1998(4) 3姚国中,黄自新.房屋整体平移技术及模拟试验研究.建筑结构, 1995(11) (上接第3页) 3托换装置 国外在对建筑物平移时一般将其顶起进行托换 (专用托换装置如图12所示),然后置入平移设备, 托换时放入纵横向钢梁或木梁,对一些受力复杂的 结构使用了专用的托换装置,并获得了专利. 参考文献 1LamarKay,PanDeitzandStartBadger.PhotofromSouthc0nlbesC011ec— tion,NewPlymouth,NewZealand.TheStructuralMover,1999,17(1) 2LamarKay,PanDeitzandStanBarber.UniversityofIowaWork.The 6 StructuralMover,1999,17(1) 3PrykeJFS.Underpinning,Framing,Jacking—upandMovingBrickand StoneMasonryStructures.Proc.ICEC0nf.LOndon.1982 4PrykeJFS.Relevelling,RaisingandRe—sitingttistoricbuildings. Proc. Syrup.IABSE,London,1983 5KimBrowniz.FromBocaRatontoFortPierce.TheStructuralM0ver. 1999,17(1) 6ETALCO.TheShubertTheaterWasSelf-Propelled.TheStructuralMover. 1999,17(2) 7JimAnders.TheHatterasLighthouse.TheStructuralMover,2000,18(1) 8JohnLewis.ForgedMasterCylinderGivesLighthouseaLiftDesignNe— ws.Boston.1999 9GiniKoster.Supermove'99CopenhagenAiq~ort.TheStructuralMover. 2000,18(1) 工业建筑2002年第32卷第7期