大数据分布式调度系统通天_建筑结构丨某佛塔巨型通天柱底层拔柱改造工程设计与施工研究...

[摘要]

图1佛塔实景

塔体下采用桩筏复合基础&＃xff0c;筏板厚度为1200mm&＃xff0c;底部、顶部配筋均为D25&＃64;125&＃xff0c;桩为泥浆护壁钻孔灌注桩&＃xff0c;桩径为600mm&＃xff0c;单桩极限承载力标准值为2400kN。地下1层其余框架柱下基础为独立承台桩基。

佛塔基础与框架柱混凝土强度等级为C40&＃xff0c;梁、板混凝土强度等级为C30。该工程抗震设防烈度为7度&＃xff0c;设计基本地震加速度为0.1g&＃xff0c;场地类别为III类&＃xff0c;设计地震分组为第一组&＃xff0c;建筑物重要性类别为丙类。

图2 某高层佛塔建筑平面图

图3 某高层佛塔建筑立面及剖面图

该佛塔始建于2015年&＃xff0c;2016年6月主体结构封顶但尚未竣工。由于使用及装饰布展的需要&＃xff0c;地宫层通天柱位置需供奉佛祖真身舍利&＃xff0c;业主拟拔除地下1层(-4.900至-0.050标高范围内)通天柱&＃xff0c;见图3(b)中阴影部分&＃xff0c;故需对已建成的结构进行相应的托换加固处理。

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2.1托换实施方案

通天柱直径1200mm&＃xff0c;根据计算&＃xff0c;恒载D作用下2层柱顶轴力约为4600kN&＃xff0c;标准组合(恒载D&＃43;活载L)作用下2层柱顶轴力约为5500kN。由于拟拔除柱截面尺寸较大&＃xff0c;常用的托梁拔柱方法中托换梁梁底受力钢筋无法直接穿过框架柱&＃xff0c;且在柱范围内箍筋也无法连续设置&＃xff0c;达不到托换的效果。因此本次托换借鉴《建(构)筑物托换技术规程》(CECS 295&＃xff1a;2011)^[6]及《建筑物移位纠倾增层改造技术规范》(CECS 225&＃xff1a;2007)^[7]中抱梁托换的做法&＃xff0c;如图5所示。

考虑到拟拔除柱荷载较大&＃xff0c;托换过程中完全采用临时支撑承担上部荷载时对施工过程控制要求较高&＃xff0c;支撑发生较小竖向变形也会对上部结构受力造成巨大影响。因此&＃xff0c;托换方案制定时充分利用拟拔除柱截面尺寸大的特点&＃xff0c;将通天柱切成如图6所示的截面&＃xff0c;利用中间保留的素混凝土截面承受上部荷载(素混凝土截面承载力N&＃61;600×600×19.1&＃61;6876kN)。此外&＃xff0c;采用如图7所示的临时支撑作为第二道防线。

±0.000标高处与通天柱连接的径向框架梁呈辐射状&＃xff0c;间距较小&＃xff0c;地下1层通天柱拔除后&＃xff0c;径向框架梁跨度增加了一倍(约12.0m)。若将该层径向框架梁加固后作为托换梁&＃xff0c;施工难以实现&＃xff0c;特别是径向梁相交处及径向梁与塔体框架边柱节点处&＃xff0c;钢筋排布密集、锚固困难。因此&＃xff0c;托换前将该层梁、板先凿除&＃xff0c;重新制作型钢混凝土梁作为托换梁&＃xff0c;梁截面尺寸根据跨度取600mm×1000mm(混凝土强度C45)&＃xff0c;内置HN700×300×13×24热轧H型钢(Q345B)&＃xff0c;型钢混凝土梁与通天柱及塔体框架边柱连接做法见图8。型钢混凝土梁较普通混凝土梁顶部、底部配筋少&＃xff0c;便于钢筋锚固&＃xff0c;同时型钢混凝土梁刚度大&＃xff0c;能够有效减小梁的挠度。

2.2临时支撑设计

新增型钢混凝土梁L1需先将地下1层通天柱(φ1200)凿成600mm×600mm素混凝土方柱&＃xff0c;以便型钢穿过。地宫层通天柱柱顶在恒载下的轴力约为4600kN&＃xff0c;在标准组合下的轴力约为5500kN&＃xff0c;计算得到保留的素混凝土方柱轴压比分别为0.67&＃xff0c;0.8。施工过程中可不考虑地震作用&＃xff0c;因此600mm×600mm素混凝土方柱本身可承担上部结构传导的轴力作用&＃xff0c;并有一定的安全度。

考虑到施工过程中可能出现的意外因素&＃xff0c;为增加托换过程中结构的冗余度&＃xff0c;托换施工前在1层(地宫层上一层)增设了图7所示的临时支撑作为第二道防线。

图4 佛塔结构三维轴测示意图

图5 抱梁托换做法示意图

图6 通天柱截面切割

图7 临时支撑布置

临时支撑按照通天柱上部荷载由其全部承担进行设计&＃xff0c;当600mm×600mm素混凝土方柱因意外因素失效时&＃xff0c;临时支撑作为第二道防线&＃xff0c;承担通天柱上部全部荷载。计算时临时支撑两端按照铰接考虑&＃xff0c;按照长细比(不超过100)与应力比(不超过0.4)进行控制&＃xff0c;截面取为HW400×400×18×28热轧H型钢(Q345B)。

(a)原结构平面

(b)托换后结构平面

(c)A-A剖面

(d)型钢梁与框架边柱连接节点做法

图8 托换结构体系平面布置

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图9 拔柱施工总体流程图

图10 临时支撑现场安装照片

(a)凿除-0.050m标高相关范围内梁、板

(b)凿除通天柱周边混凝土

(c)制作并浇筑型钢混凝土梁

(d) 切割素混凝土柱

图11 托梁拔柱施工过程

图12 现场照片

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图13 结构托换完成

图14 托换节点有限元模型

计算得到中震下转换梁中型钢应力水平见图15&＃xff0c;型钢及钢筋塑性应变见图16。根据有限元计算结果可知&＃xff0c;在设防烈度地震作用下&＃xff0c;转换节点区域托换梁钢筋和钢骨尚未屈服&＃xff0c;柱与转换节点交接处局部柱钢筋因应力集中发生少量塑性变形&＃xff0c;但整体仍处于弹性状态。表明转换节点受力性能可靠&＃xff0c;能够达到中震弹性的性能化水准要求。

图15 中震下转换梁中型钢应力/MPa

(a)型钢

(b)型钢混凝土梁钢筋

(c)通天柱钢筋

图16 型钢、钢筋塑性应变

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