其实建筑可以很“疯狂”

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摘要：本文以笔者参加过的有关建筑结构改造加固方面实际工作经验为基础，并以结合相关实际工程实例的方式，综合阐述了近年来有关各类型建筑物升降改造或修缮的一些实用有效的措施方案。

关键词：断柱 荷载托换 反力架 结构升降

中图分类号： TU3 文献标识码： A 文章编号：

其实既有的建筑物结构，在改造加固技术及工艺日趋成熟的现今，除了像地球上所有的生物一样无法抵抗衰老至灭亡的命运，它们已经迎来了一个真正“解放”的时代，一个可以随心所欲 “偷梁换柱”的时代。随着人类社会迅速发展，各个领域对生产及生活的要求日益提高不在话下，提高就必然会走向特殊化，而与人类生产及生活如此息息相关的建筑物还可以故作冷静地无动于衷吗？纵观社会，随着建筑施工新技术的不断创新开拓，新型化学建材的不断发展，大至隧道可以从高层建筑物基础底下地肆无忌惮地穿过，地标性建筑物也可以从山脚慢慢散步到山顶去看日出，小至可以轻而易“举”增插楼层或者掘地三百尺下挖地下室，等等成功的案例数不胜数。以下文章内容将着重于介绍建筑物“疯狂”改造领域中一个较大部分——建筑物结构升降改造或修缮。

建筑物结构升降改造涉及的主要实际内容有建筑物某楼层部位整体（或局部）升高后增插新楼层、某楼层层高升高或降低、整体建筑物升高等；建筑物结构升降修缮涉及的主要实际内容为建筑物倾斜纠正。

提到建筑物结构升降的话题，必然涉及断柱及荷载托换。很多读者看到“托换”的第一反应就是联想到较常接触的基础托换，但是实际上托换才是所有结构改造加固修缮工程的真正主角。例如断柱后建筑物升降活动，这个过程中的托换是将柱承受的全部竖向荷载转换到其它设备装置上，这种转换是临时的。而最常见的梁柱外包钢加固，某个角度上也可以理解为将构件上的部分荷载转换由钢材去承受，这种转换是永久的，至少是与建筑物设计使用年限相当的长期存在。

（一）、钢爬架托换顶升技术

钢爬架托换顶升技术是根据内外筒套相对性伸缩移动限制运动方向的原理，并结合插销锁死装置，由型钢组焊而成的托换顶升专用工具，并利用该工具实现结构升降改造的目的。其主要适用于升降量较大且托换重量较小的混凝土结构或钢结构升降工程。当然，通过合理设计该技术亦可使用于托换重量较大的同类工程中。钢爬架托换顶升工具其主要部件分为芯柱及外筒套，详见以下示意图。

广州市内某楼盘，别墅群依山而建，其中部分别墅建筑均利用钢爬架托换顶升技术实现了升高后增插新楼层、楼层层高升高或降低等，目前最大顶升高度到达3米，详见以下图片。通过总结多个成功工程实例阐述此类工程的设计要点及其将牵涉到的有关施工操作问题。

1、钢爬架设计

（1）、各部件强度、刚度、稳定性、焊缝等计算

该项内容为所有设计工作中的基本，按国家现行有关规范规程设计及制作，此处不再赘述。值得要提出是部件截面选择及设计时应注意的问题：

A、为满足插销孔边缘的完整性和光滑度，通常选择在型钢的腹板面进行钻孔加工，国标热轧型钢腹板均相对较薄，型钢在开孔削弱后需重叠焊接钢板进行等强度加强。

B、应充分考虑焊缝的位置及其高度对芯柱和外筒套相对伸缩移动的阻碍影响，一般应保证芯柱外截面尺寸与外筒套内截面尺寸有3-5mm空隙以满足升高（或降低）施工操作的可行性，避免中途出现芯柱与外筒套卡死导致工程终止。

C、选择截面时还应结合以往类似工程实例进行全面统筹考虑，着重提高钢爬架普遍适用性的设计水平，以提高材料使用率而达到控制施工成本的经济目标。

（2）、芯柱、外筒套长度及插销孔设计

芯柱、外筒套长度设计主要依据为本楼层高度及将需升高（或降低）的高度。应保证升高后（降低前）芯柱超过其总长度1/3的部分留置在外筒套内部以保证其稳定性。如需升高高度较大，可以通过上移外筒套安装高度此措施来减少芯柱设计长度，节约材料的同时消除型钢驳接焊接薄弱截面。当芯柱长度必须超过本楼层高度时，可以对楼板进行开孔处理以消除阻碍。

插销孔设计主要考虑千斤顶最大提升高度来确定统一的孔距，常用的液压千斤顶或螺旋千斤顶最大提升高度约为20-22cm，因此插销孔孔距一般宜按10cm布置，同时考虑到升高或降低改造工程的普遍适用性，芯柱上插销孔宜通长布置，外筒套上插销孔宜两端各布置若干个。

（3）、千斤顶及其放置位置选择

千斤顶及其放置位置选择通常可根据升高和降低这两种改造情况来确定。当为升高改造时，可选择液压千斤顶或螺旋千斤顶，宜在外筒套顶面芯柱两侧位置各设置一个。当为降低改造时，只能选择螺旋千斤顶，放置于外筒套顶面或底部位置均可。

2、钢爬架安装及连接锚固要点

钢爬架托换荷载并顺利完成顶升目标存在最关键核心的问题是与原结构可靠连接，其安装应遵循以下几个原则：

（1）、爬架必须紧靠框架柱安装以达到最大限度的限制断柱托换后顶升水平自由度的目的，芯柱与外筒套应分别安装固定在上下两段断柱上。

（2）、爬架安装位置优先考虑于柱侧梁底，芯柱直接轴心受压托换梁端荷载，尽量避免芯柱非轴心受压，降低连接的风险性。如现场实际条件限制，芯柱无法直接与安装于梁底形成轴心受压托换梁端荷载的情况，需加设钢牛腿焊接于芯柱上端直接卡在梁底连接，不宜只采用结构胶粘贴及对穿螺栓锚固的侧向连接方式。总结工程经验得知，升高（或降低）过程无法避免因不均衡导致结构内部产生的扭力和侧向应力会使结构胶粘贴面整体剥离。

（3）、外筒套宜座落于楼承板上，如外筒套因现场实际条件限制或为方便施工操作需通过螺栓锚固连接悬空安装在框架柱侧，外筒套下方宜加设驳接钢管支撑将大部分荷载直接传递到下一层框架梁结构或楼承板上。

（4）、同一轴线上框架柱爬架安装位置宜按相邻柱位分别设置在框架柱的柱高和柱宽一侧相对错开布置，以达到相互间限制水平自由度的目的。

3、施工前准备及施工操作要点

（1）、断柱前水平线基准线设定

在安装好所有托换顶升爬架后，断柱前需采用水准仪于柱身断开部位的上下各设定统一基准水平线，上下两基准线间距离宜为整数并在各个柱面上做好水平线标记，这是确定最终实际升高（或降低）距离最有力的根据。

（2）、辅助措施

辅助措施的主要目的是为了施工操作能更加顺利、更加安全、更加准确，同时预防一切不利因素的发生及膨胀。主要有以下几种情况：

A、采用钢管及千斤顶加设的托换顶升点，主要用于支承结构外飘部位，应视实际工程施工进行情况来确定增加与否。当某个框架柱位置施工人员按压千斤顶时感觉受力过重，可采取此措施。

B、采用型钢对撑锚固于各柱之间以约束施工操作中各柱发生水平相对位移、同时可以临时增强结构刚度及稳定性。

C、在建筑物合适的位置设置观测仪器以方便随时进行观测控制及数据结果记录，同时也应将整个施工操作工程情况属实记录，这对于现时工程施工控制作用或是未来其他类似工程的总结参考作用都是宝贵的依据。

（3）、风险因素控制

该种工程风险系数较高，其风险因素包括人的因素、材料的因素、机械的因素、方法的因素、环境的因素等等。保证具体施工操作人员中80%有曾经操作过此类工程的经验；所有机械设备尤其是千斤顶使用前均应逐个检查以保证其可正常使用；同时考虑到施工当天的天气和附近其他环境因素对本工程施工的影响。