唐名立

福建省建筑设计研究院有限公司 福建 福州 350001

前言

现在我国的经济转型正进行的如火如荼，房地产市场已经渐渐饱和，对原结构的改造和加固工程越来越多地进入到房建市场，特别是解放后兴建的大量民用及商用房屋，已经大部分到达设计使用期，急需进行改造加固，且我国属于地震多发国家，2008年的汶川地震给我国的人民带来了大量的人员伤亡及经济损失，对老旧房屋的改造和加固越来越受到人们的重视。

以往的加固工程当中，结构设计及施工人员，往往只针对建筑结构施工完成后的安全性进行验算，但是，对于施工过程中的结构受力并没有进行可靠的研究，导致一些梁柱开裂等情况，产生了安全隐患，甚至导致安全事故的发生。本文以福州市某顶升加固工程为例，探讨顶升过程中梁柱的受力情况，结合国内先进的监测系统，与实际的情况进行对比，有效的验证了计算模型的准确性，为以后类似的工程起到一定的借鉴作用。

1 基本概况

1.1 工程简介

福州市某工程位于市中心，原结构为带2层地下室的高层建筑，一层结构平面图如图1所示。

图1 某工程一层结构平面图

原结构A轴～2/0A轴为悬挑梁结构，悬挑梁为置换梁，梁上起柱，共承担10层的结构重量，挑梁的规格为1600mm ×1800mm。

现因使用要求，对悬挑梁底部新增混凝土柱结构，及钢管混凝土静压桩，将梁上10层混凝土结构荷载导入新增的钢管混凝土静压桩内，将转换梁结构改造为普通框架结构。如图2所示，为了保证上部结构荷载有效地导入到新增砼柱当中，避免悬挑结构因为二次受力，导致悬挑梁开裂产生安全事故，故需对本挑梁部分进行预顶升，后做钢骨混凝土柱，从而将顶升力有效地传导到新增混凝土柱内。

图2 某工程地下室结构剖面图

1.2 顶升系统设计

为了对悬挑结构进行预顶升，需设计可靠的顶升结构，如下图所示：

图3 顶升架结构剖面图

顶升架采用钢桁架结构体系，钢桁架的弦杆及腹杆，均采用“H”型钢，钢构件之间采用焊接刚接的形式进行连接。在框架底部分安装2个200吨级的千斤顶，进行顶升作业。

为了防止顶升架发生平面外的失稳，在顶升架的侧面采用“H”型钢与原地下室混凝土侧壁进行可滑动连接。以保证，顶升过程中不会产生次生弯矩，破坏结构的稳定性[1]。

顶升架与原砼侧壁的连接如图4所示。

图4 顶升架与原地下室侧挡墙连接大样

2 顶升施工过程采用分析

本工程为了分析顶升架在顶升过程中对原混凝土结构的影响，将顶升过程分为3个阶段，分别为顶升前，顶升完成后，卸荷载等3个阶段。现采用PKPM软件的PMSAP模块，分别对这3个施工阶段进行受力分析，模拟整体施工过程中悬挑梁的受力状态。由于本次加固为局部加固，故结构建模时仅对局部结构进行建模。结构模型如下图5所示：

图5 局部结构模型

2.1 顶升前

顶升前采用悬挑梁结构承受梁上部分10层砼结构的力，通过上部荷载计算后，悬挑梁产生的挠度如下图6所示：

图6 恒载+活载工况下悬挑梁挠度

在恒载及活载作用下，梁悬挑梁端最大挠度为14.55mm，为顶升加载前初始变形量。

在恒荷载作用下：弯矩及剪力如下图7、8所示：

图7 恒载工况梁弯矩

图8 恒载工况梁剪力

在恒载作用下，挑梁最大弯矩及剪力分别为：

2.2 顶升完成后

顶升过程中采用200吨级的千斤顶进行分级加载顶升，采用分级加载的形式，顶升至300吨后，悬挑梁端的挠度及内力如下表所示：

在恒载及活载作用下，梁悬挑梁端最大挠度为1.62mm，为顶升到300吨后的最终变形量。

在恒载作用下，挑梁最大弯矩及剪力分别为：

2.3 卸荷载

顶升完成后，型钢混凝土柱施工完成，并达到100%强度后，顶升架的荷载分级卸载，将悬挑梁荷载逐级导入到新增砼柱上，悬挑梁端的挠度及内力如下表所示：

在恒载及活载作用下，梁悬挑梁端最大挠度为0.78mm，为上部结构荷载完全导入到新增混凝土柱后的最终变形量。

在恒载作用下，挑梁最大弯矩及剪力分别为：

2.4 与监测结果对比

本次工程引用了，国内先进的全数据化计算顶同步顶升及监测系统，对顶升过程中的挑梁挠度及混凝土梁柱的内力进行监测[2]，得到了如下数据：

在恒载+活载工况下计算结果对比如表1～3所示：

表1 梁端挠度对比表

表2 梁最大弯矩对比表

表3 梁最大剪力对比表

从表1～3数据对比可知，梁最大弯矩，剪力及挠度的模型计算值及监测数据值基本相符，但偏差值基本都在10%范围之内，可认为本工程的监测数据与计算模型基本相符，计算数据可靠。

2.5 悬挑梁顶升过程中薄弱点分析

顶升过程中，通过以上3个施工过程的受力分析，可知悬挑梁，梁底最大弯矩为2559kN·m，剪力为2813kN，最不利受力位置在离梁根部分约1/3的位置，本工程通过粘贴钢板的手段，对梁底进行了局部的加固，保证了顶升过程中，结构的安全性[3]。

3 结束语

本文以福州某顶升加固工程为例，通过PKPM软件的PMSAP模块进行结构建模分析，对比施工过程中的监测数据发现，监测数据与计算结果基本相符，说明计算结果与现场实际较为相符，可作为加固工程施工过程中的设计依据，通过计算，确定了施工过程中，悬挑梁底最大弯矩和最大剪力的位置及数值，顶升前，对相关位置进行了必要的加固，保证了施工过程中的结构安全性，对本工程的顺利竣工起到了关键作用，对未来类似的工程提供了一定的参考价值。