托换技术在隔震技术施工中的应用

托换技术在隔震技术施工中的应用

韦津璇1李旭光2

1.天津渤化工程有限公司天津滨海新区300450；

2.河北建研科技有限公司石家庄050021；

3.河北省既有建筑综合改造研究中心石家庄050021

摘要：介绍了既有建筑隔震改造工程中的两种托换技术—变位托换施工技术及原位托换施工技术，对既有建筑隔震加固工程的特点进行了分析，明确了托换技术在此类工程中的重要性。因原位托换施工技术在隔震加固中存在的隐患，对此种施工方法进行了改进，本文详细介绍了改进后的原位托换施工方法，即改变框架柱支点托换，为保证隔震加固工程的施工过程提供安全保障，为类似工程提供借鉴。

关键词：隔震技术；托换施工；既有建筑；隔震加固

引言

我国是地震多发国家，每年因地震造成的人员伤亡和经济损失巨大[1]。因此，对早期建造的不满足抗震设防要求的既有建筑物进行改造加固具有重大意义。近年来，采用隔震加固技术对既有建筑进行加固改造的工程有所增加，而既有建筑进行隔震加固需要对原结构进行托换，运用合理的托换技术是保证既有建筑物进行隔震加固工程成功完成的重要环节[2]。

1.既有建筑隔震加固工程特点分析

目前既有建筑隔震加固工程，在设计流程上基本与新建隔震加固相同[3]。其中区别较大的就是隔震层的托换及隔震支座的安装。

在既有建筑隔震加固工程中，最大的工程难点是在保证上部结构完好的情况下，在其竖向传力结构体系中增设隔震支座，此类工程无一例外均需要结构托换。因此，既有建筑隔震加固工程特有的施工分项工程为新增隔震层托换施工。托换技术，是指既有建筑物进行移位或加固改造时，对整体结构或部分结构进行合理托换，改变上部荷载传力途径的工程技术。

本文根据托换技术受力特点的不同，将其分为两类：变位托换及原位托换。（1）变位托换：新增托换结构基础，改变原有结构竖向构件传力路径，重新制作隔震基础。适用于上部结构荷载较小的独立基础、条形基础。（2）原位托换：利用原有基础，不改变原有结构竖向构件传力路径，新增上部受力转换构件。适用于上部结构荷载大的桩基础、筏板基础。

2.变位托换施工技术

变位托换是完全改变了结构传力途径，计算简图发生较大变化，结构内力也发生大额度的增加。根据结构体系的不同，托梁截柱影响程度也不同。对于排架结构等结构体系，力不会传递到其他构件，全部外力和自重都有原构件和加固构件承担。对于框架结构等超静定结构，力会传递到其他构件，根据力的变化大小传递的力的大小不定。这就需要加固原构件和构件周围的构件满足力的变化，保证结构安全。变位托换设计的原则是：对于静定结构，被拔柱的外力，应全部由新增设的托梁或支撑承受；对于超静定结构，则可以考虑通过内力重分布转移掉部分荷载。

变位托换主要的施工过程为：进行室内外土方开挖至结构基础顶部→制作托换结构基础→隔震层上部梁板式楼盖结构施工及托换梁→去除原有基础下部土体，实现结构体系转换→制作新增筏板基础，预埋支座连接件→安装隔震支座→隔震支座上部连接措施与新建结构相同。

3.原位托换施工技术

根据框架结构受力特点，对框架柱进行托换时荷载较大，柱子相对截面尺寸较小，托换要求较高，对于承受荷载面积较大的框架柱竖向导荷可达数百吨，在保证上部结构安全的情况下进行不卸荷托换。常用的托换方法为临时支顶托换，即在框架柱旁边设置临时竖向导荷装置，将框架柱承担的竖向荷载通过临时装置传至下部受力构件，然后对框架柱进行截断工作和隔震支座安装，即不改变原有结构传力路径。

上述做法在施工过程中竖向荷载受力点变化两次，首先荷载转移至临时支撑装置，待隔震支座安装完毕后，荷载再次有临时支撑装置转移至隔震支座，容易导致框架柱竖向累积变形较大，对框架梁和梁柱节点影响大，结构内力重分布。施工工序要求严格，框架柱截断数量受限，工期较长。截断后重新浇筑连接点强度提高期间均为临时支撑构件受力，安全隐患较大。隔震支座与原框架柱的连接节点不易施工。

针对此类情况，本文提出一种新的框架结构隔震改造施工方法—改变框架柱支点托换，通过在柱中钻孔穿钢筋扩大柱截面和下部受力构件截面，在扩截面部分安装隔震垫，最后进行框架柱截断工作完成结构托换。

采用这种施工工艺进行既有框架结构隔震加固改造的优点有：施工过程上部结构受力体系没有发生改变，整个托换过程仅有一次荷载转移，上部结构与基础始终保持可靠连接，结构安全可靠；隔震支座安装方法、连接构造与新建建筑相同，施工质量容易保证，构件连接安全；多个框架柱可以同时施工，施工操作范围较大，施工进度快；截断操作在扩截面部分强度达到设计值后再进行，确保上部结构安全。

另外，隔震层的支座由单个大型支座分解为多个小型支座，便于现场搬运，安装方便快捷，质量容易保证。

采用本文提出的改变框架柱支点托换框架结构隔震改造施工方法进行既有框架结构施工。

主要的施工过程为：进行室内外土方开挖至结构基础顶部→进行现有结构基础加固→隔震支座设计位置处下部基础加固施工，预埋支座连接件→安装隔震支座→隔震支座上部框架柱扩截面施工，隔震支座上部连接措施与新建结构相同→隔震层上部梁板式楼盖结构施工→原框架柱截断，实现结构体系转换→砌筑结构周围隔震沟挡土墙，恢复框架填充墙等。

4.隔震层与上部结构的连接

框架结构隔震层顶部也应符合规范要求，设置梁板式楼盖。根据隔震支座在框架结构隔震改造中位置不同应采取不同的方法满足规范要求。

当隔震支座设置在柱顶端时，应对原有的梁、板和柱结构进行结构加固，可采用扩截面法和外部粘钢加固法等方法。通过加固使原结构满足规范要求，隔震支座附近的梁、柱应满足不利工况下结构冲切和局部承压验算，以及满足相应的结构构造措施要求。当隔震支座设置在柱底部时，应新加梁板式楼盖结构，并通过打孔植筋使其与柱结构形成整体。另外上部结构与下部结构之间，应设置完全贯通的水平隔离缝，缝高可取20mm，并用柔性材料填充；当设置水平隔离缝确有困难时，应设置可靠的水平滑移垫层。

5.结论

隔震技术将有效降低地震对上部结构的影响，保证主体结构的安全性，增强结构的抗震能力。本文对托换施工技术在既有建筑物隔震加固工程中的运用进行了详细介绍，托换技术是隔震改造工程中的重要环节，也是此类工程能够顺利施工的关键因素。变位托换技术、原位托换技术及在原位托换技术基础上进行改进的改变框架柱支点托换为隔震加固施工提供了理论依据，对我国既有建筑物的改造及建筑安全性的提高都有重要意义。

参考文献：

[1]建筑隔震技术概要.曾德民，中国建筑标准设计研究院，2016.

[2]刘燕，赵胜利，李红梅，等.铅芯橡胶支座隔震效果分析【J】.四川建筑科学研究院，2007，33（4）：173-176.

[3]中日隔震结构设计.邓烜，中国建筑标准设计研究院。