砖混结构顶升纠偏方案实践及受力特性研究

砖混结构顶升纠偏方案实践及受力特性研究

田锦阳

锦鸿建设有限公司 丽水缙云  321400

摘要：围绕砖混结构实际工程案例，对建筑物纠偏展开讨论，根据具体施工现场情况选择不同的纠偏技术并针对性分析顶升式纠偏技术的施工思路和纠偏流程。运用有限元分析软件建立模型，对纠偏施工进行模拟预测，获取结构在纠偏过程中的受力情况，为纠偏技术的发展优化提供参考。

关键词：砖混结构；顶升纠偏；受力特征

建筑物由于施工不当或受地质活动影响而出现一定角度的倾斜时，会改变整体结构的应力传递路径，造成墙壁开裂、承重墙柱错位等现象，形成严重的安全隐患。纠偏技术则是针对在垂直度上出现偏移而形成倾斜的建筑物通过一次或者多次技术手段将建筑物扶正加固，顶升纠偏是纠偏技术的一种，即使用千斤顶将建筑物的过度沉降部分顶至标高[1]。随着社会经济水平以及人们生活需求不断提高，广大农村地区的土石农房已不符合现代化建设标准因此对农村建筑进行城镇化改造是一项意义重大的工程，而城镇化建设则需要使用大量的砖混结构，这就导致，砖混结构在现有的建筑物中仍然占有很大的比例。从近几年的建筑调查报告可以发现，建筑施工中设计不当、勘察出错、维护效果差等问题屡屡出现并且最终造成结构物不均匀沉降和房屋变形开裂进而严重影响住户安全，成为普遍存在的公共安全隐患[2]。如果采用一刀切的判断方法直接拆除问题建筑物，无疑会消耗大量的社会资源，而且也没有充分利用现有建筑的使用价值。因此，对已经倾斜但是整体稳定性没有遭受破坏的建筑采用纠偏技术，通过科学合理的手段扶正并加固使其恢复到正常的使用状态。相比较拆除重建，纠偏技术具备节约成本、工期短、对住户影响小等优势，也符合绿色环保的发展理念[3]。

基于砖混结构顶升纠偏技术，依据某一砖混结构住宅楼实例，综合分析其现场情况和各种纠偏技术的适用性并针对性讲解了顶升纠偏技术的施工思路和流程，包括准备工作和建筑物的止倾加固措施以及后续修复等若干步骤[4]。并进一步利用数值模拟软件分析建筑物在顶升纠偏过程中的受力情况，通过实际案例数据设置模型参数从而获得真实准确的结构受力图，为之后的研究工作提供参考，也为纠偏技术的发展提供了新的思路[5]。

1砖混结构顶升纠偏思路及流程

纠偏工程需要对整个建筑物地基承载能力进行调整，一旦施工不当可能会加剧建筑物的倾斜甚至引起结构垮塌[6]。因此在纠偏之前要充分了解建筑物的结构并对建筑物周边的地质情况进行仔细分析。本文研究的砖混结构住宅楼实例出现了不均匀沉降，综合考虑土层分布，决定采用顶升纠偏法[7]。

1.1准备工作

经检查发现建筑物内部部分构件由于受力不匀已经出现了不同程度的损伤，因此需要采取保护措施，避免造成二次伤害[8]。另外建筑物现场地下水水位较高，因此在施工前要采取有效措施阻断施工区域地下水与外部的联系。

1.2纠偏止倾加固

既然建筑物发生倾斜，则表示地基的承载力无法承担现有建筑物，为防止建筑物进一步发生更大程度的倾斜同时也为顶升千斤顶提供发力平台所以需要在原有的地基基础上增设承重桩，要求桩穿透软弱土层直达持力层从而将结构荷载传递到坚硬土层阻止倾斜继续发展。考虑到案例中砖混结构施工场地较小，不方便大型器械进出，因此可以采用人工成孔然后吊放钢筋笼最后浇灌混凝土的施工方法[9]。

1.3上部结构托换加固

砖混结构的力学特性是延性较差，建筑物发生倾斜时会在墙体内部产生拉力从而造成墙面开裂的现象。顶升纠偏是在建筑物基础部位的几个关键节点设置千斤顶，在顶升过程中一旦出现受力不均的情况导致某个建筑单元或构件应力集中就会对砖混结构造成二次损伤甚至不可修复的破坏[10]。针对此次案例的建筑特点在原有墙体两侧架设钢筋浇筑混凝土形成加厚墙体也就是设置托换梁以此来均衡顶升中产生的应力从而减少上部结构的受力和变形。

图1 托梁施工示意图

1.4顶升纠偏施工方案

上述准备工作完成后可以开始顶升施工，施工作业时以增设止倾桩为受力点，选择合适的托换梁为顶升点，根据建筑物的形状和重量分布规划每个千斤顶的顶升力。这样不需切割原有的承重柱和基础间的连接，对建筑物的整体性和结构完整性影响最小。

1.5后期修复与加固

建筑物顶升至设计高度后用钢垫墩逐个置换千斤顶然后浇筑混凝土将增设的桩体和原有建筑基础以及刚垫连接成为整体。使用纤维布对原来地下层楼板进行加固避免地面开裂而影响正常使用功能并对部分墙体进行加固。

图2 地下楼板加固示意图

2纠偏过程砖混结构受力特性数值研究

建筑纠偏关系到整个结构的安全因此需要在施工前进行严密的推算，依据上文砖混结构的纠偏方案使用有限元理论进行建模分析从而预测施工过程中上部结构的受力情况和可能发生的墙体变形。

2.1条件假定

实际纠偏施工基于安全考虑和监测各项数据的需要一般使用千斤顶顶升时整个过程非常缓慢，因此在模拟中采用静力加载，同时也假定增设桩承载力足够，不会出现承载力不足等事故。

2.2

模型尺寸

选取砖混结构案例中倾斜最严重的一个单元进行建模分析并根据实际工程的尺寸设置模型，墙体厚度取120mm，托换梁截面取500×500mm，门窗等依据设计图纸设置参数。

图3 结构模型示意图

2.3结构建模

砖混结构：使用砖块作为建筑材料因此具有一定的离散性，但是此次案例楼层较多，若使用离散模型则计算量过于复杂，考虑到这次模拟只需保证托换结构和整体建筑的稳定性所以选择整体式模型。

钢筋混凝土结构：本次试验主要研究整体建筑的变形而不是混凝土结构内部钢筋的受力传递，因此建模时在混凝土中嵌入钢筋层这样可以简化模型而不影响模拟结果。

千斤顶建模：将实际施工中千斤顶和刚垫简化为参考点用来表示千斤顶。

图4 千斤顶分布示意图

2.4相关材料参数

数值模拟中采用弹性模量2.1×105MPa，密度为7800kg/cm3的钢筋，其本构关系如下图。

图5 钢筋本构关系曲线

混凝土采用塑性损伤模型，密度为2500kg/m3，弹性模量为3.15×104MPa，泊松比为0.2。

图6 混凝土受压本构关系示意图

2.5单元类型

根据砖混结构的建筑特点在建模时上部结构采用三维实体单元。

图7 单元整体有限元模型

2.6顶升纠偏过程中的受力分析

顶升纠偏过程中通过在关键节点处设置千斤顶施加顶力因此关键节点处应力较大并通过托换结构向建筑物传递其中各个支撑点间受拉上部砌体受压。

图8 顶升纠偏中结构整体应力

3.结论

针对砖混结构顶升纠偏技术，围绕砖混建筑住宅楼这一实际工程案例，通过综合分析其现场情况和各种纠偏技术的适用性选择使用顶升纠偏技术进行建筑物纠偏，并根据实际水文地质情况布置其施工思路和流程，包括准备工作和建筑物的止倾加固措施以及后续修复等若干步骤。并进一步利用数值模拟软件分析建筑物在顶升纠偏过程中的受力情况，通过实际案例数据设置模型参数从而获得真实准确的结构受力图，为之后的研究工作提供参考，也为纠偏技术的发展提供了新的思路。

参考文献：

[1] 黄小许, 王新玲, 陆瑞明等. 惠州某酒店大楼基础加固与整体纠偏设计, 2010, 40(S2).

[2] 王建平, 朱思响, 李品先. 既有建筑综合纠倾法设计与施工, 2012, 41(09).

[3] 张宗敏, 张新中. 夹梁式墙托换结构设计方法研究, 2011, 27(09).

[4] 张鑫, 岳庆霞, 贾留东. 建筑物移位托换技术研究进展, 2016, 46(05).

[5] 戴占彪, 付素娟, 李旭光等. 软土地区某多层房屋纠倾加固技术, 2014, 43(16).

[6] 姚建平, 蔡德钩, 李中国等. 抬升法在房屋纠偏加固处理中的应用, 2015(01).

[7] 唐业清. 我国旧建筑物增层纠偏技术的新进展, 1993(06).

[8] 边智慧, 王铁成, 付素娟等. 武当山遇真宫山门无降点同步顶升设计研究, 2013, 43(24).

[9] 陈国政, 陈守平, 陈守安. 预压桩在高耸危险建筑顶升纠偏中的应用, 2007(09).

[10] 杨明空, 洪振军. 砖墙有限元模拟分析, 2008(05).