建筑物平移技術(shù)管理論文
時(shí)間:2022-07-13 09:10:00
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近年來,在大規(guī)模城市改造和房地產(chǎn)開發(fā)過程中,常常涉及到一些保護(hù)性的文物建筑和近代優(yōu)秀建筑,由于這些建筑的特殊性及其在地塊中的特殊位置,常常使規(guī)劃設(shè)計(jì)顧此失彼,矛盾重重。對這些建筑采取何種保護(hù)措施直接關(guān)系到規(guī)劃設(shè)計(jì)的總體布局,影響到城市改造及房地產(chǎn)開發(fā)的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。而采用建筑物整體遷移技術(shù)則可以很好的解決好這一問題:一方面通過平移可能完好無損的將建筑保存下來,另一方面,通過平移可以使整個(gè)地塊的規(guī)劃布局更趨科學(xué)合理,從而使經(jīng)濟(jì)效益得到明顯提升。下面以兩個(gè)工程實(shí)例來說明建筑物整體遷移技術(shù)及其在解決上述問題中所發(fā)揮的積極作用:
工程實(shí)例一:愚園路劉長勝故居遷移工程
劉長勝故居位于靜安區(qū)愚園路81號(hào),是四層磚、木、混凝土混合結(jié)構(gòu)房屋。房屋始建于1916年,是劉長勝1946年在上海時(shí)的寓所,也是中共中央上海局和上海市委的秘密機(jī)關(guān)所在地。1991年公布為上海市革命紀(jì)念地點(diǎn)。房屋東西長14.6m,南北長14.69m,占地面積約200平方米,建筑面積約800平方米,總重約1000噸。
由于要在該地段建造九百城市廣場,而故居正處于規(guī)劃位置的一角,如不將其遷移,不但影響到九百廣場的建筑面積和綜合效益,且保留下來的故居由于與九百廣場太近,其歷史價(jià)值也無法得到充分的挖掘。有關(guān)方面經(jīng)反復(fù)論證后,決定采用建筑物平移技術(shù)將故居遷出原址,從而徹底解決這一問題。
該工程于2001年4月開工,于2002年3月底結(jié)束,累計(jì)平移79.5米,抬升45cm。
目前,九百城市廣場主體已經(jīng)完成,遷移到位的劉長勝故居也已大修改造完畢,重新裝修后擬作為黨史紀(jì)念館對中外游人開放。
工程實(shí)例二:上海音樂廳整體遷移與頂升工程
上海音樂廳(原名南京大戲院)位于延安東路523號(hào),建于1930年。由何挺然等人組織的怡怡股份有限公司所購愛多利亞路(今延安東路)原潮州會(huì)館冢地興建。1930年3月25日以美國寰球電影公司的新片《百老匯》(Broadway)首映開幕。1951改名為北京電影院。1959年,為舉辦第一屆上海之春音樂會(huì),經(jīng)改造后更名為上海音樂廳。
上海音樂廳長48.76米,寬27.56米,總建筑面積3000平方米,為中國著名建筑師范文照設(shè)計(jì)的西方古典建筑形式的實(shí)例之一,1989年市政府公布為上海市優(yōu)秀近代建筑文物保護(hù)單位。
上海音樂廳以其特殊的構(gòu)造特點(diǎn)所產(chǎn)生的音響效果為中外音樂家所稱道,但長期以來,由于其狹小的舞臺(tái)、臨近延安路噪音大、周圍無法停車、功能設(shè)施不全等缺點(diǎn)嚴(yán)重影響了其優(yōu)勢的發(fā)揮和經(jīng)濟(jì)效益。有關(guān)方面急需改變這種狀況。隨著人民廣場綜合改造工程的實(shí)施,上海音樂廳整體遷移也成為其中的一個(gè)重要組成部分,根據(jù)規(guī)劃要求,音樂廳向東南方向平移66.4米,整體抬升3.38米。
音樂廳整體平移到位后,恰處于延中三期新建綠地的中間,就像鑲嵌在綠地中間的一顆明珠,不僅使音樂廳可以得到很好的保護(hù),同時(shí)使音樂廳獲得更大的擴(kuò)建和發(fā)展空間,提高了其藝術(shù)品位和人民廣場的文化氛圍,給上海市人民奉獻(xiàn)了一件建筑、文化藝術(shù)精品。
平移到位后,音樂廳的交通條件將更加便利,通過擴(kuò)建,其配套設(shè)施及演出條件將大大改善,通過提升高度,將使其更加矚目,良好的休閑環(huán)境及濃厚的藝術(shù)氛圍將為其帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益。
該工程于2002年12月16日開工,于2003年7月8日遷移到位,目前已進(jìn)入接柱及新結(jié)構(gòu)施工階段。
上述兩例工程都采用了如下關(guān)鍵技術(shù):結(jié)構(gòu)加固、基礎(chǔ)托換和同步頂推。其中劉長勝故居還采用了旋轉(zhuǎn)技術(shù),上海音樂廳還采用了同步頂升技術(shù),在設(shè)備上音樂廳采用了更為先進(jìn)的計(jì)算機(jī)控制的液壓同步系統(tǒng)。
1.房屋加固技術(shù):
對于文物建筑由于使用年代較遠(yuǎn),結(jié)構(gòu)較為松散,材料老化嚴(yán)重,經(jīng)有關(guān)部門對房屋進(jìn)行質(zhì)量、安全鑒定后,一般都需要進(jìn)行不同程度的加固,加固時(shí)以不改變房屋外貌為原則。
劉長勝故居以強(qiáng)度加固為主,穩(wěn)定性加固為輔。
劉長勝故居房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)無抗震構(gòu)造,木結(jié)構(gòu)局部腐朽并損壞嚴(yán)重,墻體砂漿強(qiáng)度較低,部分粘土磚已風(fēng)化剝落,有多處空洞及裂縫,個(gè)別內(nèi)墻開裂,承載力有所降低。為保證平移過程中房屋的安全,對一樓采用鋼絲網(wǎng)水泥砂漿和型鋼進(jìn)行加固,對二、三樓則只用型鋼進(jìn)行拉,如下圖所示。
加固后的故居在先后三階段平移一次旋過程中,均完好無損,沒有出現(xiàn)任何結(jié)構(gòu)裂縫。
上海音樂廳加固以空間剛度加固為主,強(qiáng)度加固為輔。
音樂廳具有如下結(jié)構(gòu)特點(diǎn):
a.占地面積廣、體量大,結(jié)構(gòu)空曠,空間剛度差,結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜;
b.平面荷重分布極不規(guī)則,墻、柱布置不對正,立面上錯(cuò)層較多,結(jié)構(gòu)抗震性較差;
c.梁柱之間缺少拉結(jié),舞臺(tái)部分柱子自由度較大,穩(wěn)定性差;
d.使用年限較長,混凝土強(qiáng)度較低,柱的檢測強(qiáng)度只有6.3~13.2Mpa,局部結(jié)構(gòu)已經(jīng)開裂或變形;
e.結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀不清晰,傳力路線不明確,結(jié)構(gòu)構(gòu)件安全度不一致,不可預(yù)知因素多;
f.因其為保護(hù)性建筑,建筑藝術(shù)高,保護(hù)要求嚴(yán),平移過程中不能損壞原有風(fēng)貌風(fēng)格,這就為平移前的加固增加了相當(dāng)難度,也是歷史保護(hù)性建筑成功遷移的關(guān)鍵因素之一;
根據(jù)上述結(jié)構(gòu)特點(diǎn),為了提高音樂廳的整體穩(wěn)定性,對音樂廳總體上采用空間輕型鋼桁架進(jìn)行外拉內(nèi)撐式“捆綁”加固法,重點(diǎn)對東西兩則、觀眾廳及舞臺(tái)進(jìn)行加固。通過加固增加該部分梁柱之間的連接,降低墻、柱的自由度,從而改善原有結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài),增加音樂廳整體穩(wěn)定性及整體剛度。加固總體布置圖如下
音樂廳加固的特點(diǎn)與效果:
與劉長勝故居及以往移樓加固相比,音樂廳加固具有如下特點(diǎn):
1.全部為空間剛度加固為主,以彌補(bǔ)音樂廳空間剛度不足,穩(wěn)定性差的缺點(diǎn)
2.全部為輕型空間鋼桁架,與原結(jié)構(gòu)點(diǎn)狀連接,不會(huì)對原建筑裝飾造成破壞;
3.只是為保證平移安全而進(jìn)行的臨時(shí)加固,到位后全部拆除。
4.在平移和兩次頂升過程中有效發(fā)揮了作用,保證了音樂廳的結(jié)構(gòu)安全。
5.驗(yàn)收結(jié)果表明,由于采用了有效的加固措施,遷移結(jié)束后沒有發(fā)現(xiàn)任何結(jié)構(gòu)裂縫,吊頂及壁飾完好無損。
劉長勝故居與音樂廳加固對比表如下:
工程項(xiàng)目加固重點(diǎn)加固范圍加固方式加固效果是否需要拆除
劉長勝故居強(qiáng)度主要承重墻鋼絲水泥網(wǎng)、型鋼良好型鋼拆除
上海音樂廳剛度觀眾廳,舞臺(tái)輕型空間桁架良好全部拆除
2.基礎(chǔ)托換技術(shù)
所謂整體托換技術(shù)就是將滑動(dòng)面以上的結(jié)構(gòu)從原基礎(chǔ)轉(zhuǎn)換到一個(gè)新的可移動(dòng)體系上,這個(gè)新的體系通常由夾墻梁、上滑梁、抱柱梁、連系梁等組成,總稱為托盤梁系。其布置要與平移方向、墻柱分布、頂點(diǎn)布置相適應(yīng)。
劉長勝故居基礎(chǔ)托換:
劉長勝故居屬磚混結(jié)構(gòu),托換主要是墻托換,局部有柱托換。托盤總布置圖如下:。
音樂廳基礎(chǔ)托換:
音樂廳總體上是框架結(jié)構(gòu),主要是柱托換,還有對保留墻體的托換,由于局部荷載比較集中,平移前利用托盤四根荷載較大的柱進(jìn)行了卸荷。音樂廳托盤總體布置圖如下:
與劉長勝故居及其它類似工程相比,上海音樂廳因其體量大,需要頂升的特點(diǎn),托盤的設(shè)計(jì)與施工要復(fù)雜很多:增加了頂升上支墩、卸荷支撐梁、鋼結(jié)構(gòu)支撐梁、限位梁等多種結(jié)構(gòu)。正是這些梁系很好的保證了音樂廳在遷移過程中的安全。
3.同步移位技術(shù)
所謂同步平移是指房屋各軸線在平移過程中保持方向不變,各滑道上的位移相同。如果說劉長勝故居的“同步”還處于肉眼觀察、人工控制的初級階段,那么上海音樂廳的“同步”已發(fā)生了質(zhì)的飛躍,其整個(gè)過程可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)測、自動(dòng)控制,其精度提高了十倍以上。音樂廳的平移就位誤差可以較好的說明這一點(diǎn):最大誤差不超過13mm。
為了減少平移阻力,在音樂廳施工過程中第一次將不銹鋼板-四氟板磨擦應(yīng)用到平移領(lǐng)域,其摩擦系數(shù)只有0.02-0.025,而劉長勝居所采用的鋼板-鋼板的摩擦系數(shù)為0.1-0.2。
同步頂升技術(shù):
建筑物提升適用于以下幾種情況:
(1)建造年代較遠(yuǎn)的老建筑,由于上海近幾十年來的地層沉降和道路多次修建,使得這些老建筑的底層地坪低于室外道路0.5-1.0甚至底于排水管道;常常因雨天積水室內(nèi)潮濕而無法正常使用,為了改變其現(xiàn)狀,可以通過整體提升的辦法解決,劉長勝故居即屬于這種情況。
(2)建筑物本身極具保護(hù)價(jià)值,但建筑面積小,功能不全,土地?zé)o法得到充分利用,歷史價(jià)值無法得到充分挖掘,或經(jīng)濟(jì)效益不明顯,或建筑效果不理想。通過整體提升并增加地下室進(jìn)行擴(kuò)建的方法可以解決此類問題,上海音樂廳即屬于這種情況。
整體提升可以兩種方式實(shí)現(xiàn):爬坡提升和同步提升。
在劉長勝故居的遷移過程中,由于其平移距離較長,提升的高度不大,且現(xiàn)場施工條件較好,適宜于爬坡提升的方法,通過單向爬坡和正反坡平移將故居累計(jì)提升45cm,提升后的室內(nèi)地坪高于室外人行道。
由于要與周邊環(huán)境相適應(yīng)及增加地下室的需要,上海音樂廳累計(jì)提升高度3.38米,為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo),經(jīng)過專家反復(fù)論證,采用了整體頂升技術(shù),頂升分兩步:第一次在原地頂升1.7米,平移66.4米到達(dá)新址后再提升1.68米,整個(gè)頂升過程歷時(shí)二十天,頂升結(jié)束后,吊頂?shù)韧庋b飾及結(jié)構(gòu)完好無損。如此大規(guī)模,大體量的頂升,在國骨尚屬首例,在國外亦不多見,該工程因其特殊性引起了國內(nèi)外媒體的廣泛關(guān)注。
4.PLC同步控制系統(tǒng)
在國內(nèi)已經(jīng)實(shí)施的建筑物移位項(xiàng)目中,無論是平移或是頂升,多以手動(dòng)控制為主,同步控制的自動(dòng)水化水平還較低,采用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的更少。且多用在糾偏頂升中,頂升的高度一般不超過80cm。上海音樂廳整體平移66.4米,累計(jì)頂升3.38米,遷移重量達(dá)5850噸,其綜合施工難度堪稱國內(nèi)之最,在國外亦不多見。該方案集成了國內(nèi)房屋平移、頂升方面先進(jìn)的設(shè)計(jì)理論及施工實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),并運(yùn)用了國際上先進(jìn)的平移及頂升設(shè)備,代表了國際、國內(nèi)在文物建筑平移領(lǐng)域的領(lǐng)先水平,該項(xiàng)目首次采用了PLC控制的液壓同步系統(tǒng),填補(bǔ)了國內(nèi)在這方面的空白。
該套系統(tǒng)由由液壓系統(tǒng)(油泵、油缸等)、檢測傳感器、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)等幾個(gè)部分組成。液壓系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)控制,可以全自動(dòng)完成同步位移,實(shí)現(xiàn)力和位移控制、操作閉鎖、過程顯示、故障報(bào)警等多種功能。該系統(tǒng)具有如下特點(diǎn):
具有友好Windows用戶界面的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng);整體安全可靠,功能齊全;液控單向閥可防止任何形式的系統(tǒng)及管路失壓,從而保證負(fù)載有效支撐;所有油缸既可同時(shí)操作,也可單獨(dú)操作;同步控制點(diǎn)數(shù)量可根據(jù)需要設(shè)置;適用于大體積建筑物或構(gòu)件的同步位移;
由于在音樂廳遷移工程中采用了許多新技術(shù)、新材料,并引進(jìn)了國外先進(jìn)的設(shè)備,綜合各方面,音樂廳平移與劉長勝故及類似的工程相比具有如下先進(jìn)性:
工程項(xiàng)目摩擦系數(shù)平移速度(max)監(jiān)測同步精度就位誤差
劉長勝故居0.1-0.26cm/min肉眼觀察30mm50mm
上海音樂廳0.02-0.0255cm/min計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控2mm13mm
除了上述關(guān)鍵技術(shù)外,在劉長勝整體平移工程中還采用了旋轉(zhuǎn)技術(shù)、正反坡平移技術(shù);在上海音樂廳平移工程中還采用了卸荷技術(shù)和限位技術(shù)等。其中正反坡平移和限位技術(shù)在國內(nèi)屬首次使用。
目前,建筑物整體平移技術(shù)已經(jīng)日趨成熟和完善,特別是上海音樂廳的成功遷移,使這項(xiàng)技術(shù)達(dá)到了一個(gè)新的高度。劉長勝故居和上海音樂廳成功遷移的工程實(shí)例表明,在城市建設(shè)過程中,對于類似的問題完全可以采用建筑物整體移位技術(shù)進(jìn)行解決,它對于解決城市建設(shè)中繼承與發(fā)展的矛盾提拱了一條新思路。
作者信息:
鄭華奇,系上海音樂廳平移頂升工程及劉長勝故居平移工程總工程師,同濟(jì)大學(xué)建筑物移位技術(shù)研究中心主任工程師.