福州泛船浦教堂神父樓整體旋轉(zhuǎn)平移設(shè)計(jì)及施工

1、福州泛船浦教堂神父樓整體旋轉(zhuǎn)平移設(shè)計(jì)及施工0 前 言 建造物的整體移位技術(shù)是指保持原有建造物整體性和可用性不變,結(jié)構(gòu)平安牢靠的原則下,將其從原址移到新址,它包括縱橫向移動(dòng)、轉(zhuǎn)向或者移動(dòng)加轉(zhuǎn)向。我國(guó)正處于大力進(jìn)展時(shí)期,城市建設(shè)進(jìn)程飛快進(jìn)展,舊城改造、道路拓寬等常常需要拆除部分老舊建造物。當(dāng)碰到文物古建造等需要庇護(hù)的建造時(shí),便產(chǎn)生了文物建造庇護(hù)與城市建設(shè)之間的沖突,采用建造物整體移位技術(shù)將需庇護(hù)的文物建造整體移位至異地舉行庇護(hù)無(wú)疑是解決這種沖突的最優(yōu)途徑。關(guān)于建造物的水平平動(dòng)移位工程已多有報(bào)道,而建造的定軸旋轉(zhuǎn)目前在國(guó)內(nèi)尚未有先例。本文結(jié)合國(guó)內(nèi)首例建造定軸旋轉(zhuǎn)工程福州泛船浦教堂神父樓整體旋轉(zhuǎn)移位工

2、程的實(shí)施,推薦文物建造整體移位庇護(hù)與平凡建造物整體移位的區(qū)分,以及該工程整體旋轉(zhuǎn)移位的設(shè)計(jì)、施工的關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn),以供后續(xù)同類工程參考。 1 工程概況 泛船浦天主堂是天主教福州教區(qū)的主教堂,建筑于193年,是迄今為止福建最大的天主教堂。神父樓作為泛船浦天主堂之附屬建造,現(xiàn)為神父的辦公與居住場(chǎng)所。該建造為二層磚木結(jié)構(gòu)(見(jiàn)圖片1),屬省級(jí)文物庇護(hù)單位。 泛船浦教堂神父樓長(zhǎng)331m,寬168m,高80m,建造面積1200m2,結(jié)構(gòu)形式為二層磚木結(jié)構(gòu),該樓窗戶造型獨(dú)特,外墻墻體厚500mm,內(nèi)墻厚370mm,二層木樓板,屋頂木屋架、瓦屋面,平面規(guī)章,軸線墻體對(duì)齊,其建造平面(參見(jiàn)圖1)。該建造的建造風(fēng)格

3、與主堂全都,獨(dú)具特色。因?yàn)榻烫镁哂休^好的文物庇護(hù)意識(shí),建造物的主體結(jié)構(gòu)保持較為完好。 因?yàn)楦Ｖ菔心辖瓰I道路建設(shè)及南江濱洪澇災(zāi)難整治,計(jì)劃道路需穿過(guò)天主教福州教區(qū)泛船浦教堂神父樓。南江濱道路同時(shí)作為南江濱防洪堤,受該處地形及河道所限道路線路經(jīng)優(yōu)化后仍無(wú)法避免該建造物,因此只能將該文物建造整體搬遷至異地舉行庇護(hù)。各方經(jīng)過(guò)對(duì)拆除落架重建與整體移位兩種方案舉行反復(fù)論證及比選,終于選定對(duì)該歷史文物建造實(shí)行整體移位至新址的方案,并上報(bào)國(guó)家文物局獲準(zhǔn)實(shí)施,以使文物建造的原真性、歷史性得到完完整整的保留,文物價(jià)值也得以體現(xiàn)。 2 整體移位路線設(shè)計(jì) 擬移位建造物原址位于主教堂西側(cè),為東西朝向,因?yàn)槟辖瓰I道路穿過(guò)

4、該建造物,神父樓擬移位至主教堂東側(cè),為適應(yīng)福州地區(qū)氣候特點(diǎn)及江濱地理位置的需要,教堂要求將建造物逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90,變?yōu)槟媳背?平移總平面(如圖2(a)所示)。按照平移總平面圖,本工程整體平移路線設(shè)計(jì)為:神父樓向東整體平移856m定軸整體旋轉(zhuǎn)90,使建造物成為南北朝向再向南平移357m,移位路線(如圖2(b)所示)。 3 文物建造整體移位技術(shù)難點(diǎn) 與平凡建造物的整體移位相比,本次文物建造的整體移位有其獨(dú)特技術(shù)要點(diǎn),主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面: (1)文物建造建筑年月較早,建造材料性能老化,其建造物的整體剛度差,應(yīng)避開(kāi)移位時(shí)外力的施加對(duì)建造物的上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生附加應(yīng)力影響,導(dǎo)致建造物產(chǎn)生變形。 (2)對(duì)于

5、砌體結(jié)構(gòu)建造,為施工便利起見(jiàn),一般將平移托換體系頂面標(biāo)高定在窗臺(tái)標(biāo)高位置,這樣建造的底層下部墻體就要被托換而破壞,文物建造庇護(hù)的一個(gè)重要原則就是不轉(zhuǎn)變建造物原貌,因此文物建造移位托換體系應(yīng)設(shè)置在室外地面標(biāo)高以下,以確保地面以上建造外觀保持原貌,但這樣將導(dǎo)致下軌道梁與行走機(jī)構(gòu)(槽鋼、滾軸)處于原有建造基礎(chǔ)以下,給移位實(shí)施帶來(lái)極大技術(shù)困難。 (3)文物建造定軸旋轉(zhuǎn)90未有先例,無(wú)相關(guān)工程閱歷可供借鑒,目前國(guó)內(nèi)文獻(xiàn)資料是個(gè)空白,它需要解決三個(gè)方面的問(wèn)題: a托換體系中旋轉(zhuǎn)軌道體系的剛度保證; b直行軌道體系與旋轉(zhuǎn)軌道體系的受力互相轉(zhuǎn)換; c旋轉(zhuǎn)外力偶的施加、以及建造物旋轉(zhuǎn)時(shí)的偏位控制; 4 建造物整

6、體旋轉(zhuǎn)移位設(shè)計(jì) 建造物整體平移前,一般都在建造物逼近基礎(chǔ)部位設(shè)置剛度較大的托換體系將房屋分割成上、下兩部分。托換體系按照功能可分為上軌道梁、托換梁和水平聯(lián)系梁三個(gè)部分,通過(guò)托換體系將上部結(jié)構(gòu)的荷載所有傳遞至與平移方向平行的上軌道梁,實(shí)現(xiàn)豎向力傳遞途徑的轉(zhuǎn)變。在上軌道梁下沿移動(dòng)方向修筑暫時(shí)基礎(chǔ)即下軌道梁,并在上軌道梁與下軌道梁之間置入滾動(dòng)裝置。平移時(shí)在托換體系上施加水平推力或牽引力。使房屋上部沿預(yù)設(shè)軌道移動(dòng)到新址,就位后撤除滾動(dòng)裝置,將房屋上部與新址基礎(chǔ)連成整體。 由此可見(jiàn),托換體系實(shí)現(xiàn)了豎向力與水平力的傳遞,是建造物整體移位中確保建造物平安與實(shí)現(xiàn)移位的首要且關(guān)鍵的結(jié)構(gòu)體系。 41 托換結(jié)構(gòu)體系

7、設(shè)計(jì) 411 文物建造整體移位托換結(jié)構(gòu)體系標(biāo)高確實(shí)定泛船浦教堂神父樓屬于文物建造,整體搬遷要求不得轉(zhuǎn)變文物原貌,倘若在窗臺(tái)標(biāo)高位置設(shè)置托換結(jié)構(gòu)體系勢(shì)必破壞窗臺(tái)下精致條石,破壞了建造物的外觀,這不符合文物庇護(hù)不轉(zhuǎn)變文物原貌的原則。 現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖檢測(cè)基礎(chǔ)表明,基礎(chǔ)底面相對(duì)標(biāo)高為-2080,該建造物下部條石高度為1180mm,之下的毛石高度為700mm,基礎(chǔ)為素混凝土底板加松木樁(如圖3所示)。按照結(jié)構(gòu)計(jì)算,上軌道梁SGDL高度需800mm,下軌道基礎(chǔ)高度450mm,加上槽鋼與滾軸高度150mm,即托換體系總共需要1200mm高度,而條石之下至基礎(chǔ)底標(biāo)高僅有900mm高度,托換體系頂面相對(duì)標(biāo)高定為-11

8、80(如圖4所示),按照托換結(jié)構(gòu)體系頂面標(biāo)高推算得下軌道頂面標(biāo)高位于原基礎(chǔ)底面以下,且位于地下水位以下,給下軌道梁的托換施工造成極大困難。 因此上軌道梁標(biāo)高往下降后,產(chǎn)生了很多技術(shù)難題,第一土方開(kāi)挖量增大,其次下軌道落到原基礎(chǔ)之下,第三下軌道梁施工在地下水位以下,降水困難。 本工程平移距離較長(zhǎng),倘若根據(jù)圖4所定標(biāo)高舉行施工需要對(duì)平移路線土方舉行大量開(kāi)挖,且沿線均在地下水位以下,施工難度極大。 受毛石700mm高度空間的限制,不夠設(shè)置軌道平移體系,鑒于此,針對(duì)托換結(jié)構(gòu)體系標(biāo)高這一難題,在舉行方案優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)擬定實(shí)行整體頂升技術(shù),首先將建造物在標(biāo)高-118m處向上垂直移位12m,在頂升出來(lái)的空間設(shè)置

9、上軌道梁與行走機(jī)構(gòu)。從而解決了基礎(chǔ)底面以下托換、水下施工及大量開(kāi)挖土方等多項(xiàng)困難。 412 整體旋轉(zhuǎn)平移托換結(jié)構(gòu)體系 建造物整體移位托換結(jié)構(gòu)體系按照其作用及受力特點(diǎn),一般包含以下構(gòu)件:托換梁-THL、平移上軌道梁-PYSGDL和聯(lián)系拉梁-LL。 托換梁起轉(zhuǎn)換作用,主要用于擔(dān)當(dāng)上部墻或柱構(gòu)件傳來(lái)的荷載,并將上部構(gòu)件傳來(lái)的荷載傳遞至上軌道梁,一般與移位方向的上軌道梁垂直。 平移上軌道梁起集中轉(zhuǎn)化上部荷載的作用,主要用于擔(dān)當(dāng)上軌道梁軸線上墻或柱構(gòu)件傳來(lái)的荷載及托換梁傳來(lái)的集中荷載,并將上部荷載轉(zhuǎn)化為線荷載通過(guò)行走機(jī)構(gòu)再傳遞至下軌道基礎(chǔ)。 聯(lián)系拉梁主要用于提高托換結(jié)構(gòu)體系的平面內(nèi)剛度,傳遞平移過(guò)程中可

10、能產(chǎn)生的不勻稱水平力。本工程除舉行水平整體平移外,尚需舉行定軸整體旋轉(zhuǎn),與一般的整體平移工程相比,需要多設(shè)置一道用于旋轉(zhuǎn)的上軌道梁-XZSGDL,其作用及受力特點(diǎn)與平移上軌道梁相同,本工程托換結(jié)構(gòu)體系(如圖5所示)。從圖中可見(jiàn),建造中部的旋轉(zhuǎn)上軌道梁與直行上軌道梁大部分重疊在一起,旋轉(zhuǎn)上軌道梁的弧線均位于沿軸心不同半徑的弧線上,其兩端從支點(diǎn)外各延長(zhǎng)12m,受力形式為倒置懸臂梁結(jié)構(gòu)。 PYSGDL-平移上軌道梁(陰影)XZSGDL-旋轉(zhuǎn)上軌道梁(黑體)THL-托換梁(實(shí)線)LL-聯(lián)系拉梁(虛線) 在平移過(guò)程中,XZSGDL沒(méi)有參加受力,而在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中,因?yàn)楹奢d傳遞路徑的變化,原PYSGDL將變?yōu)橥袚Q梁作用,將原擔(dān)當(dāng)?shù)纳喜繅χ鶚?gòu)件荷載傳遞至XZSGDL,受力狀態(tài)也發(fā)生變化(如圖6、圖7所示)。因?yàn)槠揭七^(guò)程可能消失豎向變形的不勻稱性,PYSGDL還需調(diào)整