王建永 盧文勝 李 偉 張鳳亮 謝麗宇 谷志旺 邱會(huì)安

1. 上海天演建筑物移位工程股份有限公司 上海 200336；2. 同濟(jì)大學(xué) 上海 200092；3. 上海建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司 上海 200041；4. 上海建工四建集團(tuán)有限公司 上海 201103

建筑物整體平移在國(guó)內(nèi)已經(jīng)有數(shù)百個(gè)成功的實(shí)例，相關(guān)的技術(shù)規(guī)程及標(biāo)準(zhǔn)也相繼出臺(tái)。PLC同步控制技術(shù)在平移工程中得到了廣泛的應(yīng)用，大大提高了同步控制精度，平移時(shí)正常加速度小于0.01g。但是在文物建筑平移工程中，考慮到文物建筑建造年代久遠(yuǎn)，材料強(qiáng)度低、整體性差等特點(diǎn)，以及臺(tái)風(fēng)、較大差異沉降、地震等不可預(yù)見(jiàn)情況，結(jié)構(gòu)的臨時(shí)加固還是必須重點(diǎn)考慮的關(guān)鍵技術(shù)。

1 工程概況

上海玉佛禪寺為外觀2層的仿宋宮殿式木結(jié)構(gòu)建筑，是上海優(yōu)秀歷史建筑和普陀區(qū)文物保護(hù)單位。由于在城市發(fā)展過(guò)程中，地勢(shì)變低，交通擁擠，年久失修，存在很大的安全隱患，已不滿(mǎn)足實(shí)際使用需求，故需對(duì)玉佛禪寺進(jìn)行整修，采用可編程邏輯控制器（PLC）同步控制系統(tǒng)控制相應(yīng)設(shè)備，將大雄寶殿整體向北平移30.66 m，頂升0.85 m。為保障平移萬(wàn)無(wú)一失，平移前設(shè)計(jì)階段重點(diǎn)考慮臨時(shí)加固技術(shù)，不僅要求臨時(shí)加固措施要抵抗0.05g水平加速度，而且加固措施在受力拆除時(shí)不能對(duì)結(jié)構(gòu)造成損傷。

2 木結(jié)構(gòu)整體臨時(shí)加固

2.1 臨時(shí)加固措施比選

本工程采用空間鋼桁架的形式，鋼架的鋼柱錨固在上托換盤(pán)上。鋼架自身獨(dú)立成體系，在縱橫向都有較大的剛度。其目的是在意外情況發(fā)生或受到不利工況擾動(dòng)的情況下能夠控制整體木構(gòu)架的水平變形，保持結(jié)構(gòu)的側(cè)向穩(wěn)定性，對(duì)整體建筑進(jìn)行側(cè)向的限位保護(hù)。獨(dú)立鋼架體系不改變主體結(jié)構(gòu)的體系和原有受力狀態(tài)，只有在建筑產(chǎn)生相對(duì)較大的變形時(shí)鋼架側(cè)向保護(hù)作用才啟動(dòng)，因此給主體木結(jié)構(gòu)預(yù)留了一定自適應(yīng)的變形空間，正常情況下鋼架和主體結(jié)構(gòu)的受力互不干擾，各自受力模式也比較清晰。但對(duì)一些不利工況，臨時(shí)鋼架起到的保護(hù)作用有限，如柱托換過(guò)程中，如果托換失效或底部產(chǎn)生比較大的豎向變形，則獨(dú)立鋼架體系不能起到保護(hù)作用。因此專(zhuān)門(mén)考慮一個(gè)備選方案，以期能夠保證這種不利工況發(fā)生時(shí)整體建筑的安全。

大殿內(nèi)為木結(jié)構(gòu)，不能進(jìn)行明火焊接作業(yè)，加固鋼桁架設(shè)計(jì)為螺栓連接，鋼結(jié)構(gòu)主要構(gòu)件為立柱、水平支撐、斜向支撐及抱箍等，桿件數(shù)量較多（圖1）。其中立柱采用RHS160 mm×8 mm，數(shù)量34根、共計(jì)43節(jié)；水平支撐為2C16A，數(shù)量25根；斜向支撐為∠100 mm×63 mm×8 mm，數(shù)量52根；抱箍16個(gè)（圖2、圖3）。

圖1 鋼架空間模型

圖2 鋼結(jié)構(gòu)加固

2.2 木柱與鋼結(jié)構(gòu)連接

在木柱周?chē)摪迮c水平鋼支撐通過(guò)螺栓連接，為保護(hù)木柱節(jié)點(diǎn)在受力時(shí)不損傷接觸表面，在木柱與抱箍間填充厚20 mm橡膠板。節(jié)點(diǎn)做法只限制其水平位移，不限制豎向位移，使加固體系與原結(jié)構(gòu)體系受力及傳力互不干擾（圖4）。施工過(guò)程中由于木柱間距、木柱直徑、木柱傾斜等各不相同，導(dǎo)致鋼架與木柱間的連接桿件長(zhǎng)度及角度必須以實(shí)際情況為準(zhǔn)，最后安裝前進(jìn)行測(cè)量。

2.3 局部節(jié)點(diǎn)的加固

在損傷嚴(yán)重且有施工空間的各節(jié)點(diǎn)梁和柱上設(shè)拉結(jié)，對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行限位加固，減少各種變形的發(fā)生，對(duì)大梁和柱節(jié)點(diǎn)采用隅撐加固；對(duì)托梁式結(jié)構(gòu)的梁柱節(jié)點(diǎn)采用2個(gè)能對(duì)稱(chēng)扣合鎖固在梁、柱表面的扁鋼卯（圖5、圖6）。

圖3 加固平面示意

圖4 木柱與鋼結(jié)構(gòu)支撐連接關(guān)系

圖5 木柱與梁節(jié)點(diǎn)加固

3 佛像加固

3.1 佛像傾覆簡(jiǎn)化分析

將佛像結(jié)構(gòu)假設(shè)為均質(zhì)結(jié)構(gòu)，根據(jù)形狀確定重心位置（圖7），水平加速度考慮0.05g，計(jì)算佛像的傾覆可能性。

圖6 梁與托柱節(jié)點(diǎn)加固

圖7 佛像傾覆簡(jiǎn)化分析

1）在0.05g水平加速度作用下，中間大佛依靠自身質(zhì)量具有足夠穩(wěn)定性，沒(méi)有傾斜和傾覆傾向，傾覆安全系數(shù)8.6。

2）按0.05g水平加速度計(jì)算南海觀音像的傾覆穩(wěn)定性，計(jì)算不考慮南海觀音像根部錨固與黏結(jié)作用，假設(shè)為平放于佛臺(tái)上部，傾覆安全系數(shù)為4.4。

由此可知，佛像在0.05g水平加速度作用下的傾覆可能性很小，但考慮到平移過(guò)程中各種不可預(yù)見(jiàn)的情況，為保證萬(wàn)無(wú)一失，應(yīng)對(duì)佛像進(jìn)行必要的臨時(shí)性加固。

我逃回村里，向一位慈眉善目的鄉(xiāng)村老翁展示我那紅腫的手背。老翁笑著告訴我：“這不是蜜蜂，是馬蜂！這蟲(chóng)子厲害，你不要去惹它們?！?/p>

3.2 佛像加固方案選擇

由于佛像為非受力構(gòu)件，表面不能受力，形狀不規(guī)則，且為重點(diǎn)保護(hù)部位，加固措施不能采用限位及扶持措施，且應(yīng)避開(kāi)四肢等脆弱部位。設(shè)計(jì)階段對(duì)比了封閉式加固、綁帶式加固、框架夾板式加固等加固方案。

1）封閉式加固。佛像四周模板封閉，內(nèi)部填充乒乓球、稻殼等輕質(zhì)材料。該方案內(nèi)部封閉體積巨大，填充材料可觀，乒乓球需要300萬(wàn)個(gè)，質(zhì)量8 t，可能壓壞佛像，而且封閉后在平移過(guò)程中無(wú)法觀察。

2）綁帶式加固。彈性材料綁帶前后綁扎固定。該方案綁扎時(shí)施工的預(yù)應(yīng)力無(wú)法控制。

3）框架夾板式加固。腳手架作為支撐，夾板作為固定。該方案腳手架鋼管間的連接為標(biāo)準(zhǔn)化連接安裝，質(zhì)量比較容易保證，節(jié)點(diǎn)摩擦強(qiáng)度足夠滿(mǎn)足支撐力要求（圖8）。

圖8 框架夾板式加固

當(dāng)佛像發(fā)生傾覆趨勢(shì)時(shí)，主要的受力與傳力途徑為：佛像水平力→接觸海綿→支撐木方→固定模板→支撐腳手架及斜桿。主要的施工工序與傳力路徑相反：先施工支撐腳手架→加工與佛像體型大致吻合的固定模板（模板與佛像不接觸）→安裝并固定木方（木方頂端粘貼海綿）。

東西兩側(cè)佛像加固2道夾板支撐，中間佛像加固2道夾板支撐，并用木方固定底座蓮花臺(tái)座。南海觀音佛像加固支撐桿件頂端粘貼海綿與接觸點(diǎn)接觸，并且避開(kāi)所有佛像的位置。

4 平移過(guò)程加固措施監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

在整個(gè)施工過(guò)程中對(duì)大殿進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，安裝靜力水準(zhǔn)儀監(jiān)測(cè)大雄寶殿整體姿態(tài)，安裝傾角儀監(jiān)測(cè)墻體、木柱、佛像的傾斜；安裝位移傳感器監(jiān)測(cè)佛像位移、榫卯節(jié)點(diǎn)變形。大雄寶殿于2017年9月2日正式啟動(dòng)平移工程，并于9月8日平移到位，2017年9月12日開(kāi)始頂升，于2017年9月17日頂升到位。在此期間，木柱傾角儀的數(shù)據(jù)如表1所示。

通過(guò)對(duì)鋼桁架應(yīng)變計(jì)、佛像激光測(cè)距儀的變化曲線(xiàn)和傾角儀的讀數(shù)進(jìn)行分析，可得出以下結(jié)論：

1）安裝在墻面的靜力水準(zhǔn)儀、傾角儀、激光測(cè)距儀測(cè)量數(shù)據(jù)在平移頂升前后幾乎保持不變，可知整體結(jié)構(gòu)在平移頂升過(guò)程并未發(fā)生顯著的偏移、下沉或旋轉(zhuǎn)。

2）安裝在佛像墻面上的靜力水準(zhǔn)儀和傾角儀，以及正對(duì)佛像的激光測(cè)距儀的測(cè)量數(shù)據(jù)在平移前后幾乎保持不變，可知佛像在平移過(guò)程與整體結(jié)構(gòu)幾乎保持相對(duì)靜止，并未發(fā)生顯著的相對(duì)移動(dòng)、傾斜或旋轉(zhuǎn)。

3）安裝在柱子上的傾角儀以及安裝在大殿頂部橫向、縱向梁上的激光測(cè)距儀的測(cè)量數(shù)據(jù)在平移前后幾乎保持不變，可知柱子在平移過(guò)程并未發(fā)生顯著的傾斜或下沉；大梁與木柱交界的卯榫節(jié)點(diǎn)部位沒(méi)有明顯的變形。

表1 部分木柱傾角儀數(shù)據(jù)

4）鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)變?cè)谄揭祈斏^(guò)程中的數(shù)據(jù)變化幅度＜45 με，設(shè)計(jì)規(guī)定的鋼結(jié)構(gòu)微應(yīng)變?cè)冢?00～100 με范圍內(nèi)（按鋼材設(shè)計(jì)強(qiáng)度的1/10取值），滿(mǎn)足要求。

5 結(jié)語(yǔ)

1）只要嚴(yán)格控制各階段的設(shè)計(jì)指標(biāo)，平移頂升施工的風(fēng)險(xiǎn)就可以控制得很低，因而，結(jié)構(gòu)安全可靠度是有保證的。

2）臨時(shí)加固結(jié)構(gòu)應(yīng)自成體系，與原結(jié)構(gòu)傳力不能互相干擾，拆除時(shí)不影響原受力傳力路徑。

3）應(yīng)用PLC同步控制系統(tǒng)平移頂升建筑物對(duì)結(jié)構(gòu)的擾動(dòng)很小，木結(jié)構(gòu)建筑平移時(shí)采用輕型鋼桁架加固過(guò)于保守，類(lèi)似項(xiàng)目可考慮選擇滿(mǎn)堂腳手架加固方式。

4）木結(jié)構(gòu)建筑整體平移頂升工程可不考慮屋架體系及屋面瓦片的加固。