CN103790396B - 一种框架结构建筑物平移装置及行走梁和基础梁设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种框架结构建筑物平移装置及行走梁和基础梁设计方法，装置包括基础梁（2）、滚轴（4）和行走梁（5），灌注桩（1）上设置基础梁，基础梁上设置行走轨道（3），行走轨道上铺设滚轴，滚轴与框架结构（6）之间设置行走梁；所述行走梁是变截面的。方法确定了行走梁与基础梁之间的滚轴受到的压力大小及分布方式，确定了行走梁及基础梁的计算简图，提出了行走梁及基础梁的截面尺寸取值方法，给出了行走梁及基础梁纵筋和箍筋的计算方法，本发明原理简单，使用方便，且计算结果能满足工程实践的要求，具有广泛的实用性。

Description

一种框架结构建筑物平移装置及行走梁和基础梁设计方法

技术领域

本发明涉及一种建筑物整体平移装置，具体是一种框架结构建筑物平移装置及行走梁和基础梁设计方法。

背景技术

随着国民经济的飞速发展，原有的城镇、矿区规划已不能适应经济发展的需要，越来越多的建筑物需要平移。近年来，建筑物整体平移技术以其工期短、对使用者影响小、经济效益显著等优点，得到了快速发展。

要进行建筑物的整体平移，首先就要将原结构与基础断开，上部结构荷载的传递途径发生了变化，由直接向下传递到基础改为先传递到行走梁，再由行走梁通过滚轴传递到下部的基础梁。特别是对于框架结构，框架柱承受着较大的轴向荷载，托换难度较大，若一旦行走梁及基础梁设计不合理，在上部结构荷载向下传递的过程中发生破坏，上部结构就会出现严重破坏，建筑物的整体平移就不能实现。因此必须要保证行走梁及基础梁托换的安全性。

但到目前为止，框架结构建筑物平移的结构设计还没有正式的设计规范可循，特别是行走梁及基础梁没有可行的设计方法，施工单位往往是凭经验操作，严重影响框架结构建筑物平移的安全性，影响建筑物平移技术的快速发展。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种框架结构建筑物平移装置及行走梁和基础梁设计方法，依据合理、计算方便、且能保证施工的安全性。

为了实现上述目的，本发明一种框架结构建筑物平移装置，包括基础梁、滚轴和行走梁，灌注桩上设置基础梁，基础梁上设置行走轨道，行走轨道上铺设滚轴，滚轴与框架结构之间设置行走梁；所述行走梁是变截面的。

一种框架结构整体平移装置其行走梁和基础梁设计方法，包括如下步骤：

1）、确定行走梁和基础梁的截面尺寸：选取基础梁的截面高度为建筑物计算跨度的1/11-1/13，截面的宽度取截面高度的1/2-1/3；

选取行走梁的高跨比为1/9-1/11,确定行走梁截面高度H₁，再按照钢筋混凝土梁的高宽比2～3确定行走梁的截面宽度；当框架柱所承担的轴力较大时，加大行走梁的高度为H₂，将行走梁做成变截面梁，变截面的长度以满足上部纵筋锚固长度为准；

2）、确定行走梁与基础梁之间滚轴受到的压力大小及分布方式：设行走梁与基础梁之间的滚轴受到的压力为均匀分布，均布滚轴反力的计算按照将框架柱所承受的轴力之和均布于行走梁下计算得到；

3）、把行走梁和基础梁看作是受到均布荷载作用的连续梁，确定行走梁及基础梁的计算简图；

4）、进行行走梁的纵筋计算：行走梁的底部纵筋由两部分组成，

一是按照托换节点处的承载力设计确定行走梁的下部配筋，其计算公式为：

公式（1）中：N为上部柱传来的荷载；

A_s下为托换节点处行走梁底部纵筋的截面面积；

f_y为托换节点处行走梁底部纵筋的抗拉强度设计值；

h为托换体系的高度；

B为托换体系的总宽度；

b为行走梁的宽度。

二是按照上述行走梁计算简图得到支座弯矩，计算行走梁的下部配筋；将以上两部分纵筋相加得到行走梁在两端的下部配筋，并且不少于50%的纵筋沿梁的底部通长布置，其他纵筋深入跨中满足锚固长度即可截断。

按照上述行走梁计算简图跨中的负弯矩，计算行走梁的顶部纵筋并且通长布置，在托换节点处的中部和顶部配筋不少于行走梁底部配筋的2/3；

5）、进行基础梁的纵筋计算：根据基础梁的计算简图中梁跨中和支座的最大弯矩，根据公式（2）～（4）确定截面上下部配筋：

${\mathrm{\α}}_s=\frac{M}{{\mathrm{\α}}_1{f}_c{\mathrm{bh}}_0^2}---\left(2\right)$

$\mathrm{\ξ}=1-\sqrt{1-2{\mathrm{\α}}_s}---\left(3\right)$

$A_s=\frac{{\mathrm{\α}}_1{f}_c{\mathrm{bh}}_0\mathrm{\ξ}}{f_y}---\left(4\right)$

公式（2）～（4）中：M为基础梁跨中或支座处的弯矩设计值；

α₁为混凝土受压区等效矩形应力图系数；

α_s为钢筋混凝土截面的弹塑性抵抗矩系数；

f_c为基础梁混凝土轴心抗压强度设计值；

b为基础梁的截面宽度；

h₀为基础梁跨中或支座处的截面有效高度；

f_y为钢筋抗拉强度设计值；

ξ为相对受压区高度；

A_s为基础梁上部或下部配筋截面面积。

6）、确定行走梁和基础梁的箍筋：按照上述行走梁及基础梁支座处的剪力确定。其计算公式为：

$V<V_{\mathrm{cs}}=0.7f_t{\mathrm{bh}}_0+f_{\mathrm{yv}}\frac{A_{\mathrm{sv}}}{s}{h}_0---\left(5\right)$

公式（5）中：V为行走梁及基础梁支座处的剪力设计值；

f_t为混凝土的抗拉强度设计值；

b为基础梁的截面宽度；

h₀为基础梁跨中或支座处的截面有效高度；

f_yv为箍筋抗拉强度设计值；

s为沿构件长度方向的箍筋间距；

V_cs为受弯构件的斜截面受剪承载力；

A_sv为配置在同一截面内箍筋的全部截面面积。

进一步的，根据公式（6）对行走梁和基础梁的截面尺寸作适当调整：

公式（6）中：i_行走梁为行走梁的线刚度；

i_基础梁为基础梁的线刚度。

优选的，变截面高度H₂的长度为行走梁跨度的1/4。

优选的，选取基础梁的截面高度为建筑物计算跨度的1/12，截面的宽度取截面高度的1/2；选取行走梁的高跨比为1/10。

本发明应用于建筑物的平移，特别适用于软弱地基土上采用桩基础的框架结构。确定了行走梁下及基础梁上的滚轴受到的压力大小及分布方式，确定了行走梁及基础梁的计算简图，提出了行走梁及基础梁的截面尺寸取值方法，给出了行走梁及基础梁纵筋和箍筋的计算方法。该发明平移装置与现有结构相比，受力明确；行走梁和基础梁的设计方法与现有的弹性地基梁计算理论相比，原理简单，使用方便，且计算结果能满足施工安全性的要求，具有广泛的实用性。

附图说明

图1为本发明的框架结构建筑物整体平移装置示意图；

图2为行走梁的计算简图；

图3为基础梁的计算简图；

图4为行走梁的截面示意图；

图5为行走梁的托换节点受力示意图。

图中，1、灌注桩，2、基础梁，3、行走轨道，4、滚轴，5、行走梁，6、框架结构。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明一种框架结构建筑物平移装置，包括基础梁2、滚轴4和行走梁5，灌注桩1上设置基础梁2，基础梁2上设置行走轨道3，行走轨道3上铺设滚轴4，滚轴4与框架结构6之间设置行走梁5；行走梁5是变截面的。

一种框架结构建筑物平移装置及行走梁和基础梁设计方法，包括如下步骤：

（1）、如图4所示，确定行走梁和基础梁的截面尺寸：选取基础梁的截面高度为建筑物计算跨度的1/11-1/13，截面的宽度取截面高度的1/2-1/3。优选的，选取基础梁的截面高度为建筑物计算跨度的1/12，截面的宽度取截面高度的1/2；

选取连续梁的高跨比为1/9-1/11,优选行走梁的高跨比为1/10。确定行走梁截面高度H₁，再按照钢筋混凝土梁的高宽比2～3确定行走梁的截面宽度；当框架柱所承担的轴力较大时，加大行走梁的高度为H₂，将行走梁做成变截面梁，变截面的长度以满足上部纵筋锚固长度为准，一般为行走梁跨度的1/4；

根据公式（6）对行走梁和基础梁的截面尺寸作适当调整：

公式（6）中：i_行走梁为行走梁的线刚度；i_基础梁为基础梁的线刚度。

（2）、确定行走梁与基础梁之间滚轴受到的压力大小及分布方式：设行走梁与基础梁上之间的滚轴受到的压力为均匀分布，均布滚轴反力的计算按照将框架柱所承受的轴力之和均布于行走梁下计算得到。均布滚轴反力由以下公式计算：

$q=\frac{Q}{L}---\left(7\right)$

公式（7）中：Q为框架柱所承受的轴力之和；L为行走梁的跨度。

（3）、如图2和图3所示把行走梁和基础梁看作是受到均布荷载作用的简支梁和连续梁，确定行走梁及基础梁的计算简图；

（4）、如图5所示，进行行走梁的纵筋计算：行走梁的底部纵筋由两部分组成，

一是按照托换节点处的承载力设计确定行走梁的下部配筋，其计算公式为：

公式（1）中：N为上部柱传来的荷载；

A_s下为托换节点处行走梁底部纵筋的截面面积；

f_y为托换节点处行走梁底部纵筋的抗拉强度设计值；

h为托换体系的高度；

B为托换体系的总宽度；

b为行走梁的宽度。

二是按照上述行走梁计算简图得到支座弯矩：

$M=\frac{{\mathrm{qL}}^2}{32}---\left(8\right)$

公式（8）中，q为行走梁与基础梁上之间的滚轴受到的均匀反力；

L为行走梁的跨度。

参照公式（2）～（4）计算行走梁的下部配筋；将以上两部分纵筋相加得到行走梁在两端的下部配筋，并且不少于50%的纵筋沿梁的底部通长布置，其他纵筋深入跨中满足锚固长度即可截断。

按照上述行走梁计算简图，可到到跨中的负弯矩：

$M=\frac{7}{32}{\mathrm{qL}}^2---\left(9\right)$

公式（9）中，q、L的含义同公式（8）。

参照公式（2）～（4）计算行走梁的顶部纵筋并且通长布置，在托换节点处的中部和顶部配筋不少于行走梁底部配筋的2/3。

（5）、进行基础梁的纵筋计算：根据基础梁的计算简图中梁跨中和支座的最大弯矩，根据公式（2）～（4）确定截面上下部配筋：

${\mathrm{\&alpha;}}_s=\frac{M}{{\mathrm{\&alpha;}}_1{f}_c{\mathrm{bh}}_0^2}---\left(2\right)$

$\mathrm{\&xi;}=1-\sqrt{1-2{\mathrm{\&alpha;}}_s}---\left(3\right)$

$A_s=\frac{{\mathrm{\&alpha;}}_1{f}_c{\mathrm{bh}}_0\mathrm{\&xi;}}{f_y}---\left(4\right)$

公式（2）～（4）中：M为基础梁跨中或支座处的弯矩设计值；

α₁为混凝土受压区等效矩形应力图系数；

α_s为钢筋混凝土截面的弹塑性抵抗矩系数；

f_c为基础梁混凝土轴心抗压强度设计值；

b为基础梁的截面宽度；

h₀为基础梁跨中或支座处的截面有效高度；

f_y为钢筋抗拉强度设计值；

ξ为相对受压区高度；

A_s为基础梁上部或下部配筋截面面积。

（6）、确定行走梁和基础梁的箍筋：按照上述行走梁及基础梁支座处的剪力确定。其计算公式为：

$V<V_{\mathrm{cs}}=0.7f_t{\mathrm{bh}}_0+f_{\mathrm{yv}}\frac{A_{\mathrm{sv}}}{s}{h}_0---\left(5\right)$

公式（5）中：V为行走梁及基础梁支座处的剪力设计值；

f_t为混凝土的抗拉强度设计值；

b为基础梁的截面宽度；

h₀为基础梁跨中或支座处的截面有效高度；

f_yv为箍筋抗拉强度设计值；

s为沿构件长度方向的箍筋间距；

V_cs为受弯构件的斜截面受剪承载力；

A_sv为配置在同一截面内箍筋的全部截面面积。

Claims (3)

1.一种框架结构建筑物平移装置的行走梁和基础梁设计方法，所述的框架结构建筑物平移装置包括基础梁（2）、滚轴（4）和行走梁（5），灌注桩（1）上设置基础梁（2），基础梁（2）上设置行走轨道（3），行走轨道（3）上铺设滚轴（4），滚轴（4）与框架结构（6）之间设置行走梁（5），且行走梁（5）是变截面的，其特征在于，所述的框架结构建筑物装置的行走梁和基础梁设计方法包括如下步骤：

1）、确定行走梁和基础梁的截面尺寸：选取基础梁的截面高度为建筑物计算跨度的1/11-1/13，截面的宽度取截面高度的1/2-1/3,并根据公式（1）对行走梁和基础梁的截面尺寸作适当调整：

（1）

公式（1）中：为行走梁的线刚度；

为基础梁的线刚度；

选取行走梁的高跨比为1/9-1/11,确定行走梁截面高度，再按照钢筋混凝土梁的高宽比2～3确定行走梁的截面宽度；当框架柱所承担的轴力较大时，加大行走梁的高度为，将行走梁做成变截面梁，变截面的长度以满足上部纵筋锚固长度为准；

2）、确定行走梁与基础梁之间滚轴受到的压力大小及分布方式：设行走梁与基础梁之间的滚轴受到的压力为均匀分布，均布滚轴反力的计算按照将框架柱所承受的轴力之和均布于行走梁下计算得到；

3）、把行走梁和基础梁看作是受到均布荷载作用的连续梁，确定行走梁及基础梁的计算简图；

4）、进行行走梁的纵筋计算：行走梁的下部配筋由两部分组成，

一是按照托换节点处的承载力设计确定行走梁的下部配筋，其计算公式为：

（2）

公式（2）中：为上部柱传来的荷载；

为托换节点处行走梁下部配筋的截面面积；

为托换节点处行走梁下部配筋的抗拉强度设计值；

为托换体系的高度；

为托换体系的总宽度；

为行走梁的宽度；

二是按照上述行走梁计算简图得到支座弯矩，计算行走梁的下部配筋；将以上两部分配筋相加得到行走梁在两端的下部配筋，并且不少于50%的纵筋沿梁的底部通长布置，其他纵筋深入跨中满足锚固长度即可截断；

按照上述行走梁计算简图跨中的负弯矩，计算行走梁的顶部纵筋并且通长布置，在托换节点处的中部和顶部配筋不少于行走梁下部配筋的2/3；

5）、进行基础梁的纵筋计算：根据基础梁的计算简图中梁跨中和支座的最大弯矩，根据公式（3）～（5）确定截面上部和下部配筋：

（3）

（4）

（5）

公式（3）～（5）中：为基础梁跨中或支座处的弯矩设计值；

为混凝土受压区等效矩形应力图系数；

为钢筋混凝土截面的弹塑性抵抗矩系数；

为基础梁混凝土轴心抗压强度设计值；

为基础梁的截面宽度；

为基础梁跨中或支座处的截面有效高度；

为钢筋抗拉强度设计值；

为相对受压区高度；

为基础梁上部或下部配筋截面面积；

6）、 确定行走梁和基础梁的箍筋：按照上述行走梁及基础梁支座处的剪力确定，其计算公式为：

（6）

公式（6）中：为行走梁及基础梁支座处的剪力设计值；

为混凝土的抗拉强度设计值；

为基础梁的截面宽度；

为基础梁跨中或支座处的截面有效高度；

为箍筋抗拉强度设计值；

为沿构件长度方向的箍筋间距；

为受弯构件的斜截面受剪承载力；

为配置在同一截面内箍筋的全部截面面积。

2.根据权利要求1所述的一种框架结构建筑物平移装置的行走梁和基础梁设计方法，其特征在于，变截面的长度为行走梁跨度的1/4。

3.根据权利要求1所述的一种框架结构建筑物平移装置的行走梁和基础梁设计方法，其特征在于，选取基础梁的截面高度为建筑物计算跨度的1/12，截面的宽度取截面高度的1/2；选取行走梁的高跨比为1/10。