文昌鲁能淇水湾度假综合体位于海南省文昌市铜鼓岭国际化生态旅游区,建于2014年,度假综合体实景图见图1。综合体为钢框架结构,①～(12)轴两层,(12)～(19)轴一层,屋面相对标高13.0m,总建筑面积6 243.60m²,建筑占地面积4 318m²,总质量约1.5万t,一层建筑平面图见图2,建筑剖面图见图3,其±0.00m的绝对标高为10.50m。设计时采用的抗震设防烈度为7度(0.15g),场地类别Ⅱ类。2018年3月,为保护铜鼓岭的自然生态环境,需对文昌鲁能淇水湾度假综合体进行移位,向北偏西平移150m,抬高5m,同时旋转13.4°。考虑将来的使用要求及满足提高后的抗震设防要求(8度(0.20g)),建筑物就位后增加一层地下室并采用隔震连接。

　　 该工程场地土层分布情况多变,结构体型复杂,移位方式多样,对整体移位设计提出了较大的挑战。

　　 一般轨道式的建筑物移位,移位支撑点即滑动点的布置位置,通常直接设置在竖向构件以下或其附近,以便直接高效地传递上部结构的竖向荷载,减小托换结构的尺寸,降低工程造价。而该建筑物由于其建筑功能和波浪式平面外形的要求,建筑存在弧形轴线柱网,致使其纵横柱网均不平行。如果按图4所示在各框架柱下直接设置移位滑动点的话,由于建筑物轴线方向与移动方向存在夹角,会导致移位轨道很多,且每一轨道的使用率很低,托换结构的造价得到了控制,但基础和轨道的造价就会很高。所以,通过对该工程进行综合造价分析,采用了图5所示的带有转换梁的托换结构方式,在连接柱网的纵横托换梁下设置沿移位方向的转换梁,移位支撑点设置在转换梁下,虽托换结构的尺寸及用钢量有所增加,但此方案可大幅度地减少基础和轨道梁的数量。

　　 建筑场地位于花岗岩剥蚀低丘地貌单元,南侧距海岸约200m。新址处的场地标高变化范围为9.0～16.0m,场地呈东低西高、南低北高的走势。建筑基础形式为独立基础,基底绝对标高为7.45～8.75m。新址处地下室底板绝对设计标高为8.50m,地下室层高为4.50m,隔震层层高为2.50m。

　　 建筑物旋转时,由于其旋转轨迹的原因,通常需要将建筑物旋转区域的基础设置成筏板基础。建筑物新址需要增设地下室,若在地下室顶板上旋转,地下室内需设置大量临时支撑。如在移位过程中旋转,需要在移位路线上设置部分筏板基础,同时旋转前后的轨道方向也要随之调整。综合比较工程造价与施工难度后,建筑物的旋转位置选择在原址处,利用原有的独立基础和旋转后轨道基础,可最大量地减少增设筏板的工程量。同时,建筑物在原址完成旋转后,其移位轨道方向不需再进行改变,有利于施工和移位控制。

　　 由于场地标高沿移位方向是逐渐抬升的,建筑物一次顶升的高度越大,施工和操控难度也越大。同时考虑到施工工具的重复利用,建筑物的顶升分三次进行。三次顶升高度分别为2,2,1m,顶升位置分别设置在旋转完成后、移位道路中间和就位后。

　　 建筑场地内土层分布复杂,以回填土及砂质黏土为主,局部夹杂淤泥、淤泥质土、细砂和粉土,图6为典型地质剖面。各土层的主要力学性能指标见表1。场地地下水标高在9.7m左右。除新址基础外,移位过程路线上的轨道基础为施工过程中临时基础,其受力时间较短,但对沉降的要求较高。根据场地地质情况,临时基础采用了预应力管桩、灌注桩与天然地基三种基础组合的形式。中风化层埋深小于2.5m的区域,采用天然地基; 中风化层埋深在2.5～7.0m之间的区域,采用灌注桩桩基,灌注桩桩端进入中风化层不小于0.5m; 中风化层埋深大于7.0m的区域,采用预应力管桩桩基,管桩入土深度采用位移控制,要求在桩设计承载力两倍的压力作用下,持荷30min,桩身位移稳定。

　　 施工前,对整个轨道范围的地基土进行钎探,钎探深度不小2.5m,间距不大于1.0m。根据钎探的结果,进一步细化判断2.5m范围内土层性质。预应力管桩区域,管桩压入深度无法达到7.0m时,改为灌注桩。如图7所示,建筑物的旋转区域采用筏板(局部桩筏)基础,移位轨道采用条形基础,新址地下室采用筏板基础。基础承载力按移位过程中受力包络确定,临时基础仅考虑恒荷载、施工活荷载及可能出现的风荷载(按12级台风取值)。

　　 文昌鲁能淇水湾度假综合体为钢框架结构,其钢柱柱脚为埋入式柱脚,移位过程中钢柱的托换节点设置在柱脚的混凝土围套四周,采用了图8所示的钢筋混凝土托换梁四面包裹式托换节点。

　　 柱的截断位置,需保证钢柱与混凝土围套之间不发生剪切滑移破坏。确定其围套包裹高度时,忽略钢柱与混凝土围套之间的界面粘结力,仅考虑钢柱表面销钉的剪切力,并假设同一竖直面上的一列销钉均匀抗剪。按钢柱截面的平均压应力来计算销钉数量,根据销钉数量和竖向间距确定围套高度。

　　 $n=\frac{\sigma {}_{\text{m}}ts}{{\rm N}{}_{\text{v}}^{\text{c}}}(1)$

　　 式中:n为单列销钉的数量; σ_m为钢柱截面的平均压应力,其计算仅考虑恒荷载、施工活荷载与风荷载(取12级台风荷载)的组合所产生的平均压力; t为钢管柱壁厚; s为销钉的水平间距; N^c_v为单个销钉的抗剪承载力,${\rm N}{}_{\text{v}}^{\text{c}}=0.43A{}_{\text{s}}\sqrt[]{E{}_{\text{c}}f{}_{\text{c}}}\le 0.7A{}_{\text{s}}f{}_{\text{u}}$^[1],其中A_s为销钉截面面积,E_c为围套混凝土弹性模量,f_c为围套混凝土抗压强度设计值,f_u为销钉极限抗拉强度设计值。

　　 按上述计算方法,各类型钢柱所需的单列销钉数量n和围套高度H见表2。

　　 钢柱托换节点的高度h,按下式计算 ^[2,3]:

　　 $h\ge {\rm N}/0.6f{}_{\text{t}}u{}_{\text{m}}(2)$

　　 式中:h为托换节点的高度; N为柱轴力设计值,考虑恒荷载、施工活荷载与风荷载(取12级台风荷载)的组合; f_t混凝土的抗拉强度(取新旧混凝土的低值); u_m为混凝土围套的截面周长。

　　 根据式(2)计算各类型钢柱的托换节点高度h,计算结果见表3。

　　 托换梁分三种工况进行包络设计:工况一为平移施工工况,该工况以托换结构的滑动点为支撑点,荷载仅考虑移位施工荷载,即恒荷载、施工活荷载与风荷载(取12级台风荷载),支撑点全部为铰接; 工况二为移位过程的顶升工况,该工况以顶升点为支撑点,考虑施工荷载,支撑点铰接; 工况三为建筑物就位后的使用工况,建筑物就位后,托换梁上需要浇筑楼板,托换梁和后浇筑的梁板形成建筑物的隔震层,此工况按建筑物就位连接后的使用荷载对托换梁进行计算。按以上三种工况的包络内力进行托换梁的配筋计算。

　　 笔者在文献[4]中提出了滚动式平移的牵引力计算公式:

　　 $F=kfG(3)$

　　 式中:F为建筑物的牵引力; k为综合调整系数,取1.5～2.0,受滚轴压力、直径和轨道平整度的影响,由试验或施工经验确定; f为摩擦系数,取1/15; G为建筑物的重量。

　　 本工程建筑物的总质量约为15 000t,综合调整系数取1.5,所以该建筑物平移启动时所需的总水平动力约为15 000kN。施工时按各滑动点竖向荷载大小分配至各个反力支座。

　　 三次顶升中第一、二次顶升,顶升点设置在滑动点两侧的托换梁下; 第三次顶升,顶升点设置在钢柱的托换节点下,见图9。

　　 第一、二次顶升后需要继续向前平移,为降低造价、缩减工期,顶升时采用双肋钢梁进行轨道标高调整。为抵抗平移时偏心的影响,增强钢梁本身的稳定性及基础结构的整体稳定性,在各基础轨道的双肋钢梁之间均设置了图10所示的水平和竖向支撑。

　　 该项目处于台风高发地区,尤其是夏秋季,因本工程移位距离远、难度大,其所用工期就会比较长,在移位过程中有可能出现台风天气。而该建筑物体型复杂、挑檐长度大,为抵抗台风天气下框架柱出现的拉力,移位结构预留了应急抗风措施,见图11。

　　 该建筑物原设计抗震设防烈度为7度(0.15g),而移位后需满足8度(0.20g)的要求,建筑物的就位连接采用了隔震连接。整个建筑物共布置了80个橡胶铅芯隔震支座,其中LRB500型23个、LRB600型19个、LRB700型38个。选取2条人工波与5条天然波对就位隔震连接后结构进行时程分析得到,罕遇地震下的最大位移为196mm,支座的最大压应力为17MPa,最小压应力为1MPa,未出现拉应力。各楼层剪力与减震系数的计算结果见表4。

　　 从表4可以看出,采用隔震连接,建筑物的抗震性能明显提高,最大减震系数为0.39,小于0.53,可满足由7度(0.15g)提高至8度(0.20g)的抗震要求。采用隔震支座连接上下结构,避免了传统连接中混凝土围套内钢筋对接难度大、焊点集中及新旧混凝土结合的薄弱面问题。隔震支座连接节点详图见图12。

　　 文昌鲁能淇水湾度假综合体体型复杂,场地地质情况多变,移位方式多样。针对上述情况设计中采用多种有益的尝试和创新。

　　 (1)采用带有转换梁的托换结构体系,有效地减少了移位的轨道数量,降低了工程造价。

　　 (2)针对复杂的土层分布,在有效控制短期沉降的基础上,采用多种桩基及天然地基的组合基础形式。

　　 (3)结合场地标高,考虑施工工具的可重复性,降低工程造价,建筑物的顶升分三次完成。顶升时,采用支撑连接以增强基础结构的整体性。

　　 (4)由于项目处于台风高发地区,设计时设置了施工过程中台风天气的应急抗风措施。

　　 (5)移位后的连接采用了隔震连接,提高了结构的抗震性能,同时,给出了一种既有钢结构增加隔震支座的连接处理方式。

　　 该项目已于2018年11月顺利施工完成,上述尝试和创新均通过了实践检验。