中建八局西南公司 四川成都 610041
摘要：本文介绍了一种采用“型钢柱+型钢梁”组合对有大型机械作业的地下室顶板进行加固的方法，以具体工程为例阐述了其结构布置形式及计算模型，并介绍了其计算方法。
关键词：地下室顶板；加固；大型机械；吊装；荷载计算
引言
当前城市用地紧张，工程项目施工场地狭小，为满足施工需要，在地下室顶板上布置材料堆场、运输通道、进行吊装作业等越来越普遍。材料堆载、行车、吊装等产生的荷载远远超出地下室顶板的设计使用荷载，为了保证主体结构安全，需要对地下室顶板进行加固。而常规的钢管排架回顶加固方式占用空间大，加固区域内无法进行后续的机电装修施工，严重影响施工进度。因此，对于工期紧张的项目，必须采用一种占用空间小、构件间距大、对装修机电施工基本无影响的新型加固方式。
1.工程概况
某大型商业综合体地下室三层，地上裙楼六层，在裙楼六层的西南侧设计为管桁架钢结构，在裙楼主体结构施工完成后进行安装。根据设计要求及现场条件，拟采用350T履带吊进行桁架的吊装施工作业，履带吊站位区域在地下室顶板13轴至14轴交Q轴至T轴范围内。该区域内地下室顶板及各层结构设计情况为：
1、地下室顶板厚度为：180mm；混凝土强度等级：C30；梁最大间距为8.10m，断面800×550。
2、地下室负一层结构楼板厚度为：250mm；混凝土强度等级：C30；梁最大间距为2.90m，断面800×550。
3、地下室负二层无梁楼盖板厚为：250mm；混凝土强度等级为：C30。
4、地下室负三层底板板厚为：500mm；混凝土强度等级为：C40。
2.加固方式
1、在地下室顶板位置考虑将吊车的荷载通过下部设置钢梁支撑胎架的形式，将荷载作用在梁上，并通过钢柱的支撑传递至基础底板。
2、加固材料选型：钢梁及钢柱选用H488×300×11×18；钢板：-600×400×30，-2000×20。
加固支撑示意图
3.加固体系结构布置
1.地下室顶板加固钢梁布置
在吊机站位点地下室顶板结构梁上架设-600x600x30钢板垫板作为钢梁支座，使钢梁与结构面架空，上部钢梁的荷载全部通过支座传递至型钢支柱。考虑吊机的履带宽度1.2m，将相邻主钢梁采用同型号钢梁焊接每边两根，钢梁上铺-2000×20通长钢板与钢梁焊接牢固用于支承履带。钢梁采用H488×300×11×18型钢。
2.地下室型钢支柱布置
从负三层开始，在吊机站位点加型钢支柱，钢支柱间距不大于2m，上下两层钢管对齐且与顶板型钢梁支座对齐，钢支柱逐层向上，通过上下部设置-600x400x20钢垫板并与梁顶紧。钢柱采用H488×300×11×18型钢。
在无梁楼盖区域钢柱下设置型钢梁，支座承受在柱帽上。
4、加固计算
4.1 荷载情况梳理
1、主要考虑主桁架在超起工况下吊装时，履带吊重量、超起配重和吊装桁架的重量465吨
（1）其中主机为58吨，履带为32×2=64吨，后配重85吨，车身压重50吨，超起配重100吨；
（2）钢桁架构件重量83吨；
（3）钢梁、柱及钢板自重25吨。
2、350吨履带吊外廓尺寸（长×宽）为：9900mm×8400mm，单履带接地长×宽为：8760mm×1200mm；
3、在超起工况下，根据吊机站位点共计由6根钢梁承受履带吊传来荷载，钢梁支座反力即为型钢H488×300×11×18支撑作用的上部荷载。
4、加固材料选型：
钢梁：H488×300×11×18；
钢柱：H488×300×11×18；
钢板：-600×600×30，-2000×20，--600×400×20。
4.2 钢梁复核验算
1、H488×300×11×18 Q235b的型钢，其截面特性
（1）截面积A=15772mm2
（2）截面边沿至主轴的距离
（3）对主轴和弱轴的惯性矩
Ix=681371557.3mmm4
Iy=81050100mmm4
（4）截面抵抗矩Wx和Wy
Wx=2792506.4mm3
Wy=540330 mm3
（5）回转半径ix和iy
ix=208.1mm
iy=71.6mm
（6）H型钢的设计抗弯强度为215N/mm2，抗剪强度设计值为125N/mm2。
2、钢梁复核验算
（1）加固钢梁的荷载组合：
1.4×（58+64+85+50+100）×10KN+1.2×（83+25）×10KN=6294KN。
（2）履带作用钢梁面荷载
6294Kn/（8.8×1.2×2）m2=298Kn/m2
钢梁可按简支梁进行计算梁顶线荷载（钢梁间距约2.2m，中间有支座，按简支梁计算偏于安全）
q=298Kn/m2×2.2m=655.6 Kn/m
图4.2-1 主钢梁受力简图
（2）支座剪力计算Va=Ra，Vb=Rb
Ra=Rb=q×a
=786.72Kn
故支座为最大剪力：Va= Vb=786.72Kn
图4.2-3 主钢梁弯矩图
（4）钢梁作为简支受弯构件
①抗弯强度计算复核
=161N/mm2<f=215N/mm2，满足要求！
其中：γx取1.05
②抗剪强度计算复核
τ==（786720×15772）÷（681371557.3×11）
=1.66N/mm2<f=125N/mm2，满足要求！
其中：V为支座最大正剪力786.72Kn
A为截面积15772mm2
I为对主轴的惯性矩681371557.3mmm4
Tw为腹板厚度11m
③整体稳定性计算复核
图4.2-4 双轴对称焊接工字形截面
=1.15×4320/117.322×15772×488/2792506.4[]×235/215
=1.53
式中 ——梁整体稳定的等效临界弯矩系数，按表B-1采用取1.15；
——梁在侧向支承点间对截面弱轴y-y轴的长细比，，为梁毛截面对y轴的截面回转半径，为梁受压翼缘的自由长度；
=8400/71.6=117.32
——梁的毛截面面积；
、——梁截面的全高和受压翼缘厚度；
——截面不对称影响系数：对双轴对称工字形截面：
=472100002792506.4=110.5N/mm2<f=215N/mm2
钢梁的整体稳定性满足要求！
④挠度计算：
满足变形要求！
4.3 站位点加固钢柱计算
1、钢柱的截面特性计算
钢柱截面特性值同钢梁，其计算结果如下：
轴惯性矩Ix=681371557.3mm4
回转半径ix=207.8mm
抗扭系数Wx=2792506.4mm3
截面面积A=15772mm2
（2）构件受力类别：
轴心受压钢管柱的构件强度，稳定性和剪力计算。根据上部钢梁的支座反力计算，支座反力取值786.72Kn，即为型钢柱的轴心受压力N=786.72Kn。
（3）钢柱复核验算
1轴心受压构件强度
=N/An=786720/15772=49.88（N/mm2）；
由于计算的最大强度
σmax=49.88N/mm2，不大于承载力设计值：215N/mm2，故满足要求!
2轴心受压构件稳定性计算：
N/A= 786720/（0.97×11510.8）=51.42（N/mm2）；
其计算结果不大于承载力设计值：215N/mm2，故满足要求!
3轴心受压构件剪力计算：
V=15772×215×（235/235）1/2/85=39893.9（N）。
=39893.9×15772/（681371500×18）=0.05N/mm2
其计算结果小于抗剪强度设计值：125N/mm2，故满足要求!
4.4 上下柱节点混凝土的计算
按照钢管柱对梁的抗压作用，作用在梁上的压强
P=N/A=786720N/600×400=3.278N/mm2
梁的混凝土强度等级为C30，即30N/mm2
故梁混凝土的抗压强度满足要求。
5、结束语
通过采用“型钢梁+型钢柱”组合的加固方式对地下室顶板进行加固，履带吊作业期间，结构梁板均未出现裂缝、挠度过大等影响结构安全的现象，满足了施工作业的需求，证明该加固方法是安全、实用、可靠的。同时，吊装作业期间，地下室装修与机电安装作业按计划正常进行，有力的保证了施工节点工期，解决了传统钢管排架加固方法对地下室交叉施工影响过大的问题，为类似工程的地下室顶板加固提供了新的思路，具有指导意义，值得借鉴、推广。
参考文献
[1] GB50009-2012.建筑结构荷载规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2012：
[2] GB50017-2003.钢结构设计规范[S].北京：中国计划出版社，2003：
[3] GB50010-2010.混凝土结构设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2010：
[4] 孙超，赵淑丽，柴文静.重载下地下室顶板钢结构加固技术[J].钢结构，2017，32（4）：105-108.
论文作者:吴敏,吴传勇,钱德波
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第24期
论文发表时间:2018/12/5
标签：钢梁论文; 地下室论文; 顶板论文; 截面论文; 型钢论文; 荷载论文; 支座论文; 《建筑学研究前沿》2018年第24期论文;