地下室頂板后澆帶在布置施工道路工況下的受力研究及加固技術(shù)

尹友成 單奮權(quán) 李忠良

廣廈建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司 浙江 杭州 310013

1 項(xiàng)目概況

江西萍鄉(xiāng)市城市大廈位于萍鄉(xiāng)市開發(fā)區(qū)玉湖路，由3幢辦公塔樓及其配套商業(yè)裙房與1棟公共服務(wù)中心組成（圖1）。建筑物占地面積為10 486 m2，總建筑面積為122 347.37 m2，其中地下室一層，建筑面積為25 649 m2，地上96 698.37 m2。3幢辦公塔樓，地上均為20層，結(jié)構(gòu)高度82.10 m，建筑高度88.70 m。本工程±0.00 m相當(dāng)于絕對(duì)高程107.00 m。

圖1 萍鄉(xiāng)城市大廈

2 項(xiàng)目地理位置及場(chǎng)內(nèi)施工道路布置

萍鄉(xiāng)城市大廈項(xiàng)目毗鄰萍鄉(xiāng)市政府辦公大樓，四周均為城市主干道路，施工場(chǎng)地狹窄，建筑材料堆放困難。施工期間，所有建筑材料堆場(chǎng)及混凝土泵車均需布置于地下室頂板上[1]，且需設(shè)置混凝土運(yùn)輸車輛及材料運(yùn)輸車輛的施工道路。為了確保地下室頂板結(jié)構(gòu)安全，項(xiàng)目部決定將施工道路布置于消防車道位置，經(jīng)復(fù)核驗(yàn)算，消防車道地下室頂板結(jié)構(gòu)能夠滿足施工道路車輛安全通行。但本項(xiàng)目施工道路共需穿越地下室頂板的8條后澆帶，每條后澆帶寬度為800 mm，在后澆帶部位，由于人為隔斷了梁、板結(jié)構(gòu)，形成了長(zhǎng)、短邊懸臂梁、板結(jié)構(gòu)，故在后澆帶封閉前，后澆帶區(qū)域是結(jié)構(gòu)受力的最薄弱環(huán)節(jié)[2]。

3 地下室頂板后澆帶處懸挑結(jié)構(gòu)整體受力分析

3.1 受力模型建立

地下室頂板后澆帶的留置，將原本澆筑成整體的梁板結(jié)構(gòu)隔斷開為2個(gè)懸臂梁板結(jié)構(gòu)形式。在分析頂板后澆帶受力時(shí)，我們選取其中具有代表性的最不利2跨結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體建模分析（圖2）。

圖2 地下室頂板最不利2跨后澆帶結(jié)構(gòu)整體模型

3.2 現(xiàn)場(chǎng)施工道路及材料機(jī)具堆場(chǎng)荷載確定

以施工道路上行駛的混凝土運(yùn)輸車最大罐車體積14 m3測(cè)算，運(yùn)輸車自重為19.6 t，經(jīng)測(cè)定，混凝土罐車最大質(zhì)量為P=19.6 t（車輛質(zhì)量）＋14 m3×2.4 t/m3（混凝土質(zhì)量）=53.2 t[3]，運(yùn)輸材料車輛最大質(zhì)量按40 t進(jìn)行限載（如出現(xiàn)超載情況，項(xiàng)目部在現(xiàn)場(chǎng)采取接駁處理）?，F(xiàn)選取混凝土運(yùn)輸車輛作為施工道路活載進(jìn)行控制，考慮混凝土運(yùn)輸車車輪是移動(dòng)活載作用，將混凝土運(yùn)輸車后面2個(gè)承重車輪置于地下室頂板區(qū)格中部作用工況下為最不利活載工況布置，根據(jù)公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范及混凝土運(yùn)輸車構(gòu)造技術(shù)參數(shù)，按后面承重輪承受最大滿載時(shí)的80%計(jì)算[1]，則區(qū)格板內(nèi)承受的荷載為532 kN×0.8=425.6 kN，因車輪作用為運(yùn)動(dòng)荷載，考慮車輛行駛過程中產(chǎn)生的動(dòng)力系數(shù)取最大值1.4[4]，則區(qū)格板內(nèi)承受的荷載為1.4×425.6 kN=596 kN。按區(qū)格板尺寸為4.2 m×4.2 m計(jì)（小于局部荷載的有效分布寬度），可以采用近似均勻分布等效荷載測(cè)算，則施工道路活荷載取值為qe=596 kN/（4.2 m×4.2 m）=33.78 kN/m2，材料機(jī)具堆場(chǎng)活荷載現(xiàn)場(chǎng)測(cè)算按20 kN/m2進(jìn)行限載。

3.3 地下室結(jié)構(gòu)頂板受力分析及安全復(fù)核結(jié)果

經(jīng)過結(jié)構(gòu)軟件PKPM計(jì)算分析，地下室結(jié)構(gòu)頂板及十字次梁配筋承載力均能滿足施工期間頂板布置施工道路和材料堆場(chǎng)的要求，無需進(jìn)行加強(qiáng)，同時(shí)，考慮到安全可靠富余度，工程上采取保留后澆帶處結(jié)構(gòu)頂板搭設(shè)的支模架體系不拆除做法。經(jīng)分析，結(jié)構(gòu)主梁懸挑端短邊的結(jié)構(gòu)梁支座最大負(fù)彎矩為1 948 kN·m，計(jì)算所需配筋面積為As=5 608 mm2（理論配筋12φ25 mm），查閱地下室頂板結(jié)構(gòu)施工圖紙，梁支座處實(shí)際配筋為14φ25 mm，滿足強(qiáng)度要求；結(jié)構(gòu)主梁懸挑端長(zhǎng)邊的結(jié)構(gòu)梁支座最大負(fù)彎矩為4 450 kN·m，經(jīng)驗(yàn)算，主梁截面最大彎矩承載力為2 754.2 kN·m＜4 450 kN·m，主梁懸挑端長(zhǎng)邊承載力不能滿足結(jié)構(gòu)安全，施工期間需要對(duì)地下室頂板后澆帶結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固處理。

4 地下室頂板后澆帶加固方案

通過對(duì)結(jié)構(gòu)模型受力分析，已知懸挑長(zhǎng)邊結(jié)構(gòu)主梁承載力和變形（最大撓度值f=53 mm）均不能滿足規(guī)范要求，存在結(jié)構(gòu)安全隱患。為此，我們采取了在長(zhǎng)邊主梁懸挑端下加設(shè)支撐鋼立柱回頂加固的方法。

4.1 分析主梁下加固支撐鋼立柱受力

為了準(zhǔn)確搞清懸挑主梁下支撐鋼立柱受力狀況，模型建立時(shí)，在主梁下加設(shè)支撐鋼立柱，因支撐鋼立柱為后續(xù)回頂施工，分析鋼立柱時(shí)，采用按兩端鉸接柱進(jìn)行建模分析（圖3），得出主梁下加固鋼立柱承受最大豎向軸壓力為1 073.6 kN。

圖3 地下室頂板結(jié)構(gòu)主梁下加鋼立柱模型

4.2 確定主梁下加固方案

經(jīng)分析，已知地下室頂板結(jié)構(gòu)懸挑主梁加固支撐鋼立柱需承受豎向軸壓力為1 073.6 kN，現(xiàn)初步考慮采用型鋼立柱進(jìn)行加固。根據(jù)項(xiàng)目部現(xiàn)有型鋼，采取φ219 mm×12 mm無縫鋼管作為支撐鋼立柱進(jìn)行加固，復(fù)核驗(yàn)算如下：

1）經(jīng)查閱型鋼表[5]得知：φ219 mm×12 mm無縫鋼管截面積A=78.04 cm2；回旋半徑i=7.33 cm，截面慣性矩I=4 193.8 cm4；截面抗彎矩W=383 cm3，單位長(zhǎng)度質(zhì)量g=61.26 kg/m。

2）支撐鋼立柱強(qiáng)度驗(yàn)算：柱構(gòu)件強(qiáng)度計(jì)算最大應(yīng)力為137.6 MPa＜許用應(yīng)力[σ]=215.0 MPa，即鋼立柱強(qiáng)度滿足要求[6]。

3）支撐鋼立柱穩(wěn)定性強(qiáng)度驗(yàn)算：支撐鋼立柱構(gòu)件平面內(nèi)（外）穩(wěn)定計(jì)算最大應(yīng)力為143.2 MPa＜[σ]=215.0 MPa，即鋼立柱穩(wěn)定性強(qiáng)度滿足要求[6]。

4）支撐鋼立柱局部穩(wěn)定驗(yàn)算：鋼立柱外徑與壁厚之比D/T=18.25＜容許外徑與壁厚之比[D/T]=100.0，局部穩(wěn)定性滿足要求[6]。

4.3 支撐鋼立柱回頂處的梁底局壓驗(yàn)算

采取在鋼立柱頂上焊接1塊尺寸為250 mm×250 mm、厚20 mm鋼板，將鋼立柱對(duì)懸挑梁中心位置進(jìn)行回頂支撐，為防止梁局部混凝土被壓碎破壞，現(xiàn)需對(duì)回頂受壓處鋼筋混凝土梁進(jìn)行局壓復(fù)核驗(yàn)算。計(jì)算局壓面積Al=250 mm×250 mm=62 500 mm2，局部受壓計(jì)算底面積Ab=400 mm×400 mm=160 000 mm2，求出局部受壓強(qiáng)度提高系數(shù)βl=1.6，梁板混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30，按素混凝土局部受壓進(jìn)行驗(yàn)算，其局部受壓面積上的軸向力設(shè)計(jì)值Fl=1 215.5 kN＞1 073.6 kN，滿足局壓要求[7]。

4.4 地下室后澆帶上鋪設(shè)行車鋼板的安全復(fù)核

為保證地下室后澆帶處施工車輛通行，項(xiàng)目部采取在后澆帶上鋪設(shè)長(zhǎng)9 m、厚20 mm的行車鋼板。后澆帶凈寬為800 mm，考慮兩側(cè)支座情況，按計(jì)算跨度1 200 mm進(jìn)行驗(yàn)算，鋼板承受的均布面荷載為33.8 kN/m2，滿足要求[6]。

5 支撐鋼立柱加固施工技術(shù)

5.1 支撐鋼立柱加工制作

鋼立柱采用1根φ219 mm×12 mm無縫鋼管制作而成，鋼管頂部焊接1塊厚20 mm、尺寸為250 mm×250 mm的鋼板，鋼管底部焊接1塊250 mm×250 mm×20 mm鋼板底座；鋼立柱長(zhǎng)度按實(shí)際尺寸扣減50 mm確定，在鋼立柱鋼管下端約350 mm位置2個(gè)側(cè)面焊接鋼牛腿，供施工時(shí)施加預(yù)應(yīng)力使用[2]。

5.2 鋼管立柱回頂施工

我們利用現(xiàn)場(chǎng)保留的支模架作為施工腳手架進(jìn)行支撐鋼立柱安裝，先將鋼立柱搬至回頂主梁安裝的正確位置，為了確保鋼立柱與主梁緊密連接，在支撐鋼立柱頂板上鋪貼厚10～15 mm加固型高強(qiáng)無收縮灌漿料，并對(duì)鋼立柱進(jìn)行垂直度校準(zhǔn)，然后進(jìn)行初步固定。上述工作完成后，再利用2臺(tái)千斤頂對(duì)鋼立柱兩側(cè)對(duì)稱焊好的鋼牛腿施加預(yù)應(yīng)力，當(dāng)千斤頂施加預(yù)應(yīng)力接近鋼立柱理論豎向軸力值時(shí)，在鋼立柱鋼管底座與地面接觸之間空隙采用鋼楔對(duì)稱楔緊，其余空隙之間采用高強(qiáng)無收縮灌漿料注漿密實(shí)。

6 結(jié)語

在地下室頂板上布置施工道路及材料堆場(chǎng)已在不少工程上應(yīng)用，存在一定的安全隱患，特別是在后澆帶部位。后澆帶將原本一個(gè)整體梁板結(jié)構(gòu)隔斷為2個(gè)結(jié)構(gòu)，必須對(duì)隔斷開的梁板按實(shí)際配置的鋼筋對(duì)懸挑結(jié)構(gòu)進(jìn)行安全計(jì)算復(fù)核。對(duì)地下室頂板后澆帶處懸挑結(jié)構(gòu)不僅應(yīng)復(fù)核其強(qiáng)度要求，同時(shí)，還應(yīng)對(duì)懸挑結(jié)構(gòu)的變形進(jìn)行驗(yàn)算，防止因在地下室頂板面設(shè)置施工道路后，造成地下室結(jié)構(gòu)滲漏水，影響結(jié)構(gòu)使用功能。