地下室后澆帶支撐柱承載力計算與經濟分析

韓 建 榮

(浙江均泰建設有限公司,浙江 寧波 315000)

0 引言

目前住宅小區的建設中地下室的面積約占小區總建筑面積的30%,地下室設計長度基本都超長。設計一般采用后澆帶方式處理，地下室底板與頂板的后澆帶將每棟樓之間及主樓與純地下車庫之間相互隔開。地下室頂板通常設計為梁板式結構或無梁樓蓋結構，在后澆帶封閉完成并能受力前，由于后澆帶將梁、板受力體系分割，受后澆帶影響的頂板區域必須設置傳統的獨立支撐體系(見圖1)。數量很大的傳統后澆帶獨立支撐體系(如圖1所示)對施工質量、成本、進度影響很大，為此，產生了許多新的后澆帶支撐方法。但是，許多技術人員對本文所列三類支撐柱的應用條件與要點不明了，理論計算依據不知，受力計算不懂，常應用錯誤。本文對地下室后澆帶施工時常用的三類臨時支撐柱進行了計算分析，詳細列出各類支撐柱的理論計算依據與計算結果，并指出使用條件與常見的錯誤做法，同時經過經濟比較指明不同情況下的優選方法。

1 目前地下室后澆帶常用的支撐柱類型

1.1 支撐柱使用條件

如圖2所示,柱網8 000×6 700地下室頂板,被2道次梁分割成8 000×2 230的單相板。此時，在后澆帶兩側的次梁端設置支撐柱就解決了次梁被截斷的問題，由于板是單向板，后澆帶平行于受力鋼筋，對板受力基本無影響。此種情況在后澆帶兩側設置支撐柱即可替代傳統獨立支撐體系(見圖1)，節約模板、桿件，同時方便施工。

1.2 目前支撐柱常用類型

當前施工中常用的支撐柱有混凝土柱、鋼管柱、格構柱幾種支撐方式，如圖3～圖5所示。

2 支撐柱的承載力計算

2.1 素混凝土柱的承載力計算

為節約成本，支撐柱可采用素混凝土柱，依據設計規范，承載力設計值N為：

N≤φfccb(h-2e0)。

其中，N為軸向壓力設計值；φ為素混凝土構件的穩定系數，按表D.2.1采用；fcc為素混凝土的軸心抗壓強度設計值，按本規范表4.1.4-1規定的混凝土軸心抗壓強度設計值fc值乘以系數0.85取用。

常用2種素混凝土柱(C30)不同高度條件下承載力計算結果見表1。

表1 素混凝土柱承載力計算結果

2.2 鋼柱的承載力計算

通常市場上3 mm厚無縫焊接鋼管類型較多，為方便施工，多采用3 mm厚鋼管做鋼支撐柱。依據鋼結構設計規范，承載力設計值N為：

其中，φ為軸心受壓構件的穩定系數(取截面兩主軸穩定系數中的較小者)，根據構件的長細比(或換算長細比)、鋼材屈服強度和規范表7.2.1-1，表7.2.1-2的截面分類，按本標準附錄D采用。

常用4種鋼柱(3 mm厚)不同高度條件下承載力計算結果見表2。

表2 鋼柱承載力計算結果

2.3 格構柱的承載力計算

盤扣式腳手架的一個特點是可以組合成格構柱，格構柱的使用范圍更為寬泛。依據鋼結構設計規范，承載力設計值N為：

其中，φ為軸心受壓構件的穩定系數(取截面兩主軸穩定系數中的較小者)，根據構件的長細比(或換算長細比)、鋼材屈服強度和規范表7.2.1-1，表7.2.1-2的截面分類，按本標準附錄D采用。

采用Q345A盤扣式腳手架，4個立桿組合成格構柱，盤扣架立桿選D=48 mm,t=3.2 mm，常用2種截面格構柱不同高度條件下承載力計算結果見表3。

3 支撐柱的技術經濟比較

利用表1～表3的結果，選截面相近的3種柱對其4 m高與極限高度的承載力與成本進行比較，見表4。

4 支撐柱常見的錯誤使用情況

4.1 計算模型錯誤

為了節約模板、桿件與方便施工而在后澆帶兩側設置支撐柱替代傳統支撐體系(如圖1所示)的前提條件是后澆帶與單向板的受力鋼筋平行(見圖2)，當后澆帶分割雙向板(見圖6)、或后澆帶與單向板的受力鋼筋垂直(如圖7所示)時，板不能承受原設計荷載，不能簡單地在后澆帶兩側設置支撐柱來完全替代傳統支撐體系。

4.2 構造錯誤

表3 格構柱承載力結果

表4 支撐柱的技術經濟比較表

支撐柱是按上下鉸接結構參與計算的，不能后頂，在頂板澆筑混凝土前必須上部與頂板頂緊，下部與底板頂緊。下部未頂緊(如圖8所示)與鋼管后頂(如圖9所示)都是錯誤做法。

5 結語

1)施工時采用何種方法、選取何種類型支撐柱不能簡單模仿別的項目，必須理解施工原理與計算模型，知道應用條件與使用要點，學會具體計算。否則，一知半解的模仿會帶來安全質量隱患，甚至重大事故。2)不能簡單的認為哪一種方案好，在不同的條件下要選擇相應的不同的方案。當后澆帶等待封閉時間很長、支撐柱很久才能拆除，所需支撐柱6 m以下時采用素混凝土柱比較經濟。當所需支撐柱6 m以下、所有支撐柱高基本一致、所需支撐力較小，一年可周轉3次以上時，采用小直徑鋼管柱比較經濟。其余情況下使用盤扣式腳手架組成的格構柱比較經濟。