大型履帶吊上地下室頂板施工關鍵技術

王忠濤

中冶（上海）鋼結構科技有限公司 上海 201908

在有地下室結構的大型會議會展類項目中，鋼結構工程經常會選用跨外吊裝、吊裝機械上地下室頂板吊裝的施工方法，常見的工程案例中吊裝機械上地下室頂板施工多為汽車吊，采用履帶吊上地下室頂板施工較為罕見。

與汽車吊相比，履帶吊具有作業靈活、起重性能好等優點，但履帶吊的自重大，無法直接在頂板上行駛和吊裝作業，需要采取相應的加固措施，防止對地下室頂板結構產生損壞[1-2]。

揚子江國際會議中心建設項目會議宴會廳鋼結構工程地下室為整層地下室，受現場施工條件限制，同時考慮施工成本，屋面管桁架需要采用大噸位履帶吊上地下室頂板施工。

為了滿足履帶吊的施工作業需求，結合現場條件，搭設履帶吊作業通道施工，確保了鋼結構屋面管桁架的順利安裝。

1 工程簡介

揚子江國際會議中心建設項目會議宴會廳鋼結構工程地上部分為鋼框架＋大跨度管桁架屋蓋結構，大跨度管桁架屋蓋最大跨度45 m，最大分段質量96 t（含鑄鋼件），地下為整體1層地下室。根據場地條件及工期部署，屋面管桁架選擇400 t履帶吊上地下室頂板進行跨內吊裝、650 t履帶吊在外部施工環路上跨外吊裝相結合的方案，其余框架部分采用汽車吊上地下室頂板進行鋼結構安裝，如圖1所示。

圖1 屋面管桁架施工示意

2 履帶吊通道形式方案選擇

2.1 常見履帶吊行走通道加固方式

采用400 t履帶吊上地下室頂板施工的案例較少，且目前履帶吊上地下室頂板施工的案例中履帶吊選型相對較小，根據相關施工經驗及案例[1-2]，實現地下室頂板上大型履帶吊的施工加固方法主要有以下4種：

1）采用鋼管腳手架加固法。鋼管腳手架加固法是將混凝土樓板施工用的模板腳手架，按照施工計算要求進行加密、加強，并與達到設計強度的混凝土結構共同受力，滿足大型履帶吊在地下室頂板上行駛、吊裝施工要求的加固方法。施工時為了避免損壞樓面，在地下室頂板上鋪設細砂，細砂上鋪設路基箱，作為履帶吊的行車路線（圖2）。

圖2 類似鋼管腳手架加固法

此種方法利用土建施工所搭設的腳手架作為加固措施，可節約重復施工成本，但腳手架搭設時誤差較大，上部也不易與樓板完全頂緊，導致腳手架受力不均，與施工計算模型有偏差，存在安全隱患。同時，腳手架加固區域范圍大，無法開展其他專業施工，對工期有所影響。樓面上細砂施工完成后需進行二次清理，工作量大。

2）采用型鋼加固法。型鋼加固法是在原有混凝土結構的基礎上附加鋼支撐（型鋼支撐、格構式支撐架等）減小混凝土梁板跨度的加固方法（圖3）。施工時頂板上設置墊梁，墊梁兩端搭設在混凝土梁上，墊梁上鋪設路基箱。

圖3 類似型鋼加固法

此種方法一部分加固施工位于地下室，地下室加固量大，加固常規采用傳統辦法后裝，施工較難，施工完成后還需拆除，施工煩瑣，同時地下室鋼支撐對其他專業施工也有一定影響。

3）原混凝土結構加固法。原混凝土結構加固法是在原結構設計時考慮大型履帶吊上地下室頂板施工荷載，加大配筋、提高混凝土標號，使混凝土結構承載力滿足大型履帶吊上地下室頂板施工的方法。此種方法僅適用于不改變原混凝土結構截面尺寸、上部施工荷載較小、履帶吊型號選型小的情況。

4）增加轉換結構法。混凝土梁柱承載力相對較大，通過增設轉換結構將荷載傳遞至混凝土柱頂或承載力較大的主梁上，轉換結構一般采用箱形梁或H形鋼梁，為滿足履帶吊行駛要求，轉換結構上還需鋪設路基箱。

2.2 履帶吊加固方式選擇

本項目地下室混凝土柱截面尺寸為6 0 0 m m×600 mm，混凝土頂板厚度250 mm，降板區300 mm，混凝土柱距縱向7 m，橫向9 m，地下室頂板標高為－0.15 m，局部降板區為－1.00 m，大跨度管桁架屋蓋最大分段吊重96 t（含鑄鋼件），地下室頂板上擬選用400 t履帶吊為主吊機進行管桁架屋蓋吊裝。

本項目工期緊，任務重，地下室其他專業與上部鋼結構同步施工，同時為減小措施投入量及施工難度，地下室頂板上履帶吊施工作業采取在頂板上設置轉換結構的方式進行加固。

轉換結構主梁跨度同下部混凝土橫向柱距，均為9 m，間距同下部混凝土柱縱向柱距，均為7 m，次梁采用熱軋H型鋼，作為主梁間的連接結構。

轉換結構上鋪路基箱，路基箱寬度2 m，大于履帶吊履帶寬度，可滿足行駛要求。因下部混凝土結構較為規整，所以可將轉換結構做成整體單元，邊施工邊倒運，進一步減少措施投入量。

3 履帶吊參數及施工分析計算

3.1 履帶吊參數

履帶吊型號為SCC4000C，采用塔式工況36 m主臂＋36 m副臂，履帶長度10.6 m，履帶寬度1.2 m，履帶間距7.6 m，主機質量123 t，中央配重40.8 t，后配重155 t，主臂組合總重37.7 t，副臂組合總重22.7 t。

3.2 荷載工況分析

轉換結構主梁采用雙拼H型鋼，主梁之間采用熱軋H型鋼焊接，上部鋪設路基箱作為履帶吊行駛通道。

400 t履帶吊施工過程中的最不利工況為：最大吊重75 t，作業半徑20 m；路基箱自重荷載2.5 kN/m2。自重計算考慮1.2的分項系數，履帶吊施工實際接地比壓計算考慮1.2的分項系數。荷載組合主要有：1.3恒載＋1.5活載。

在施工過程中，履帶吊的最不利工況為：吊重情況下，計算履帶吊吊裝工況彎矩時考慮偏心距，同時為保證機身穩定，應按照履帶中點的力矩大于傾覆力矩，驗算穩定性。

履帶吊在行走及吊裝作業時，通過路基箱將荷載傳遞到轉換結構，轉換結構將荷載進一步傳遞至混凝土柱，傳力路徑清晰明確，計算出履帶吊的最大荷載為625 kN/m。轉換結構參照GB 50017—2017《鋼結構設計標準》的要求進行驗算。

3.3 驗算結果

1）鋼結構轉換結構剛度及強度驗算結果：根據吊裝最不利工況，對轉換結構剛度和強度進行驗算，驗算時轉換結構按照簡支考慮，轉換結構主梁最大豎向位移12.77 mm＜9 000/400＝22.50 mm，最大應力比0.83，滿足設計及規范的要求。

2）混凝土結構抗彎、抗剪驗算：對最不利工況下混凝土結構抗彎、抗剪進行驗算，混凝土梁最大負彎矩444.8 kN·m，小于混凝土梁最大承載力1 371.0 kN·m；最大剪力340.56 kN，小于混凝土梁最大抗剪承載力505.00 kN，滿足設計及規范要求。對混凝土柱驗算時，對每根混凝土柱進行內力提取，選取最不利條件進行驗算，最大軸力標準值為3 273 kN，混凝土柱最大軸力承載力10 804 kN，滿足設計及規范要求。

3）履帶吊穩定性驗算：為保證履帶吊機身穩定性，應使履帶中點的穩定力矩大于傾覆力矩，參照規范進行驗算，按以下2種狀態驗算：當考慮吊裝荷載以及所有附加荷載時，穩定性安全系數K≥1.15；只考慮吊裝荷載，不考慮附加荷載時，穩定性系數K≥1.40。

4 方案實施

4.1 履帶吊行走通道布置

轉換結構主梁截面采用雙拼H 型鋼1 0 0 0 m m×410 mm×30 mm×56 mm，主梁之間設置次梁，次梁截面HN500 mm×200 mm×10 mm×16 mm，路基箱尺寸2 m×6 m×0.2 m。

主梁兩端搭在柱頂，保證荷載可以通過轉換結構傳至混凝土柱，為避免鋼梁與混凝土梁板接觸，主梁端部設置墊板，墊板高度大于鋼梁計算的受彎下撓值。相鄰2跨主梁之間不得連接，保證單跨主梁為簡支，主梁與混凝土柱頂僅臨時固定，荷載傳遞保證混凝土柱僅受壓力，不受彎矩影響（圖4）。

圖4 履帶吊行走通道方案

因樓面存在0.85 m高差，因此需要在履帶吊行走通道上搭設坡道，坡道搭設時滿足履帶吊的爬坡要求，參考履帶吊使用說明書，坡度不得超過30%，即16.7°。履帶吊上下坡時為保證穩定性，后配重轉至坡頂一側，履帶吊縱向行駛，坡道同樣采用雙拼H型鋼1 000 mm×410 mm×30 mm×56 mm制作。

地下室部分柱為SRC柱，上部為鋼管混凝土柱，分段時鋼柱露出頂板面1.2 m，轉換結構主梁遇到鋼柱時斷開，并焊接在鋼柱側面。為滿足柱僅承受豎向荷載的要求，主梁與鋼柱采用鉸接，主梁腹板全熔透焊接，翼緣板不做焊接（圖5）。

圖5 轉換結構主梁與鋼骨柱連接節點

4.2 施工安全措施

1）混凝土柱養護滿28 d，并且采用回彈法進行檢測，確保達到設計強度。

2）定期下地下室對混凝土結構進行觀察，尤其注意裂紋情況。

3）履帶吊行駛過程中派專人指揮，沿履帶吊邊沿貼反光條，起警示指向作用。

5 結語

揚子江國際會議中心建設項目鋼結構工程在實施過程中，通過在地下室頂板上加設轉換結構、搭設履帶吊施工通道的方法，無需在地下室對混凝土結構進行加固，順利完成了鋼結構安裝，結果安全可靠，為以后類似履帶吊上地下室頂板作業提供借鑒。

[1] 沈西華,章志剛,魏達,等.復雜場地條件下大噸位履帶吊通道多形式加固技術[J].施工技術,2017,46(10):25-27.

[2] 陸良.地下室頂板上大跨度異形鋼連橋吊裝技術[J].建筑鋼構,2008,2(3):41-43.