塔吊附梁位置樓層板內加固暗撐分析

王偉濤

[摘要]針對塔吊附梁可靠性難以保證這一問題，提出一種可以廣泛應用于各類場景的鋼筋混凝土加固暗撐。通過傳力路徑和有限元軟件分析，驗證該支撐安全可靠。研究結果表明，暗撐既可以使內力分布更加合理，還可以確保梁板連結位置混凝土不發生局部受拉破壞，能有效消除塔吊附著對結構梁的不利影響。

[關鍵詞]塔吊附梁; 有限元分析; 加固暗撐

[中國分類號]TU318.2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? [文獻標志碼]A

0引言

塔吊附著是塔吊起重設備的組成部分，給塔吊作業提供了安全保障，在施工中的應用十分普遍。常規的塔吊附著形式有附墻和附柱2種，這2種附著方式的安全可靠性已在實踐中證明。另一種形式的塔吊附著——附梁，盡管缺乏理論依據，安全性能無法保證，但受附墻、附柱這2種形式的附著使用條件的限制，附梁附著在實踐中作為一種無奈的選擇，也有少量應用。采取附梁這一形式的塔吊附著時，為了確保塔吊及主體結構安全，實踐中需要采取臨時加固措施。因缺乏理論支持，實踐中采用的加固措施雖然形式多樣，但都過于保守，不僅施工操作不便，有的甚至影響建筑使用和美觀功能。本文立足實踐，借鑒工程中被普遍采用鋼筋混凝土暗梁的做法［1-5］，針對塔吊附梁問題現狀，經過系統的理論驗證，提出一種既安全可靠又便于施工操作的鋼筋混凝土暗撐。

1塔吊附著加固暗撐概念設計

1.1暗撐加固措施的受力

附梁形式的塔吊附著暗撐不同于工程中常采用的以受彎為主的暗梁，暗撐主要承受軸心拉力和壓力。

附梁形式的塔吊附著集中力作用在梁側面，結構梁為水平受力，受力方式類似豎向放置的扁梁。在這一情況下，一方面，用于抵抗豎向力的梁上下配置的縱筋用于抵抗附著集中力的作用有限；另一方面，由于塔吊附著集中力最大能達到160 kN，而梁寬一般為300～350 mm，按豎直放置的扁梁配筋，梁的有效高度有限，會發生超配筋現象，措施不可行。

附著梁為非獨立梁，但僅梁一側有樓層板。樓層板與整體樓層結構為一整體，符合平面內為剛體條件。樓層板是否可以對附著梁形成有效約束，取決于樓板與附著的連結是否發生局部破壞。當塔吊附著集中力為拉力時，因混凝土抗拉強度很低，連結位置很有可能發生局部破壞，樓層板不能形成對附著梁的有效約束。

而在樓層板內設置暗撐，將附著集中荷載通過暗撐直接傳遞給雙側有板的內部框架梁。內部框架梁在受到暗撐傳來的交替拉、壓集中力時，兩側樓板也交替提供受壓支撐作用，避免梁板連結位置發生局部受拉破壞；樓層板暗撐還可以改變傳力路徑，框架梁、暗撐形成三角桁架，施受力更加合理；樓板暗撐厚度同板厚，設置暗撐后并不會影響建筑美觀、使用功能。因此，該暗撐理論可行。

1.2相交次梁對暗撐的影響

鋼筋混凝土暗撐兩端需要同附著框架梁和與之正交的內框架梁連接，以形成水平三角桁架體系。實際工程中，框架跨度一般為8～9 m，而樓板經濟跨度為3 m左右，因此，避免不了在4條框架梁圍城的區域中設置次梁以減小樓板跨度。在設置塔吊附著加固鋼筋混凝土暗撐時，如果遇到次梁應直接貫穿次梁，避免鋼筋混凝土暗撐在次梁內錨固。其主要考慮幾點因素：首先，樓板較薄，平面外剛度很小，設置次梁可以提高樓板平面外剛度，起到減小樓板跨度的目的。然而，暗撐的受力方向在樓板平面內，按剛性樓板理論，樓板本身的平面外剛度很大，增加次梁對樓板平面外剛度的提高效果甚微，沒有實際工程意義；其次，鋼筋混凝土暗撐位于次梁上部的樓板內，暗撐高度同樓板厚，并未通過次梁高度方向的懸臂區域，且暗撐為軸心拉壓受力，暗撐內的軸心拉壓力直接通過樓板擴散傳遞，并不會增加次梁側向扭矩。因此，設置暗撐的框架區格內有相交次梁并不影響暗撐的傳力路徑，可以忽略次梁對暗撐的不利影響。

1.3暗撐的設計

暗撐為軸心受力，為確保這一受力模式，應將暗撐的一端與塔吊附著點連結，另一端在與附著梁正交的內框架梁內錨固。為了提高受力鋼筋的有效高度h0，暗梁高度不宜小于150 mm［4］，但考慮到暗撐主要受軸心拉、壓，而不是受彎的受力特征，確保有效高度h0并無意義，因此，暗撐高度取板厚（120 mm），如果樓層板厚不足120 mm，可以局部增加板塊厚度，并不影響建筑使用功能。根據設計經驗，寬度取常用的模數800 mm，該寬度既符合工程習慣也可以覆蓋塔吊附著節點寬度。暗撐通過在一定寬度范圍內樓層板內增加配筋實現，縱筋雙層配置，四周設置直徑較小的箍筋，縱筋采用14@200 mm，箍筋采用8@200 mm（圖1、圖2），應盡量采用小直接鋼筋，以確保鋼筋保護層厚度和握裹力。

1.4暗撐的設置方法

暗撐設置的基本原則是確保暗撐軸心受力。因此，暗撐的起始端應為附著點，暗撐的軸線與塔吊附著軸線重疊，確保暗撐相對附著點無偏心，暗撐的末端與同附著梁正交的內框架梁連結，暗撐、附著梁、正交內框架梁3個構件形成三角桁架體系。暗撐的縱向鋼筋在附著梁和正交內框架梁內的錨固按軸心受拉考慮，直線錨固長度取la，即35d；彎折錨固長度直線端取0.6lab，彎折長度取15d［6］。圖3為暗撐縱向鋼筋在梁內錨固大樣。

暗撐在樓層施工時預設鋼筋，與樓層混凝土一起澆筑。

2塔吊附著暗撐安全可靠性驗證

2.1有限元模型說明

采用SAP2000對暗撐進行有限元分析，以驗證采用暗撐對附著梁進行加固的可行性。建立有限元模型時，梁采用框架單元，樓層板采用殼單元，鋼筋采用程序設定的截面模式添加。因樓層板為平面剛體，采用固定支座考慮框架節點。框架梁、暗撐及樓板混凝土采用常規最低的標號C30，鋼筋為HRB400；塔吊附著作用力用節點集中拉力考慮，作用方向同暗撐縱向，附著作用力按活荷載考慮，設計值分項系數取1.5。圖4為有限元模型。

該有限元模型與實際受力狀態吻合，概念清晰，可以用于塔吊附著加固暗撐受力驗算。

2.2有限元分析及結果

通過位移云圖（圖5）可以看出，在附著集中力作用下主要受力構件為附著梁和暗撐。荷載作用下，結構位移最大處為附著點，位移值較小，并未造成梁板連結位置混凝土局部破壞，說明暗撐可以優化結構傳力路徑，對附著梁的支撐作用效果明顯。反過來，連結位置混凝土未發生局部受拉破壞又可以發揮樓板對附著梁的支撐作用，促進結構內力重新分布，減小暗梁的軸心拉力。因此，附著集中力最終由暗撐和樓層板共同承擔。

另外，從梁彎矩（圖6）、梁軸力（圖7）可以看出，設置暗撐后，相關構件的內力較小，該內力足以確保暗撐本身不發生破壞。雖然梁剪力（圖8）顯示附著梁部分區域剪力稍大，但因梁板連結區域并未發生受拉破壞，梁剪力并非附著梁獨自承擔，而是與樓層板一起承擔，其中大部分剪力由平面剛度較大的樓板承擔。除此之外，還對設置暗撐后的結構進行了配筋驗算，框架梁、暗撐、樓板等構件按構造配筋即可滿足需求。

因此，該剪力并不會增大梁箍筋配置，也不會影響結構安全。通過以上分析可知，在附著點相關范圍的樓層板內設置鋼筋混凝土暗撐可以有效消除塔吊附著對結構梁的不利影響。

2.3塔吊附著加固暗撐的實踐應用

該塔吊附著加固暗撐在廣州知識城大廈項目工程中采用，實踐證明，該暗撐安全可靠（圖9）。廣州知識城大廈項目1#塔吊共5道附著，由于塔吊距離主體結構約12 m等現場條件限制，為確保塔吊附著角度不大于60°，塔吊只能附著在框架梁上。附著框架梁的跨度約8.2 m，與之垂直相交的內框架梁跨度為9 m，框架區格內設置有次梁，附著距離框架柱約2 m，參見圖4模型。采用該鋼筋混凝土暗撐加固措施后，塔吊附著樓層位移極小，結構完好無損。

3塔吊附著暗撐的應用范圍

施工應用環境復雜，在塔吊附梁結構加固中，加固措施是否能夠被廣泛影響直接影響其合理性。

本文提出的鋼筋混凝土加固暗撐，一方面，通過自身將塔吊附著荷載直接傳遞給樓層剛體，不受塔吊附著角度靈活變動的影響；另一方面，采用常規塔吊最大附著荷載驗算，承載力包絡范圍較廣。

而且，該鋼筋混凝土暗撐加固方式操作簡單，構件組成及施工方法均為標準化，不會因使用情況不同而改變暗撐的截面、配筋及設置方法。

因此，施工中遇到常規塔吊附梁時，均可以采用這一加固方式，該加固方式具有廣泛的應用環境。

4結論

（1）設置鋼筋混凝土暗撐的樓板厚度不應小于120 mm，不足時，應局部增加樓板厚度。暗撐寬度取800 mm。縱向受力鋼筋采用14@200 mm，箍筋采用8@200 mm；暗撐的縱向鋼筋在附著梁和正交內框架梁內的錨固按軸心受拉考慮，直線錨固長度取la；彎折錨固長度直線端取0.6lab，彎折長度取15d。

（2）該鋼筋混凝土暗撐具有廣泛的應用環境。在實際應用中，暗撐以附著點為基點，沿著附著方向設置，暗撐兩端分別在附著梁和與之正交的框架梁內錨固。暗撐遇到次梁時，暗撐鋼筋直接從次梁上樓板貫穿，不應在次梁內錨固或中斷。

（3）鋼筋混凝土暗撐可以優化結構傳力路徑，使內力分布更加合理，同時還可以確保梁板連結位置混凝土不發生局部受拉破壞，可以有效消除塔吊附著對結構梁的不利影響。

參考文獻

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［3］胡昌華， 唐忠德. 支撐體系豎向布置的一些優化［J］. 工業建筑，1999，29（5）：16-20.

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［5］鄭廷銀，蘇 明，吳杏花，等.樓板對新型組合暗梁樓蓋靜力性能的影響［J］.南京工業大學學報，2010，32（3）：1-6.

［6］中華人民共和國國家標準.混凝土結構設計規范GB50010-2010：（2015年版）［S］.北京：中國建筑工業出版社.