重型汽車式起重機在地下室頂板面上作業及加固技術

程一夫

（中交第四航務工程局有限公司，廣州 510000）

1 引言

在建筑工程實際施工過程中，經常會出現重型汽車式起重機在地下室頂板上作業的情況。由于頂板承載力有限，控制汽車式起重機對現有結構的影響極其重要。否則，地下室頂板等結構會有開裂、滲漏甚至垮塌的風險。因此，需要提前對汽車式起重機荷載作用下地下室頂板受力情況進行分析，合理規劃行車線路及吊裝位置，并采取相應的保護措施控制結構變形。

為保證施工安全，本文以龍港市經濟產業發展中心建設項目為例，利用等效均布荷載法將汽車式起重機輪胎、支腿對樓面的局部荷載轉化為板面荷載，驗算地下室頂板受力情況；并通過有限元的分析方法對計算結果進行驗證，提出相應的加固措施，指導現場施工。

2 工程概況

2.1 項目概況

龍港市經濟產業發展中心建設項目總建筑面積271 000 m2，其中，地上新建建筑面積175 000 m2，新建地下建筑面積96 000 m2。1#、2#均為10 層，建筑高度46.5 m；會議廳建筑高度24.1 m。上部結構采用鋼框架支撐結構體系，地下室結構采用鋼筋混凝土框架結構體系；3#樓為會議中心，為混凝土框架結構，屋蓋為大跨鋼桁架屋蓋，底部設置單層地下室。

地下室層高4.6 m，地下室頂板最小厚度為180 mm，設計混凝土強度為C35。

2.2 汽車式起重機概況

為滿足現場大型構件起重吊裝施工要求，本項目擬選用三一重工STC220T 汽車式起重機，三一重工STC200T 汽車式起重機行駛狀態整機自重約為55 t。根據JTG D60—2015《公路橋涵設計通用規范》[1]，單胎（1 軸、2 軸、3 軸、4 軸、5 軸）輪胎著地面積（寬×長）為0.06 m2（0.3 m×0.2 m）。參數如表1所示。

表1 汽車式起重機220 t 荷載（輪壓）

3 樓板受力驗算

3.1 建立模型

采用MIDAS/GEN 軟件建立汽車式起重機行駛狀態作用下的樓板框架結構計算模型，荷載布置考慮最不利工況，計算混凝土樓板內力情況。根據規范要求[2-4]，本次計算中結構重要性系數取1.0，永久荷載作用分項系數為1.3，可變作用分項系數為1.5，活荷載頻遇組合系數取0.5。

1）材料：地下室頂板厚度180 mm，混凝土強度等級C35，鋼筋保護層厚度25 mm。

2）荷載組合：極限荷載組合FCOM：1.0×（1.3DL+1.5LL）=1.3DL+1.5LL（DL 為恒荷載；LL 為活荷載）；

頻遇荷載組合SCOM：1.0DL+0.5LL；恒荷載DL：樓板自重荷載q1=26 kN/m3×0.18 m=4.7 kN/m2。活荷載LL：將汽車式起重機軸荷轉換算為輪壓荷載，即單元荷載q2直接加在混凝土樓板上，見式（1）：

式中，Q 為軸荷，kN；A 為輪胎著地面積，m2。

3）邊界條件：框架柱支座位置采用固定約束。

4）計算工況：行走狀態下樓板受力最不利工況。

3.2 樓板彎矩計算

根據地下室樓板配筋圖紙可知，該區域地下室頂板混凝土等級為C35，板厚180 mm，配筋為雙層雙向布置HRB40010@150 鋼筋，樓板鋼筋保護層厚度c=25 mm，采用1 m 寬的板帶單元為驗算對象。

汽車式起重機行走狀態最不利工況下的極限荷載組合（FCOM）和頻遇荷載組合（SCOM），樓板彎矩計算結果如表2所示。

表2 最不利工況下最大（正負）彎矩

3.3 樓板驗算

根據汽車式起重機行走最不利工況下最大（正負）彎矩，綜合考慮樓板在極限荷載組合和頻遇荷載組合情況下的受力如表3 所示。

表3 兩種組合情況下最大（正負）彎矩

1）計算資料

樓板驗算計算資料如表4 所示。

表4 樓板驗算計算資料

2）計算結果

樓板跨中受拉鋼筋彎矩設計值計算見式（2）：

式中，a1為混凝土受壓區等效矩形應力圖系數；x 為混凝土受壓區高度，m；h0為截面有效高度，m；f′y為縱向普通鋼筋抗拉強度設計值，kPa；A′s為受壓區縱向普通鋼筋截面積，m2；σ′p0為受壓區縱向預應力筋合力點處混凝土法向應力等于零時的預應力筋應力，kPa；f′py為預應力筋抗拉強度，kPa；A′p為受壓區縱向預應力筋的截面積，m2；a′p為預應力筋合力點至受壓截面邊緣的距離，m。

A′s=0，A′p=0，即，考慮地震作用組合和正截面承載力抗震調整系數，取極限荷載FCOM 組合下板跨中截面最大正彎矩值+28.21 kN·m。

1m 寬板帶（配筋為雙層雙向布置HRB400φ10 mm@150 mm 鋼筋）實配鋼筋截面積為=523.58 mm2，則有：

求得最小配筋面積Asmin=434.3 mm2＜523.58 mm2，實配鋼筋滿足規范配筋要求。

樓板跨中抗沖切驗算：取汽車式起重機220 t 前輪1 軸荷驗算，車輪產生的局部荷載F2=12 000×（9.8/1 000）/2=58.8 kN。

受沖切承載力驗算：

式中，βh為截面高度影響系數；σpc,m為計算截面周長上兩個方向混凝土有效預壓應力按長度的加權平均值；η 為局部荷載的影響系數；um為計算截面的周長，m；F2為集中反力設計值，kN。

故受沖切截面滿足要求。

樓板跨中最大裂縫寬度計算見式（5）：

式中，αcr為構件受力特征系數；ψ 為裂縫間縱向受拉鋼筋不均勻系數；σsq為預應力混凝土縱向受拉鋼筋等效應力，kPa；cs為最外層縱向受拉鋼筋外邊緣至受拉區底邊的距離，mm；dep為受拉區縱向鋼筋的等效直徑，mm；ρte為按有效受拉混凝土截面面積計算的縱向受拉鋼筋配筋率。

最大裂縫寬度小于允許值，滿足規范要求。

根據式（3），求得As=812.1 mm2＜858.7 mm2，實配鋼筋滿足規范配筋要求。

樓板支座處最大裂縫寬度計算見式（6）：

ωmax未超出最大允許裂縫寬度，滿足規范要求。

經以上驗算可知，汽車式起重機220 t 行駛狀態作用下的地下室頂板（180 mm）承載能力驗算和裂縫驗算結果均滿足規范要求。

4 頂板加固措施

4.1 地下室頂板加固設計

根據本工程施工工序及需要，在地下室頂板行車區域設置反頂支撐。為保證土建施工質量，在反頂支撐到位的狀態下，需在過車的后澆帶上方鋪設一塊長6 m、寬3 m、厚30 mm的鋼板，對稱搭接在兩側頂板上。

4.2 支撐體系搭設及基本要求

根據本工程的工程結構，同時結合施工特點及施工荷載，將采用標準型（B 型）承插型盤扣式鋼管腳手架作為本工程反頂支撐的支撐架，立桿間距900 mm×900 mm，步距1 000 mm，并結合Q355B 型φ48 mm×3.2 mm 普通鋼管，組合搭設形成支撐體系。支撐體系采用盤扣式鋼管腳手架+可調托撐+可調底座，頂托上方設置50 mm×50 mm 木方作為主楞。

5 結語

綜上所述，地下室頂板上行車是一種較為常用的施工措施。為了不對結構的質量與安全產生不利影響，通過統計分析，將最不利工況下的荷載等效為均布荷載來進行驗算，以保證結構自身質量與安全。通過計算、分析，得到了地下室頂板行車荷載等參數，合理采用盤扣式滿堂支撐架體系進行頂板加固，保證結構安全，可供類似工程參考。