大型履帶吊上地下室頂板施工關(guān)鍵技術(shù)

王忠濤

中冶（上海）鋼結(jié)構(gòu)科技有限公司 上海 201908

在有地下室結(jié)構(gòu)的大型會議會展類項目中，鋼結(jié)構(gòu)工程經(jīng)常會選用跨外吊裝、吊裝機(jī)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(jī)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(yè)靈活、起重性能好等優(yōu)點，但履帶吊的自重大，無法直接在頂板上行駛和吊裝作業(yè)，需要采取相應(yīng)的加固措施，防止對地下室頂板結(jié)構(gòu)產(chǎn)生損壞[1-2]。

揚子江國際會議中心建設(shè)項目會議宴會廳鋼結(jié)構(gòu)工程地下室為整層地下室，受現(xiàn)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(yè)需求，結(jié)合現(xiàn)場條件，搭設(shè)履帶吊作業(yè)通道施工，確保了鋼結(jié)構(gòu)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(shè)項目會議宴會廳鋼結(jié)構(gòu)工程地上部分為鋼框架＋大跨度管桁架屋蓋結(jié)構(gòu)，大跨度管桁架屋蓋最大跨度45 m，最大分段質(zhì)量96 t（含鑄鋼件），地下為整體1層地下室。根據(jù)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(jìn)行跨內(nèi)吊裝、650 t履帶吊在外部施工環(huán)路上跨外吊裝相結(jié)合的方案，其余框架部分采用汽車吊上地下室頂板進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)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(jù)相關(guān)施工經(jīng)驗及案例[1-2]，實現(xiàn)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(jìn)行加密、加強(qiáng)，并與達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度的混凝土結(jié)構(gòu)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(shè)細(xì)砂，細(xì)砂上鋪設(shè)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(shè)的腳手架作為加固措施，可節(jié)約重復(fù)施工成本，但腳手架搭設(shè)時誤差較大，上部也不易與樓板完全頂緊，導(dǎo)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(qū)域范圍大，無法開展其他專業(yè)施工，對工期有所影響。樓面上細(xì)砂施工完成后需進(jìn)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(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上附加鋼支撐（型鋼支撐、格構(gòu)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(shè)置墊梁，墊梁兩端搭設(shè)在混凝土梁上，墊梁上鋪設(shè)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(guī)采用傳統(tǒng)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(yè)施工也有一定影響。

3）原混凝土結(jié)構(gòu)加固法。原混凝土結(jié)構(gòu)加固法是在原結(jié)構(gòu)設(shè)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(biāo)號，使混凝土結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)法?；炷亮褐休d力相對較大，通過增設(shè)轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)將荷載傳遞至混凝土柱頂或承載力較大的主梁上，轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)一般采用箱形梁或H形鋼梁，為滿足履帶吊行駛要求，轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)上還需鋪設(shè)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(qū)300 mm，混凝土柱距縱向7 m，橫向9 m，地下室頂板標(biāo)高為－0.15 m，局部降板區(qū)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(jī)進(jìn)行管桁架屋蓋吊裝。

本項目工期緊，任務(wù)重，地下室其他專業(yè)與上部鋼結(jié)構(gòu)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(yè)采取在頂板上設(shè)置轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的方式進(jìn)行加固。

轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)。

轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)較為規(guī)整，所以可將轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)做成整體單元，邊施工邊倒運，進(jìn)一步減少措施投入量。

3 履帶吊參數(shù)及施工分析計算

3.1 履帶吊參數(shù)

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(jī)質(zhì)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(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)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(shè)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(yè)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(shù)，履帶吊施工實際接地比壓計算考慮1.2的分項系數(shù)。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(jī)身穩(wěn)定，應(yīng)按照履帶中點的力矩大于傾覆力矩，驗算穩(wěn)定性。

履帶吊在行走及吊裝作業(yè)時，通過路基箱將荷載傳遞到轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)將荷載進(jìn)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(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)參照GB 50017—2017《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》的要求進(jìn)行驗算。

3.3 驗算結(jié)果

1）鋼結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)剛度及強(qiáng)度驗算結(jié)果：根據(jù)吊裝最不利工況，對轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)剛度和強(qiáng)度進(jìn)行驗算，驗算時轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)按照簡支考慮，轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)主梁最大豎向位移12.77 mm＜9 000/400＝22.50 mm，最大應(yīng)力比0.83，滿足設(shè)計及規(guī)范的要求。

2）混凝土結(jié)構(gòu)抗彎、抗剪驗算：對最不利工況下混凝土結(jié)構(gòu)抗彎、抗剪進(jìn)行驗算，混凝土梁最大負(fù)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(shè)計及規(guī)范要求。對混凝土柱驗算時，對每根混凝土柱進(jìn)行內(nèi)力提取，選取最不利條件進(jìn)行驗算，最大軸力標(biāo)準(zhǔn)值為3 273 kN，混凝土柱最大軸力承載力10 804 kN，滿足設(shè)計及規(guī)范要求。

3）履帶吊穩(wěn)定性驗算：為保證履帶吊機(jī)身穩(wěn)定性，應(yīng)使履帶中點的穩(wěn)定力矩大于傾覆力矩，參照規(guī)范進(jìn)行驗算，按以下2種狀態(tài)驗算：當(dāng)考慮吊裝荷載以及所有附加荷載時，穩(wěn)定性安全系數(shù)K≥1.15；只考慮吊裝荷載，不考慮附加荷載時，穩(wěn)定性系數(shù)K≥1.40。

4 方案實施

4.1 履帶吊行走通道布置

轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)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(shè)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(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)傳至混凝土柱，為避免鋼梁與混凝土梁板接觸，主梁端部設(shè)置墊板，墊板高度大于鋼梁計算的受彎下?lián)现?。相?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(shè)坡道，坡道搭設(shè)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(wěn)定性，后配重轉(zhuǎn)至坡頂一側(cè)，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(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)主梁遇到鋼柱時斷開，并焊接在鋼柱側(cè)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(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)主梁與鋼骨柱連接節(jié)點

4.2 施工安全措施

1）混凝土柱養(yǎng)護(hù)滿28 d，并且采用回彈法進(jìn)行檢測，確保達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度。

2）定期下地下室對混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)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(jié)語

揚子江國際會議中心建設(shè)項目鋼結(jié)構(gòu)工程在實施過程中，通過在地下室頂板上加設(shè)轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)、搭設(shè)履帶吊施工通道的方法，無需在地下室對混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固，順利完成了鋼結(jié)構(gòu)安裝，結(jié)果安全可靠，為以后類似履帶吊上地下室頂板作業(yè)提供借鑒。

[1] 沈西華,章志剛,魏達(dá),等.復(fù)雜場地條件下大噸位履帶吊通道多形式加固技術(shù)[J].施工技術(shù),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(shù)[J].建筑鋼構(gòu),2008,2(3):41-43.