不同施工電梯基礎(chǔ)地下室底板加固技術(shù)對(duì)比分析

谷新強(qiáng)　徐棟

摘 要：在高層建筑裝飾裝修及砌體結(jié)構(gòu)施工中越來(lái)越多的施工單位為了避免地下室頂板開(kāi)洞過(guò)多，會(huì)將施工電梯基礎(chǔ)放置在地庫(kù)頂板上，但考慮頂板的承載力不滿(mǎn)足要求，故需要對(duì)電梯基礎(chǔ)下面的頂板進(jìn)行加固處理，通過(guò)對(duì)鋼管架、工字鋼柱、格構(gòu)柱回頂方法進(jìn)行受力驗(yàn)算和材料用量對(duì)比分析，其結(jié)果得出格構(gòu)柱受力較好且耗材較少。

關(guān)鍵詞：施工電梯基礎(chǔ);加固回頂受力驗(yàn)算;鋼管架;格構(gòu)柱;工字鋼柱

中圖法分類(lèi)號(hào)：TU311.1 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? 文章編號(hào)：1003-5168（2022）3-0099-05

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2022.03.024

Comparative Analysis on Reinforcement Technology of Basement Floor of Different Construction Elevator Foundations

GU Xinqiang XU Dong

（1.Fujian Liujian Group Co.，Ltd.，Zhengzhou 350000，China;2.Zaozhuang Vocational College of Science and Technology，Zaozhuang 277000，China）

Abstract： In the decoration and Masonry structure construction of high-rise buildings， more and more construction units will place the construction elevator foundation on the basement roof in order to avoid too many openings in the basement roof. However， considering that the bearing capacity of the roof does not meet the requirements， it is necessary to strengthen the roof under the elevator foundation through steel pipe frame， I-steel column The results showed that the stress of lattice column was better and the consumables were less.

keywords：construction elevator foundation;stress checking calculation of reinforced roof;steel pipe rack;lattice column; I-steel column

0 引言

在高層建筑施工中，由于地下室層數(shù)較多， 為最大程度上避免在樓層地下室頂板預(yù)留較多、較大的洞口，對(duì)后期封堵洞口、防水施工造成不便，往往施工電梯臨時(shí)基礎(chǔ)會(huì)設(shè)置在地下室頂板之上。由于高層建筑施工電梯安裝高度較高層以下建筑施工電梯安裝高度要高，在施工電梯靜止和運(yùn)行中會(huì)產(chǎn)生很大的荷載（根據(jù)電梯的運(yùn)行加速度分為靜載和動(dòng)載），會(huì)對(duì)建筑地下室頂板承載力造成較大的影響，故需要對(duì)地下室頂板進(jìn)行加固，目前建筑市場(chǎng)上的加固方式有兩種：結(jié)構(gòu)自身加固和回頂加固。其中由于前期地下室結(jié)構(gòu)圖紙已由設(shè)計(jì)院完成，增加結(jié)構(gòu)配筋和混凝土強(qiáng)度不可行，只能通過(guò)對(duì)地下室頂板采取回頂加固措施來(lái)提高樓板承載力。基于回頂加固方法后期可回收的特點(diǎn)，這種加固體系既能節(jié)省施工成本，又能保證施工安全性。筆者主要通過(guò)對(duì)鋼管回頂支撐[4]和型鋼回頂支撐的受力性能及材料用量對(duì)比分析來(lái)說(shuō)明不同回頂方式的差異。

1 工程背景

江蘇徐州沛縣公園道項(xiàng)目位于徐州市沛縣城區(qū)北部，樊噲路南側(cè)，漢源大道西側(cè)，總規(guī)劃用地面積約4.6萬(wàn)m2，本項(xiàng)目由10棟樓及地下室車(chē)庫(kù)組成，其中多層住宅樓為地上33層（地下1層），建筑面積約為18.5萬(wàn) m2，地下室層高為3.9 m，其中多棟主樓施工電梯基礎(chǔ)放置于地下室頂板，其余樓棟施工電梯基礎(chǔ)放置于筏板基礎(chǔ)上。

2 三種加固方式的力學(xué)驗(yàn)算

本次力學(xué)驗(yàn)算分析僅考慮施工電梯基礎(chǔ)放置在地庫(kù)頂板的情況，根據(jù)受力分析最不利原則，選取15號(hào)樓（地上33層、地下1層）SCD200/200J施工電梯基礎(chǔ)作為研究對(duì)象，其位置位于16-17軸/M-N軸區(qū)格內(nèi)，施工電梯基礎(chǔ)安裝平面位置如圖1所示。

2.1 地下室頂板及筏板參數(shù)

樓板參數(shù)如下：其中筏板基礎(chǔ)采用的混凝土為C35，筏板基礎(chǔ)鋼筋配置為雙層雙向HRB400，直徑14@180; 該區(qū)域樓板長(zhǎng)邊為6.3 m，短邊為5.6 m，其軸心抗壓強(qiáng)度f(wàn)為16.7 N/mm;板中底部短向配筋：HRB400，直徑12@130;樓板下部長(zhǎng)向配筋：HRB400，直徑12@130;樓板厚0.25 m;其軸心抗拉強(qiáng)度f(wàn)為1.57N/mm;板邊上部短向配筋配置：HRB400，直徑14@200;板邊支座負(fù)筋配置：HRB400，直徑14@200。

2.2 施工電梯基本參數(shù)

施工升降機(jī)基本參數(shù)如下：該工程采用的長(zhǎng)沙京龍施工電梯型號(hào)為SCD200/200J;架設(shè)總高度為99 m;底籠長(zhǎng)為4.5 m，寬為3 m;標(biāo)準(zhǔn)節(jié)質(zhì)量為167 kg;單個(gè)吊籠質(zhì)量為1 460 kg，外籠質(zhì)量為1 480 kg;吊籠形式為雙吊籠;標(biāo)準(zhǔn)節(jié)長(zhǎng)度為1.508 m;對(duì)重重量為1 300 kg;吊籠載重為2 000 kg;其他構(gòu)配件質(zhì)量為200 kg，其中施工升降機(jī)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)截面尺寸為650 mm×650 mm。

2.3 基礎(chǔ)承載計(jì)算

導(dǎo)軌架重（建筑高度99 m，經(jīng)計(jì)算共需標(biāo)準(zhǔn)節(jié)66節(jié)，單個(gè)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)重167 kg）：167 kg×66=11 022 kg，施工升降機(jī)自重標(biāo)準(zhǔn)值：p=（2 000×2+1 480+2 000×2+200+11 022）+2000×2×10/1 000=247.02 kN;

施工升降機(jī)自重設(shè)計(jì)值：P=nxp=2.1×247.02=518.742 kN，其中n為施工電梯綜合安全系數(shù)。

2.4 鋼管回頂加固驗(yàn)算

①其中設(shè)計(jì)如表1所示。

②樓板均布荷載：q=P/b ×c =518.742/（4.5×3）=38.425 kN/m ，其中[b]為施工電梯底籠長(zhǎng)，c為施工電梯底籠寬。

假設(shè)梁板下Ф48×3 mm，鋼管@0.6 m×0.6 m 支承上部施工升降機(jī)荷重，混凝土結(jié)構(gòu)自重由結(jié)構(gòu)自身承擔(dān)，則：

N=（q+γ0×1.5×N）×l×l=（38.425+1×1.5×1）×0.6×0.6=14.373 kN

其中N為施工活荷載，這里取值為1 kN/m。

③可調(diào)托座承載力驗(yàn)算[N]=100≥N=14.373 kN，滿(mǎn)足要求。

④立桿穩(wěn)定性驗(yàn)算，頂部立桿段：λ=l/i=kμ1h+2a/i=1×1.629×（0.5+2×0.5）/0.015 9=153.679≤λ=210，滿(mǎn)足要求。

非頂部立桿段：λ=l/i=kμ2h/i=1×2.896×0.9/0.0159=163.925≤[λ]=210，滿(mǎn)足要求。

頂部立桿段：λ=l/i=kμh+2a/i=1.155×1.629×（0.5+2×0.5）/0.0159=177.5。

非頂部立桿段：λ=l/i=kμh/i=1.155×2.896×0.9/0.0159=189.333。

取λ=189.333，《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（T/CECS 699—2020）[2]附表A.0.5，取φ=0.201回頂支架高寬比h/B=3.9/5=0.78≤2。

由于高寬比不大于2，不需要對(duì)架體承載力進(jìn)行折減。

[?f]= N/φA=14 373/（0.201×424）=168.65 N/mm≤f=205 N/mm滿(mǎn)足要求。

從上述結(jié)果得出梁板下的鋼管結(jié)構(gòu)滿(mǎn)足要求。

其中鋼管架平面布置圖及剖面圖如圖2、圖3所示。

2.5 型鋼回頂加固驗(yàn)算

型鋼回頂加固驗(yàn)算涉及實(shí)腹式受壓構(gòu)件[3]和格構(gòu)式受壓構(gòu)件兩種回頂驗(yàn)算。

2.5.1 實(shí)腹式受壓構(gòu)件回頂加固驗(yàn)算。

①實(shí)腹式構(gòu)件回頂加固設(shè)計(jì)參數(shù)。經(jīng)計(jì)算該工程選擇36b號(hào)工字鋼實(shí)腹式構(gòu)件，其設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表2。

②梁板下單支型鋼支撐驗(yàn)算。設(shè)施工升降機(jī)自重和施工活荷載由梁板下36b號(hào)工字鋼承載，混凝土樓板自重按設(shè)計(jì)由其自身承擔(dān)，則：型鋼受力：N=P+1.4×q×a×b=518.742+1.4×1×3×4.5=537.642 kN

取l=1.0×h=1.0×3 900=3 900 mm ， λ=l0/i=3 900/26.4=147.727≤[λ]=200，滿(mǎn)足要求。

查《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50017—2017）[1]附錄D得：φ=0.318

[f=N/（φ×A）=537 642/0.318×8 364=202.14 N/mm≤f=205 N/mm其中[φ]為穩(wěn)定性系數(shù)，A為工字鋼截面面積。

以上結(jié)果得出混凝土樓板下的單支型鋼支撐架滿(mǎn)足要求，其中工字鋼回頂示意圖及鋼柱平面圖如圖4、圖5所示。

2.5.2 格構(gòu)式受壓構(gòu)件回頂加固驗(yàn)算。

①格構(gòu)式構(gòu)件回頂加固設(shè)計(jì)參數(shù)。本次格構(gòu)式構(gòu)件類(lèi)型為綴條式格構(gòu)式構(gòu)件，等邊角鋼作為四肢，其設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表3。

②梁板下格構(gòu)柱結(jié)構(gòu)驗(yàn)算。設(shè)梁板下格構(gòu)柱支承上部施工升降機(jī)荷重，混凝土結(jié)構(gòu)自重由結(jié)構(gòu)自身承擔(dān)，則：格構(gòu)柱受力：N=P+1.4×q×a×b=518.742+1.4×1×3×4.5=537.642 kN;取計(jì)算長(zhǎng)度l=1.0×h=1.0×3 900=3 900 mm。

③格構(gòu)式鋼柱換算長(zhǎng)細(xì)比驗(yàn)算。整個(gè)格構(gòu)柱截面對(duì)X、Y軸慣性矩：

Ix=4[I+Aa/2-Z0]=17 457.497cm。

整個(gè)構(gòu)件長(zhǎng)細(xì)比：λx=λy=L/[Ix/4A=19.256。

分肢長(zhǎng)細(xì)比：λ=l1/iy0=35/1.8=19.444]。

構(gòu)件橫截面中垂直于主軸X的各斜綴條的毛截面積之和：A=2Az=226 mm。

格構(gòu)式鋼柱繞兩主軸的換算長(zhǎng)細(xì)比：

λ=（λx+40A/A）=33.527。

各格構(gòu)柱軸心受壓穩(wěn)定系數(shù)：λ=33.527≤[λ]=150。查規(guī)范表[1]得：φ=0.923滿(mǎn)足要求。σ=N/（φA）=136.864 N/mm≤[f]=215 N/mm

滿(mǎn)足要求。

④格構(gòu)式鋼柱分肢的長(zhǎng)細(xì)比驗(yàn)算。

λ=19.444≤0.7λ=23.469滿(mǎn)足要求。

從上述結(jié)果得出梁板下的格構(gòu)柱滿(mǎn)足要求。

其中格構(gòu)柱回頂示意圖及鋼柱平面圖如圖6、圖7所示。

2.6 力學(xué)驗(yàn)算結(jié)算結(jié)果分析

①在同等工況下，通過(guò)對(duì)鋼管架、型鋼（工字鋼、格構(gòu)式構(gòu)件）回頂加固方法的受力驗(yàn)算可知：在保證地下室頂板結(jié)構(gòu)安全、施工電梯安全情況下，格構(gòu)柱回頂加固措施安全冗余度最高，其數(shù)值約為36%，其中工字鋼回頂加固措施冗余度約為1.4%、鋼管架體回頂加固措施冗余度約為22%。

②型鋼整體抗壓強(qiáng)度要高于建筑市場(chǎng)上應(yīng)用普遍的Q235鋼管，對(duì)于回頂加固面積為35.28 m2的地下室頂板材料用量：長(zhǎng)度為3.9 m的36 a號(hào)工字鋼質(zhì)量為239 kg ;格構(gòu)柱用鋼量為151.6 kg;鋼管扣件式架體用鋼量為3 805 kg。

2.7 支撐操作要點(diǎn)

2.7.1 鋼管架支撐操作流程及注意事項(xiàng)。

①搭設(shè)方案。電梯基礎(chǔ)定位→底座→擺設(shè)掃地桿→搭設(shè)立桿并與掃地桿扣緊→第一步縱向水平桿與各立桿扣牢并安第一步橫向水平桿→第二步縱向水平桿及第二步橫向水平桿加設(shè)臨時(shí)支撐→以上各步縱、橫向水平桿→接立桿→剪刀撐→設(shè)頂托及設(shè)托梁→組織驗(yàn)收→施工電梯安裝→試運(yùn)行。

②注意事項(xiàng)。第一，立桿搭設(shè)：相鄰立桿扣件上下位置錯(cuò)開(kāi)應(yīng)在500 mm以上，立桿垂直偏差不得大于1/200。第二，水平桿搭設(shè)：縱向水平桿的接頭位置應(yīng)分別搭設(shè)在不同的立桿縱距中，與相鄰最近立桿的間距小于等于縱距的1/3，同層縱向水平桿的平整度偏差不得大于50 mm。第三，剪刀撐搭設(shè)：在回頂支撐架外側(cè)四周由底至頂設(shè)置連續(xù)剪刀撐，內(nèi)部每隔三跨加設(shè)一道剪刀撐，剪刀撐傾角控制在45～60°，剪刀撐搭接長(zhǎng)度應(yīng)大于1 000 mm，且不少于三個(gè)扣件連接。

2.7.2 型鋼（工字鋼、格構(gòu)柱）回頂支撐操作流程及注意事項(xiàng)。

①型鋼搭設(shè)方案。電梯基礎(chǔ)定位→型鋼柱防銹處理→搭設(shè)鋼管操作架→型鋼柱運(yùn)輸→清理基層→型鋼支撐安裝→校正垂直度→組織驗(yàn)收→施工電梯安裝→試運(yùn)行。

②注意事項(xiàng)。型鋼進(jìn)場(chǎng)必須進(jìn)行外觀檢查，對(duì)于銹蝕嚴(yán)重，彎曲變形嚴(yán)重予以拒收，型鋼回頂支撐的安裝垂直度偏差要控制在H/1 000（此處H為型鋼支撐安裝高度），其中要嚴(yán)格控制型鋼墊板與型鋼柱的焊接質(zhì)量。

3 結(jié)論

①在相同工況下，相對(duì)于鋼管架、工字鋼回頂加固方法其中格構(gòu)柱的力學(xué)驗(yàn)算安全儲(chǔ)備最高，回頂加固用鋼量最小，極大地節(jié)省了建筑材料，同時(shí)也加快了頂板回頂加固進(jìn)度，為后續(xù)工序施工贏得了寶貴工期。

②由于格構(gòu)式柱是由小截面構(gòu)件構(gòu)成，在相同豎向力作用下，其自重比實(shí)腹式工字鋼柱輕。

③由于格構(gòu)柱毛截面比工字鋼柱大，因此截面繞兩個(gè)主軸的回轉(zhuǎn)半徑也較大[5]，進(jìn)而穩(wěn)定性更偏于安全。

④型鋼（工字鋼、格構(gòu)柱）回頂支撐相較鋼管架回頂支撐在搭設(shè)與安裝方面具有施工方便的優(yōu)點(diǎn);構(gòu)件連接方面，焊接連接強(qiáng)度要優(yōu)于扣件連接及型鋼支撐占用空間少等優(yōu)點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)：

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