既有框架結(jié)構(gòu)板提載加固設(shè)計與承載工況計算分析

張毅繁 王緒旺*

（商洛學(xué)院城鄉(xiāng)規(guī)劃與建筑工程學(xué)院，陜西 商洛 726000）

近年來,無梁樓蓋地下車庫坍塌事故頻發(fā),事故發(fā)生的主要原因是無梁樓蓋的抗沖切承載力不足以及頂板覆土回填時覆土及施工車輛荷載超過設(shè)計荷載[1]，其中施工車輛荷載作用過大是結(jié)構(gòu)板受損繼而坍塌的主要原因，所以對施工車輛荷載作用下結(jié)構(gòu)板提載加固是保證既有結(jié)構(gòu)板安全的重要內(nèi)容。

1 工程概況

塔吊服務(wù)于兩棟樓和地下車庫，主體施工完成后計劃拆除塔吊。因框架結(jié)構(gòu)板在設(shè)計中并未考慮吊裝作業(yè)產(chǎn)生的荷載，為保證吊車在混凝土結(jié)構(gòu)板行走和吊裝作業(yè)時不對原結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞，需要施工前對結(jié)構(gòu)板進行提載加固。

結(jié)構(gòu)主要信息：車庫頂板厚250mm，車庫頂板活荷載為5KN/m2，橫軸、縱軸距、次梁軸距如圖1 所示。

25t 汽車吊參數(shù)：汽車左右輪距為2410mm，行駛狀態(tài)凈重26.4t，長12.38m，寬2.5m，工作時支腿最長伸出7m。

2 結(jié)構(gòu)板加固

2.1 結(jié)構(gòu)板加固方案

在行走路線和吊裝作業(yè)區(qū)的車庫頂板鋪設(shè)砂層和鋼板，在車庫板底搭設(shè)腳手架支撐體系對行走和吊裝作業(yè)區(qū)進行加固（圖1）。

圖1 吊車作業(yè)區(qū)結(jié)構(gòu)平面圖

當(dāng)采用高大模板支撐體系時要進行科學(xué)合理的施工布局設(shè)計，對支撐體系的穩(wěn)定性要進行驗算分析，既要滿足規(guī)范設(shè)計要求，還要保證施工階段的安全[2]，按規(guī)范搭設(shè)支撐架。

2.2 汽車吊的輪載有效分布寬度

根據(jù)JTG 3362-2018《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》中第4.2.3 條中規(guī)定的“整體單向板通過車輪傳遞到板上的荷載分布寬度”進行計算[3]汽車吊的輪載有效分布寬度，如圖2 所示。

圖2 單個車輪的荷載分布寬度

單個車輪在板的跨徑中部時，垂直于板的跨徑方向的荷載分布寬度a 計算公式：

式中：l 表示板的計算跨徑；h 表示鋪裝層厚度；a1、b1表示垂直于板跨和平行于板跨方向的車輪著地尺寸。

2.3 行走工況驗算

汽車吊行走時，兩側(cè)輪距2410mm＜3100mm，則兩側(cè)輪壓荷載均作用于腳手架上。已知吊車軌距e=2410mm，單側(cè)車輪寬取btx=50mm，作用面積長度取bty=500mm，h=300mm，則單個車輪作用面積長度計算值分別為：

單個車輪作用有效寬度b=bcy+0.7L=1100+0.7×3100=3270mm；則行走時車輪下作用面為3100mm×3270mm，為提高安全系數(shù)按2000mm×2000mm 考慮，則輪胎下方板帶受力為：F2/2=50.0KN。計算時假設(shè)吊車荷載全部傳至腳手架，混凝土結(jié)構(gòu)僅承擔(dān)結(jié)構(gòu)自重。2000mm×2000mm 計算范圍內(nèi)結(jié)構(gòu)自重：

（0.3×0.6×4+0.18×2×2）×25=36KN

對間距1000mm 的腳手架支撐根數(shù)應(yīng)不少于3×3根，則

（1）立桿承受的活荷載標(biāo)準(zhǔn)值產(chǎn)生的軸向力：

立桿計算長度L、長細比λ、穩(wěn)定系數(shù)Ψ：L=h=1200mm；λ=L/i=1200/16.0=75

查JGJ 130-2011《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范》附錄C 中[4]表C：Ψ=0.813

（2）立桿穩(wěn)定性驗算（不組合風(fēng)荷載時）

2.4 吊裝作業(yè)工況驗算

2.4.1 汽車吊布置圖

汽車吊工作時支腿最長伸出7000mm，將汽車吊四只腿中的2 只置于混凝土柱頂，其余的兩只置于混凝土主梁上,此時支腿跨度6200mm＜7000mm（見圖1），滿足要求。

2.4.2 混凝土主梁承載力計算

對主梁與板承載力進行驗算，取正常工作荷載：吊裝時承受25t 汽車吊自重（G=26.4t）及所吊構(gòu)件重量，此處按最重構(gòu)件（G2=4.5t）。此工況下，汽車吊每個支腿平均受力為：

因車庫頂板結(jié)構(gòu)設(shè)計的允許荷載為5KN/m2＜121.5KN/m2，所以需要進行加固，加固措施：①板頂滿鋪300mm 厚砂層；②砂層上鋪設(shè)5000mm×2000mm×10mm鋼板；③結(jié)構(gòu)板下搭設(shè)腳手架支撐，支撐腳手架水平橫距、縱距Lx=Ly=1000mm，步距h=1200mm，掃地桿距離地面高度不大于200mm，最上層水平桿距梁頂不大于200mm，規(guī)范設(shè)置水平和豎向剪刀撐，立桿底部設(shè)置墊塊，頂托上主楞采用雙鋼管48.0×2.8，次楞采用鋼管48.0×2.8 間隔200mm 設(shè)置。腳手架支撐范圍不小于3000mm×3000mm，立桿數(shù)不少于（3/1+1）2=16 根，回頂至地面，計算按2000mm×2000mm 范圍內(nèi)腳手架有效承載計。因加固腳手架頂部通過頂托與砼梁底面相連，故僅驗算立桿穩(wěn)定性及承載力。

（1）荷載標(biāo)準(zhǔn)值計算

立桿承受的結(jié)構(gòu)自重標(biāo)準(zhǔn)值產(chǎn)生的軸向力NG1K：

NG1K=[（G 立桿+G 立桿連接銷）/1×支架高度+（G 縱向鋼管+G 橫向鋼管+G 斜向鋼管）/步距×支架高度+可調(diào)托座重量]×9.8/1000

在2000mm×2000mm 范圍內(nèi)，間距1000mm 的立桿根數(shù)至少3×3=9 根，經(jīng)砂層和鋼板使得應(yīng)力擴散，立桿承受的構(gòu)配件及混凝土梁自重標(biāo)準(zhǔn)值產(chǎn)生的軸向力NG3K：

2.5 現(xiàn)場監(jiān)測與分析

在板、次梁、主梁的跨中布設(shè)位移傳感器，支撐架立桿監(jiān)測部位粘貼應(yīng)變片實施全程監(jiān)測。應(yīng)變片粘貼處先打磨，然后用脫脂棉蘸取酒精擦洗，干燥后粘貼應(yīng)變片并焊接數(shù)據(jù)線，用環(huán)氧樹脂密封和膠帶固定, 如圖3 所示。

圖3 應(yīng)變片粘貼接線

立桿所用應(yīng)變片與應(yīng)變儀接線時采用1/4 橋接線，軸力計安裝是將其一端連接在墊板上，另外一頭連接在測試鋼管上，連接處的平面平行平整，并且保證軸力計與測試桿在數(shù)值方向保持垂直[5]。行走和吊裝工況下的計算值與實測值比較，如表1 所示。

表1 結(jié)構(gòu)桿件計算數(shù)據(jù)與現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)對比

由表1 可知，主次梁位移、支撐架桿件最大應(yīng)力值的計算值都大于實測值，而樓板的位移計算值小于實測值。造成樓板位移的實測值高于計算值的原因主要是計算模型局部簡化，忽略了周圍結(jié)構(gòu)桿件對分析模型約束的多樣性和疊加[6]；其次是支撐架立桿頂部和底部未接觸率越多將會使支撐架立桿承擔(dān)荷載分?jǐn)偢?，使結(jié)構(gòu)板位移增大。

3 結(jié)論

對既有框架結(jié)構(gòu)板上吊車行走和吊裝作業(yè)區(qū)提載加固后，計算對比可知：

3.1 結(jié)構(gòu)板底部搭設(shè)支撐架，有效提高了結(jié)構(gòu)板承載能力。

3.2 結(jié)構(gòu)板頂面鋪設(shè)300mm 厚砂層和10mm 厚鋼板，有效將應(yīng)力擴散，使結(jié)構(gòu)板未產(chǎn)生震動損傷。

3.3 吊車停機位設(shè)置在柱頂有利于原結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，支撐架立桿頂部和底部接觸不緊密使支撐架立桿承擔(dān)荷載分?jǐn)偞?，?dǎo)致結(jié)構(gòu)板的位移實測值高于理論計算值。