塔吊附梁位置樓層板內(nèi)加固暗撐分析

王偉濤

[摘要]針對(duì)塔吊附梁可靠性難以保證這一問題，提出一種可以廣泛應(yīng)用于各類場(chǎng)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(yàn)證該支撐安全可靠。研究結(jié)果表明，暗撐既可以使內(nèi)力分布更加合理，還可以確保梁板連結(jié)位置混凝土不發(fā)生局部受拉破壞，能有效消除塔吊附著對(duì)結(jié)構(gòu)梁的不利影響。

[關(guān)鍵詞]塔吊附梁; 有限元分析; 加固暗撐

[中國(guó)分類號(hào)]TU318.2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A

0引言

塔吊附著是塔吊起重設(shè)備的組成部分，給塔吊作業(yè)提供了安全保障，在施工中的應(yīng)用十分普遍。常規(guī)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(shí)踐中證明。另一種形式的塔吊附著——附梁，盡管缺乏理論依據(jù)，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(shí)踐中作為一種無奈的選擇，也有少量應(yīng)用。采取附梁這一形式的塔吊附著時(shí)，為了確保塔吊及主體結(jié)構(gòu)安全，實(shí)踐中需要采取臨時(shí)加固措施。因缺乏理論支持，實(shí)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(shí)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(duì)塔吊附梁?jiǎn)栴}現(xiàn)狀，經(jīng)過系統(tǒng)的理論驗(yàn)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(shè)計(jì)

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(cè)面，結(jié)構(gòu)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(dá)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(huì)發(fā)生超配筋現(xiàn)象，措施不可行。

附著梁為非獨(dú)立梁，但僅梁一側(cè)有樓層板。樓層板與整體樓層結(jié)構(gòu)為一整體，符合平面內(nèi)為剛體條件。樓層板是否可以對(duì)附著梁形成有效約束，取決于樓板與附著的連結(jié)是否發(fā)生局部破壞。當(dāng)塔吊附著集中力為拉力時(shí)，因混凝土抗拉強(qiáng)度很低，連結(jié)位置很有可能發(fā)生局部破壞，樓層板不能形成對(duì)附著梁的有效約束。

而在樓層板內(nèi)設(shè)置暗撐，將附著集中荷載通過暗撐直接傳遞給雙側(cè)有板的內(nèi)部框架梁。內(nèi)部框架梁在受到暗撐傳來的交替拉、壓集中力時(shí)，兩側(cè)樓板也交替提供受壓支撐作用，避免梁板連結(jié)位置發(fā)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(shè)置暗撐后并不會(huì)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(duì)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(nèi)框架梁連接，以形成水平三角桁架體系。實(shí)際工程中，框架跨度一般為8～9 m，而樓板經(jīng)濟(jì)跨度為3 m左右，因此，避免不了在4條框架梁圍城的區(qū)域中設(shè)置次梁以減小樓板跨度。在設(shè)置塔吊附著加固鋼筋混凝土暗撐時(shí)，如果遇到次梁應(yīng)直接貫穿次梁，避免鋼筋混凝土暗撐在次梁內(nèi)錨固。其主要考慮幾點(diǎn)因素：首先，樓板較薄，平面外剛度很小，設(shè)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(nèi)，按剛性樓板理論，樓板本身的平面外剛度很大，增加次梁對(duì)樓板平面外剛度的提高效果甚微，沒有實(shí)際工程意義；其次，鋼筋混凝土暗撐位于次梁上部的樓板內(nèi)，暗撐高度同樓板厚，并未通過次梁高度方向的懸臂區(qū)域，且暗撐為軸心拉壓受力，暗撐內(nèi)的軸心拉壓力直接通過樓板擴(kuò)散傳遞，并不會(huì)增加次梁側(cè)向扭矩。因此，設(shè)置暗撐的框架區(qū)格內(nèi)有相交次梁并不影響暗撐的傳力路徑，可以忽略次梁對(duì)暗撐的不利影響。

1.3暗撐的設(shè)計(jì)

暗撐為軸心受力，為確保這一受力模式，應(yīng)將暗撐的一端與塔吊附著點(diǎn)連結(jié)，另一端在與附著梁正交的內(nèi)框架梁內(nèi)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(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，寬度取常用的模數(shù)800 mm，該寬度既符合工程習(xí)慣也可以覆蓋塔吊附著節(jié)點(diǎn)寬度。暗撐通過在一定寬度范圍內(nèi)樓層板內(nèi)增加配筋實(shí)現(xiàn)，縱筋雙層配置，四周設(shè)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(yīng)盡量采用小直接鋼筋，以確保鋼筋保護(hù)層厚度和握裹力。

1.4暗撐的設(shè)置方法

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

暗撐在樓層施工時(shí)預(yù)設(shè)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(yàn)證

2.1有限元模型說明

采用SAP2000對(duì)暗撐進(jìn)行有限元分析，以驗(yàn)證采用暗撐對(duì)附著梁進(jìn)行加固的可行性。建立有限元模型時(shí)，梁采用框架單元，樓層板采用殼單元，鋼筋采用程序設(shè)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(jié)點(diǎn)?？蚣芰?、暗撐及樓板混凝土采用常規(guī)最低的標(biāo)號(hào)C30，鋼筋為HRB400；塔吊附著作用力用節(jié)點(diǎn)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(shè)計(jì)值分項(xiàng)系數(shù)取1.5。圖4為有限元模型。

該有限元模型與實(shí)際受力狀態(tài)吻合，概念清晰，可以用于塔吊附著加固暗撐受力驗(yàn)算。

2.2有限元分析及結(jié)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(gòu)件為附著梁和暗撐。荷載作用下，結(jié)構(gòu)位移最大處為附著點(diǎn)，位移值較小，并未造成梁板連結(jié)位置混凝土局部破壞，說明暗撐可以優(yōu)化結(jié)構(gòu)傳力路徑，對(duì)附著梁的支撐作用效果明顯。反過來，連結(jié)位置混凝土未發(fā)生局部受拉破壞又可以發(fā)揮樓板對(duì)附著梁的支撐作用，促進(jìn)結(jié)構(gòu)內(nèi)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(dān)。

另外，從梁彎矩（圖6）、梁軸力（圖7）可以看出，設(shè)置暗撐后，相關(guān)構(gòu)件的內(nèi)力較小，該內(nèi)力足以確保暗撐本身不發(fā)生破壞。雖然梁剪力（圖8）顯示附著梁部分區(qū)域剪力稍大，但因梁板連結(jié)區(qū)域并未發(fā)生受拉破壞，梁剪力并非附著梁獨(dú)自承擔(dān)，而是與樓層板一起承擔(dān)，其中大部分剪力由平面剛度較大的樓板承擔(dān)。除此之外，還對(duì)設(shè)置暗撐后的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了配筋驗(yàn)算，框架梁、暗撐、樓板等構(gòu)件按構(gòu)造配筋即可滿足需求。

因此，該剪力并不會(huì)增大梁箍筋配置，也不會(huì)影響結(jié)構(gòu)安全。通過以上分析可知，在附著點(diǎn)相關(guān)范圍的樓層板內(nèi)設(shè)置鋼筋混凝土暗撐可以有效消除塔吊附著對(duì)結(jié)構(gòu)梁的不利影響。

2.3塔吊附著加固暗撐的實(shí)踐應(yīng)用

該塔吊附著加固暗撐在廣州知識(shí)城大廈項(xiàng)目工程中采用，實(shí)踐證明，該暗撐安全可靠（圖9）。廣州知識(shí)城大廈項(xiàng)目1#塔吊共5道附著，由于塔吊距離主體結(jié)構(gòu)約12 m等現(xiàn)場(chǎng)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(nèi)框架梁跨度為9 m，框架區(qū)格內(nèi)設(shè)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(jié)構(gòu)完好無損。

3塔吊附著暗撐的應(yīng)用范圍

施工應(yīng)用環(huán)境復(fù)雜，在塔吊附梁結(jié)構(gòu)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(dòng)的影響；另一方面，采用常規(guī)塔吊最大附著荷載驗(yàn)算，承載力包絡(luò)范圍較廣。

而且，該鋼筋混凝土暗撐加固方式操作簡(jiǎn)單，構(gòu)件組成及施工方法均為標(biāo)準(zhǔn)化，不會(huì)因使用情況不同而改變暗撐的截面、配筋及設(shè)置方法。

因此，施工中遇到常規(guī)塔吊附梁時(shí)，均可以采用這一加固方式，該加固方式具有廣泛的應(yīng)用環(huán)境。

4結(jié)論

（1）設(shè)置鋼筋混凝土暗撐的樓板厚度不應(yīng)小于120 mm，不足時(shí)，應(yīng)局部增加樓板厚度。暗撐寬度取800 mm?？v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(nèi)框架梁內(nèi)的錨固按軸心受拉考慮，直線錨固長(zhǎng)度取la；彎折錨固長(zhǎng)度直線端取0.6lab，彎折長(zhǎng)度取15d。

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

（3）鋼筋混凝土暗撐可以優(yōu)化結(jié)構(gòu)傳力路徑，使內(nèi)力分布更加合理，同時(shí)還可以確保梁板連結(jié)位置混凝土不發(fā)生局部受拉破壞，可以有效消除塔吊附著對(duì)結(jié)構(gòu)梁的不利影響。

參考文獻(xiàn)

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