地下室頂板后澆帶在布置施工道路工況下的受力研究及加固技術

尹友成 單奮權 李忠良

廣廈建設集團有限責任公司 浙江 杭州 310013

1 項目概況

江西萍鄉市城市大廈位于萍鄉市開發區玉湖路，由3幢辦公塔樓及其配套商業裙房與1棟公共服務中心組成（圖1）。建筑物占地面積為10 486 m2，總建筑面積為122 347.37 m2，其中地下室一層，建筑面積為25 649 m2，地上96 698.37 m2。3幢辦公塔樓，地上均為20層，結構高度82.10 m，建筑高度88.70 m。本工程±0.00 m相當于絕對高程107.00 m。

圖1 萍鄉城市大廈

2 項目地理位置及場內施工道路布置

萍鄉城市大廈項目毗鄰萍鄉市政府辦公大樓，四周均為城市主干道路，施工場地狹窄，建筑材料堆放困難。施工期間，所有建筑材料堆場及混凝土泵車均需布置于地下室頂板上[1]，且需設置混凝土運輸車輛及材料運輸車輛的施工道路。為了確保地下室頂板結構安全，項目部決定將施工道路布置于消防車道位置，經復核驗算，消防車道地下室頂板結構能夠滿足施工道路車輛安全通行。但本項目施工道路共需穿越地下室頂板的8條后澆帶，每條后澆帶寬度為800 mm，在后澆帶部位，由于人為隔斷了梁、板結構，形成了長、短邊懸臂梁、板結構，故在后澆帶封閉前，后澆帶區域是結構受力的最薄弱環節[2]。

3 地下室頂板后澆帶處懸挑結構整體受力分析

3.1 受力模型建立

地下室頂板后澆帶的留置，將原本澆筑成整體的梁板結構隔斷開為2個懸臂梁板結構形式。在分析頂板后澆帶受力時，我們選取其中具有代表性的最不利2跨結構進行整體建模分析（圖2）。

圖2 地下室頂板最不利2跨后澆帶結構整體模型

3.2 現場施工道路及材料機具堆場荷載確定

以施工道路上行駛的混凝土運輸車最大罐車體積14 m3測算，運輸車自重為19.6 t，經測定，混凝土罐車最大質量為P=19.6 t（車輛質量）＋14 m3×2.4 t/m3（混凝土質量）=53.2 t[3]，運輸材料車輛最大質量按40 t進行限載（如出現超載情況，項目部在現場采取接駁處理）。現選取混凝土運輸車輛作為施工道路活載進行控制，考慮混凝土運輸車車輪是移動活載作用，將混凝土運輸車后面2個承重車輪置于地下室頂板區格中部作用工況下為最不利活載工況布置，根據公路橋涵設計通用規范及混凝土運輸車構造技術參數，按后面承重輪承受最大滿載時的80%計算[1]，則區格板內承受的荷載為532 kN×0.8=425.6 kN，因車輪作用為運動荷載，考慮車輛行駛過程中產生的動力系數取最大值1.4[4]，則區格板內承受的荷載為1.4×425.6 kN=596 kN。按區格板尺寸為4.2 m×4.2 m計（小于局部荷載的有效分布寬度），可以采用近似均勻分布等效荷載測算，則施工道路活荷載取值為qe=596 kN/（4.2 m×4.2 m）=33.78 kN/m2，材料機具堆場活荷載現場測算按20 kN/m2進行限載。

3.3 地下室結構頂板受力分析及安全復核結果

經過結構軟件PKPM計算分析，地下室結構頂板及十字次梁配筋承載力均能滿足施工期間頂板布置施工道路和材料堆場的要求，無需進行加強，同時，考慮到安全可靠富余度，工程上采取保留后澆帶處結構頂板搭設的支模架體系不拆除做法。經分析，結構主梁懸挑端短邊的結構梁支座最大負彎矩為1 948 kN·m，計算所需配筋面積為As=5 608 mm2（理論配筋12φ25 mm），查閱地下室頂板結構施工圖紙，梁支座處實際配筋為14φ25 mm，滿足強度要求；結構主梁懸挑端長邊的結構梁支座最大負彎矩為4 450 kN·m，經驗算，主梁截面最大彎矩承載力為2 754.2 kN·m＜4 450 kN·m，主梁懸挑端長邊承載力不能滿足結構安全，施工期間需要對地下室頂板后澆帶結構進行加固處理。

4 地下室頂板后澆帶加固方案

通過對結構模型受力分析，已知懸挑長邊結構主梁承載力和變形（最大撓度值f=53 mm）均不能滿足規范要求，存在結構安全隱患。為此，我們采取了在長邊主梁懸挑端下加設支撐鋼立柱回頂加固的方法。

4.1 分析主梁下加固支撐鋼立柱受力

為了準確搞清懸挑主梁下支撐鋼立柱受力狀況，模型建立時，在主梁下加設支撐鋼立柱，因支撐鋼立柱為后續回頂施工，分析鋼立柱時，采用按兩端鉸接柱進行建模分析（圖3），得出主梁下加固鋼立柱承受最大豎向軸壓力為1 073.6 kN。

圖3 地下室頂板結構主梁下加鋼立柱模型

4.2 確定主梁下加固方案

經分析，已知地下室頂板結構懸挑主梁加固支撐鋼立柱需承受豎向軸壓力為1 073.6 kN，現初步考慮采用型鋼立柱進行加固。根據項目部現有型鋼，采取φ219 mm×12 mm無縫鋼管作為支撐鋼立柱進行加固，復核驗算如下：

1）經查閱型鋼表[5]得知：φ219 mm×12 mm無縫鋼管截面積A=78.04 cm2；回旋半徑i=7.33 cm，截面慣性矩I=4 193.8 cm4；截面抗彎矩W=383 cm3，單位長度質量g=61.26 kg/m。

2）支撐鋼立柱強度驗算：柱構件強度計算最大應力為137.6 MPa＜許用應力[σ]=215.0 MPa，即鋼立柱強度滿足要求[6]。

3）支撐鋼立柱穩定性強度驗算：支撐鋼立柱構件平面內（外）穩定計算最大應力為143.2 MPa＜[σ]=215.0 MPa，即鋼立柱穩定性強度滿足要求[6]。

4）支撐鋼立柱局部穩定驗算：鋼立柱外徑與壁厚之比D/T=18.25＜容許外徑與壁厚之比[D/T]=100.0，局部穩定性滿足要求[6]。

4.3 支撐鋼立柱回頂處的梁底局壓驗算

采取在鋼立柱頂上焊接1塊尺寸為250 mm×250 mm、厚20 mm鋼板，將鋼立柱對懸挑梁中心位置進行回頂支撐，為防止梁局部混凝土被壓碎破壞，現需對回頂受壓處鋼筋混凝土梁進行局壓復核驗算。計算局壓面積Al=250 mm×250 mm=62 500 mm2，局部受壓計算底面積Ab=400 mm×400 mm=160 000 mm2，求出局部受壓強度提高系數βl=1.6，梁板混凝土強度等級為C30，按素混凝土局部受壓進行驗算，其局部受壓面積上的軸向力設計值Fl=1 215.5 kN＞1 073.6 kN，滿足局壓要求[7]。

4.4 地下室后澆帶上鋪設行車鋼板的安全復核

為保證地下室后澆帶處施工車輛通行，項目部采取在后澆帶上鋪設長9 m、厚20 mm的行車鋼板。后澆帶凈寬為800 mm，考慮兩側支座情況，按計算跨度1 200 mm進行驗算，鋼板承受的均布面荷載為33.8 kN/m2，滿足要求[6]。

5 支撐鋼立柱加固施工技術

5.1 支撐鋼立柱加工制作

鋼立柱采用1根φ219 mm×12 mm無縫鋼管制作而成，鋼管頂部焊接1塊厚20 mm、尺寸為250 mm×250 mm的鋼板，鋼管底部焊接1塊250 mm×250 mm×20 mm鋼板底座；鋼立柱長度按實際尺寸扣減50 mm確定，在鋼立柱鋼管下端約350 mm位置2個側面焊接鋼牛腿，供施工時施加預應力使用[2]。

5.2 鋼管立柱回頂施工

我們利用現場保留的支模架作為施工腳手架進行支撐鋼立柱安裝，先將鋼立柱搬至回頂主梁安裝的正確位置，為了確保鋼立柱與主梁緊密連接，在支撐鋼立柱頂板上鋪貼厚10～15 mm加固型高強無收縮灌漿料，并對鋼立柱進行垂直度校準，然后進行初步固定。上述工作完成后，再利用2臺千斤頂對鋼立柱兩側對稱焊好的鋼牛腿施加預應力，當千斤頂施加預應力接近鋼立柱理論豎向軸力值時，在鋼立柱鋼管底座與地面接觸之間空隙采用鋼楔對稱楔緊，其余空隙之間采用高強無收縮灌漿料注漿密實。

6 結語

在地下室頂板上布置施工道路及材料堆場已在不少工程上應用，存在一定的安全隱患，特別是在后澆帶部位。后澆帶將原本一個整體梁板結構隔斷為2個結構，必須對隔斷開的梁板按實際配置的鋼筋對懸挑結構進行安全計算復核。對地下室頂板后澆帶處懸挑結構不僅應復核其強度要求，同時，還應對懸挑結構的變形進行驗算，防止因在地下室頂板面設置施工道路后，造成地下室結構滲漏水，影響結構使用功能。