既有框架結構板提載加固設計與承載工況計算分析

張毅繁 王緒旺*

（商洛學院城鄉規劃與建筑工程學院，陜西 商洛 726000）

近年來,無梁樓蓋地下車庫坍塌事故頻發,事故發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計荷載[1]，其中施工車輛荷載作用過大是結構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構板提載加固是保證既有結構板安全的重要內容。

1 工程概況

塔吊服務于兩棟樓和地下車庫，主體施工完成后計劃拆除塔吊。因框架結構板在設計中并未考慮吊裝作業產生的荷載，為保證吊車在混凝土結構板行走和吊裝作業時不對原結構產生破壞，需要施工前對結構板進行提載加固。

結構主要信息：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：汽車左右輪距為2410mm，行駛狀態凈重26.4t，長12.38m，寬2.5m，工作時支腿最長伸出7m。

2 結構板加固

2.1 結構板加固方案

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

圖1 吊車作業區結構平面圖

當采用高大模板支撐體系時要進行科學合理的施工布局設計，對支撐體系的穩定性要進行驗算分析，既要滿足規范設計要求，還要保證施工階段的安全[2]，按規范搭設支撐架。

2.2 汽車吊的輪載有效分布寬度

根據JTG 3362-2018《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》中第4.2.3 條中規定的“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，兩側輪距2410mm＜3100mm，則兩側輪壓荷載均作用于腳手架上。已知吊車軌距e=2410mm，單側車輪寬取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，為提高安全系數按2000mm×2000mm 考慮，則輪胎下方板帶受力為：F2/2=50.0KN。計算時假設吊車荷載全部傳至腳手架，混凝土結構僅承擔結構自重。2000mm×2000mm 計算范圍內結構自重：

（0.3×0.6×4+0.18×2×2）×25=36KN

對間距1000mm 的腳手架支撐根數應不少于3×3根，則

（1）立桿承受的活荷載標準值產生的軸向力：

立桿計算長度L、長細比λ、穩定系數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規范》附錄C 中[4]表C：Ψ=0.813

（2）立桿穩定性驗算（不組合風荷載時）

2.4 吊裝作業工況驗算

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）及所吊構件重量，此處按最重構件（G2=4.5t）。此工況下，汽車吊每個支腿平均受力為：

因車庫頂板結構設計的允許荷載為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5000mm×2000mm×10mm鋼板；③結構板下搭設腳手架支撐，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，規范設置水平和豎向剪刀撐，立桿底部設置墊塊，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 設置。腳手架支撐范圍不小于3000mm×3000mm，立桿數不少于（3/1+1）2=16 根，回頂至地面，計算按2000mm×2000mm 范圍內腳手架有效承載計。因加固腳手架頂部通過頂托與砼梁底面相連，故僅驗算立桿穩定性及承載力。

（1）荷載標準值計算

立桿承受的結構自重標準值產生的軸向力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+可調托座重量]×9.8/1000

在2000mm×2000mm 范圍內，間距1000mm 的立桿根數至少3×3=9 根，經砂層和鋼板使得應力擴散，立桿承受的構配件及混凝土梁自重標準值產生的軸向力NG3K：

2.5 現場監測與分析

在板、次梁、主梁的跨中布設位移傳感器，支撐架立桿監測部位粘貼應變片實施全程監測。應變片粘貼處先打磨，然后用脫脂棉蘸取酒精擦洗，干燥后粘貼應變片并焊接數據線，用環氧樹脂密封和膠帶固定, 如圖3 所示。

圖3 應變片粘貼接線

立桿所用應變片與應變儀接線時采用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 結構桿件計算數據與現場實測數據對比

由表1 可知，主次梁位移、支撐架桿件最大應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，忽略了周圍結構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荷載分攤更大，使結構板位移增大。

3 結論

對既有框架結構板上吊車行走和吊裝作業區提載加固后，計算對比可知：

3.1 結構板底部搭設支撐架，有效提高了結構板承載能力。

3.2 結構板頂面鋪設300mm 厚砂層和10mm 厚鋼板，有效將應力擴散，使結構板未產生震動損傷。

3.3 吊車停機位設置在柱頂有利于原結構穩定，支撐架立桿頂部和底部接觸不緊密使支撐架立桿承擔荷載分攤大，導致結構板的位移實測值高于理論計算值。