地下室顶板后浇带在布置施工道路工况下的受力研究及加固技术

尹友成 单奋权 李忠良

广厦建设集团有限责任公司 浙江 杭州 310013

1 项目概况

江西萍乡市城市大厦位于萍乡市开发区玉湖路，由3幢办公塔楼及其配套商业裙房与1栋公共服务中心组成（图1）。建筑物占地面积为10 486 m2，总建筑面积为122 347.37 m2，其中地下室一层，建筑面积为25 649 m2，地上96 698.37 m2。3幢办公塔楼，地上均为20层，结构高度82.10 m，建筑高度88.70 m。本工程±0.00 m相当于绝对高程107.00 m。

图1 萍乡城市大厦

2 项目地理位置及场内施工道路布置

萍乡城市大厦项目毗邻萍乡市政府办公大楼，四周均为城市主干道路，施工场地狭窄，建筑材料堆放困难。施工期间，所有建筑材料堆场及混凝土泵车均需布置于地下室顶板上[1]，且需设置混凝土运输车辆及材料运输车辆的施工道路。为了确保地下室顶板结构安全，项目部决定将施工道路布置于消防车道位置，经复核验算，消防车道地下室顶板结构能够满足施工道路车辆安全通行。但本项目施工道路共需穿越地下室顶板的8条后浇带，每条后浇带宽度为800 mm，在后浇带部位，由于人为隔断了梁、板结构，形成了长、短边悬臂梁、板结构，故在后浇带封闭前，后浇带区域是结构受力的最薄弱环节[2]。

3 地下室顶板后浇带处悬挑结构整体受力分析

3.1 受力模型建立

地下室顶板后浇带的留置，将原本浇筑成整体的梁板结构隔断开为2个悬臂梁板结构形式。在分析顶板后浇带受力时，我们选取其中具有代表性的最不利2跨结构进行整体建模分析（图2）。

图2 地下室顶板最不利2跨后浇带结构整体模型

3.2 现场施工道路及材料机具堆场荷载确定

以施工道路上行驶的混凝土运输车最大罐车体积14 m3测算，运输车自重为19.6 t，经测定，混凝土罐车最大质量为P=19.6 t（车辆质量）＋14 m3×2.4 t/m3（混凝土质量）=53.2 t[3]，运输材料车辆最大质量按40 t进行限载（如出现超载情况，项目部在现场采取接驳处理）。现选取混凝土运输车辆作为施工道路活载进行控制，考虑混凝土运输车车轮是移动活载作用，将混凝土运输车后面2个承重车轮置于地下室顶板区格中部作用工况下为最不利活载工况布置，根据公路桥涵设计通用规范及混凝土运输车构造技术参数，按后面承重轮承受最大满载时的80%计算[1]，则区格板内承受的荷载为532 kN×0.8=425.6 kN，因车轮作用为运动荷载，考虑车辆行驶过程中产生的动力系数取最大值1.4[4]，则区格板内承受的荷载为1.4×425.6 kN=596 kN。按区格板尺寸为4.2 m×4.2 m计（小于局部荷载的有效分布宽度），可以采用近似均匀分布等效荷载测算，则施工道路活荷载取值为qe=596 kN/（4.2 m×4.2 m）=33.78 kN/m2，材料机具堆场活荷载现场测算按20 kN/m2进行限载。

3.3 地下室结构顶板受力分析及安全复核结果

经过结构软件PKPM计算分析，地下室结构顶板及十字次梁配筋承载力均能满足施工期间顶板布置施工道路和材料堆场的要求，无需进行加强，同时，考虑到安全可靠富余度，工程上采取保留后浇带处结构顶板搭设的支模架体系不拆除做法。经分析，结构主梁悬挑端短边的结构梁支座最大负弯矩为1 948 kN·m，计算所需配筋面积为As=5 608 mm2（理论配筋12φ25 mm），查阅地下室顶板结构施工图纸，梁支座处实际配筋为14φ25 mm，满足强度要求；结构主梁悬挑端长边的结构梁支座最大负弯矩为4 450 kN·m，经验算，主梁截面最大弯矩承载力为2 754.2 kN·m＜4 450 kN·m，主梁悬挑端长边承载力不能满足结构安全，施工期间需要对地下室顶板后浇带结构进行加固处理。

4 地下室顶板后浇带加固方案

通过对结构模型受力分析，已知悬挑长边结构主梁承载力和变形（最大挠度值f=53 mm）均不能满足规范要求，存在结构安全隐患。为此，我们采取了在长边主梁悬挑端下加设支撑钢立柱回顶加固的方法。

4.1 分析主梁下加固支撑钢立柱受力

为了准确搞清悬挑主梁下支撑钢立柱受力状况，模型建立时，在主梁下加设支撑钢立柱，因支撑钢立柱为后续回顶施工，分析钢立柱时，采用按两端铰接柱进行建模分析（图3），得出主梁下加固钢立柱承受最大竖向轴压力为1 073.6 kN。

图3 地下室顶板结构主梁下加钢立柱模型

4.2 确定主梁下加固方案

经分析，已知地下室顶板结构悬挑主梁加固支撑钢立柱需承受竖向轴压力为1 073.6 kN，现初步考虑采用型钢立柱进行加固。根据项目部现有型钢，采取φ219 mm×12 mm无缝钢管作为支撑钢立柱进行加固，复核验算如下：

1）经查阅型钢表[5]得知：φ219 mm×12 mm无缝钢管截面积A=78.04 cm2；回旋半径i=7.33 cm，截面惯性矩I=4 193.8 cm4；截面抗弯矩W=383 cm3，单位长度质量g=61.26 kg/m。

2）支撑钢立柱强度验算：柱构件强度计算最大应力为137.6 MPa＜许用应力[σ]=215.0 MPa，即钢立柱强度满足要求[6]。

3）支撑钢立柱稳定性强度验算：支撑钢立柱构件平面内（外）稳定计算最大应力为143.2 MPa＜[σ]=215.0 MPa，即钢立柱稳定性强度满足要求[6]。

4）支撑钢立柱局部稳定验算：钢立柱外径与壁厚之比D/T=18.25＜容许外径与壁厚之比[D/T]=100.0，局部稳定性满足要求[6]。

4.3 支撑钢立柱回顶处的梁底局压验算

采取在钢立柱顶上焊接1块尺寸为250 mm×250 mm、厚20 mm钢板，将钢立柱对悬挑梁中心位置进行回顶支撑，为防止梁局部混凝土被压碎破坏，现需对回顶受压处钢筋混凝土梁进行局压复核验算。计算局压面积Al=250 mm×250 mm=62 500 mm2，局部受压计算底面积Ab=400 mm×400 mm=160 000 mm2，求出局部受压强度提高系数βl=1.6，梁板混凝土强度等级为C30，按素混凝土局部受压进行验算，其局部受压面积上的轴向力设计值Fl=1 215.5 kN＞1 073.6 kN，满足局压要求[7]。

4.4 地下室后浇带上铺设行车钢板的安全复核

为保证地下室后浇带处施工车辆通行，项目部采取在后浇带上铺设长9 m、厚20 mm的行车钢板。后浇带净宽为800 mm，考虑两侧支座情况，按计算跨度1 200 mm进行验算，钢板承受的均布面荷载为33.8 kN/m2，满足要求[6]。

5 支撑钢立柱加固施工技术

5.1 支撑钢立柱加工制作

钢立柱采用1根φ219 mm×12 mm无缝钢管制作而成，钢管顶部焊接1块厚20 mm、尺寸为250 mm×250 mm的钢板，钢管底部焊接1块250 mm×250 mm×20 mm钢板底座；钢立柱长度按实际尺寸扣减50 mm确定，在钢立柱钢管下端约350 mm位置2个侧面焊接钢牛腿，供施工时施加预应力使用[2]。

5.2 钢管立柱回顶施工

我们利用现场保留的支模架作为施工脚手架进行支撑钢立柱安装，先将钢立柱搬至回顶主梁安装的正确位置，为了确保钢立柱与主梁紧密连接，在支撑钢立柱顶板上铺贴厚10～15 mm加固型高强无收缩灌浆料，并对钢立柱进行垂直度校准，然后进行初步固定。上述工作完成后，再利用2台千斤顶对钢立柱两侧对称焊好的钢牛腿施加预应力，当千斤顶施加预应力接近钢立柱理论竖向轴力值时，在钢立柱钢管底座与地面接触之间空隙采用钢楔对称楔紧，其余空隙之间采用高强无收缩灌浆料注浆密实。

6 结语

在地下室顶板上布置施工道路及材料堆场已在不少工程上应用，存在一定的安全隐患，特别是在后浇带部位。后浇带将原本一个整体梁板结构隔断为2个结构，必须对隔断开的梁板按实际配置的钢筋对悬挑结构进行安全计算复核。对地下室顶板后浇带处悬挑结构不仅应复核其强度要求，同时，还应对悬挑结构的变形进行验算，防止因在地下室顶板面设置施工道路后，造成地下室结构渗漏水，影响结构使用功能。