施工升降机基础方钢柱回顶施工技术

鲁烨，韦应彬

（中国建筑第二工程局有限公司华南分公司，广东深圳 518045）

1 工程概况

上境花园项目位于中山市西区金港路与广丰工业大道交汇处，项目包括50 栋联排别墅、12 栋高层住宅、4 栋单层商铺、1 座小学、1 座幼儿园和其他附属设施，占地面积1.6×105m2，总建筑面积3.03×105m2。高层住宅采用剪力墙结构，其余建筑均为框架结构。其中高层住宅单体情况：8 栋33 层，建筑高度98.00 m；1 栋32 层，建筑高度95.10 m；2 栋31 层，建筑高度92.20 m。

2 施工升降机应用基本情况

为满足垂直运输需要，每栋高层住宅均安装1 台施工升降机，升降机型号均为SC200/200，计划安装高度为99～105 m，施工升降机基础设置在地下室顶板上，基础尺寸为6 200 mm长×3 800 mm 宽×300 mm 厚，配双层双向φ12 mm@200 mm钢筋，混凝土标号C35。施工升降机安装于地下室顶板上，经设计院核算，地下顶板承载力无法满足施工升降机在工作时要求，因此，需对地下室顶板采取回顶措施。

钢管脚手架支撑体系是常用的地下室顶板回顶措施，钢管截面尺寸较小，本项目地下室顶板所需回顶的面积比较大，共计33.75 m2。同时由于本项目施工升降机拆除时间较晚，地下室大面积的钢管支撑回顶架将会影响该区域机电管线的安装及装饰装修工程。项目部经过仔细探讨，决定采用方钢柱支撑体系作为地下室顶板回顶措施。

3 方钢柱回顶体系介绍

地下室顶板用4 根截面尺寸为200 mm×200 mm×5 mm的方钢进行回顶，施工升降机导轨架尺寸650 mm×650 mm，在导轨架的4 个角点处，分别放置1 根截面尺寸为200 mm×200 mm×5 mm 的方钢，并用支撑钢管架临时将方钢向上顶紧地下室顶板，图1 即为方钢回顶体系平面定位图；在方钢底部地下室底板上，用C35 素混凝土浇筑尺寸为1 250 mm×1 250 mm×100 mm 的基础，待基础强度达到设计强度的75%后，拆除支撑钢管架，图2 即为方钢回顶体系立面图。

图1 方钢回顶平面定位图

图2 方钢回顶立面图

回顶方钢长度根据所在区域层高确定，两端分别焊截面尺寸为400 mm×400 mm×10 mm 的钢板，在方钢底部与钢板焊接处，每边加焊2 块加劲板；方钢底部钢板下方再点焊4 根“L”形φ20 mm 钢筋，用于方钢的临时固定，图3 即为方钢底部做法大样图。当钢柱位置受到轨道架影响而无法直接回顶到轨道架底部时，则钢柱距轨道架立杆距离不得大于300 mm。

图3 方钢底部大样图

4 方钢回顶体系受力计算

需要方钢回顶的施工升降机型号为SC200/200，吊笼质量（含传动机构）2×2 000 kg。

4.1 施工升降机基础荷载计算

基础承载力P 计算：

式（1）～ 式（4）中，M 为双笼施工升降机总质量，kg；P 为方钢受到的总荷载，kN；P1为施工升降机下传的荷载，kN；P2为施工升降机附加基础下传的荷载，kN；g 为重力加速度，9.8 m/s2；G施工电梯为双笼施工升降机产生的重力，kN；G附加基础为施工升降机附加基础产生的重力，kN。

参数如下：

吊笼质量（含传动机构）=2×2 000kg，外笼重质量=2×1 000 kg，额定载质量=2×2 000 kg，底架护栏质量=1 300 kg，导轨架总质量=70×150 kg（最大安装高度按105 m，共需70 个标准节，11 个附墙架），电源电缆、电缆导向装置、紧固件等附件质量为2 000 kg，附墙架质量=11×146 kg。

双笼施工升降机总质量：M=2×2 000+2×1 000+2×2 000+1 300+70×150+2 000+11×146=23 406 kg。

由于钢筋自重远远小于混凝土自重，故计算时G 附加基础仅考虑混凝土自重，基础300 mm 板自重完全传递到方钢回顶处，即P2=G附加基础=Gk×V=24×0.3×6.2×3.8=169.63 kN。其中，Gk为混凝土自重标准，kN/m3，24 kN/m3；V 为混凝土基础体积，m3。

双笼升降机下传荷载P1=M×0.02 kN=468.12 kN；

方钢受到的总荷载：P=P1+P2=468.12+169.63=637.75 kN；

对于轴心受压构件，每根方钢受到的荷载：N=P/4=637.75/4=159.44 kN。

4.2 方钢稳定性验算

根据GB 50017—2017《钢结构设计标准》钢柱稳定性计算公式：

式中，N 为立杆的轴心压力设计值，N=159.44 kN；φ 为轴心受压立杆的稳定系数，可由长细比l0/i 查表得到；i 为计算方钢的截面回转半径，cm：ix=iy=8.07；A为方钢净截面面积，cm2：A=19.75；σ 为方钢立杆轴心受压应力计算值，N/mm2；[f]为方钢抗压强度设计值，[f]=205 N/mm2；l0为计算长度，m，l0=3.3 m。

由长细比l0/i 的结果查表得到，轴心受压立杆的稳定系数φ=0.895；

钢管立杆受压应力计算值σ=159.44×1 000/(0.895×1975)=90.20 N/mm2；

钢管立杆稳定性计算σ=90.20 N/mm2＜[f]=205 N/mm2（方钢抗压强度的设计值），满足要求。

4.3 弯矩计算

由于施工升降机定位难以避免与顶板梁冲突，或者由于受轨道架影响方钢无法直接回顶到轨道架底部，因此回顶时可能会将钢柱偏移，形成偏心受压构件。

根据GB 50017—2017《钢结构设计标准》中：

因此，

式中，γ 为截面塑性发展系数，取1.05；Wn为净截面模量，查表得：241 cm3；f 为钢材的抗弯强度设计值，取f=205 N/mm2；M为方钢承受的弯矩。

计算时，考虑最不利情况，当方钢回顶处无梁影响时，弯矩完全由方钢承担，此时，方钢承受的弯矩最大为：M=1.05×241×1 000×205=51.874 kN·m。

由于上部荷载产生的弯矩完全由方钢承担，因此，此时的偏心距为：e=M/N=51.874/159.44=0.33 m。

综上，当方钢回顶处无梁时，方钢距轨道架的水平距离不得大于330 mm，施工时要求不得大于300 mm。

5 效益分析

本工程采用方钢柱对施工升降机基础下部进行了回顶，有了以下4 方面的显著效果。

1）安全文明效益

采用方钢柱对地下室顶板回顶，场地开阔，方面清理，整个场地干净整洁，做到工完场清的效果。

2）质量效益

相对于传统钢管支撑脚手架回顶施工，方钢柱施工更加简便，操作难度更低，更能保证施工质量。

3）经济效益

每套回顶装置包括4 根方钢及混凝土基础，钢材消耗量约0.5 t，钢柱加工制作费0.4 万元，包括混凝土基础在内的安装费0.2 万元。可重复拆装使用，在正常保养防锈处理情况下周转次数按3 次计算，项目实际成本为0.3 万元。另外，不能使用的钢材也可做废材处理，进一步减少成本。

若采用传统钢管脚手架回顶，按回顶面积7.5 m×4.5 m，高度3.3 m，立杆间距0.75 m×0.75 m，步距1 m，钢管规格φ48 mm×3 mm，每次回顶时间9 个月计算，需要扣件式钢管1.83 t，租赁费用为0.21 万元，搭拆共需6 个工日，人工费为0.2 万元，在不考虑机械成本的情况下，合计成本0.4 万元。

上述分析未计算传统方式影响机电管线安装造成的损失，因此，对比传统回顶方式，每套钢柱回顶装置可节约成本约0.1 万元。本工程采用12 套方钢回顶装置，仅从材料及人工方面共节约成本1.2 万元。

4）环境效益

施工现场干净、方钢柱可以循环使用。方钢柱的应用可使机电安装工程、地下室装饰装修工程提前穿插施工，节约工期，产生较大的隐形经济效益。同时方钢柱的应用提升了地下室文明施工程度，提高了企业形象。

6 结语

本工程成功应用了施工升降机基础方钢回顶施工技术，取得了良好的施工效果。在设计加工过程中，应用BIM 技术对图纸进行实体化，进行可视化交底，指导现场施工。在今后推广应用该技术时，计划将方钢柱替换成格构柱，以减轻单个构件质量，方便拆卸。本文论述的方钢回顶施工技术为需要对施工升降机底部地下室顶板回顶的工程提供了参考，并通过实践证明了该技术的可行性，拓展了新的工艺空间，迈出了新的一步。