大型履带吊上地下室顶板施工关键技术

王忠涛

中冶（上海）钢结构科技有限公司 上海 201908

在有地下室结构的大型会议会展类项目中，钢结构工程经常会选用跨外吊装、吊装机械上地下室顶板吊装的施工方法，常见的工程案例中吊装机械上地下室顶板施工多为汽车吊，采用履带吊上地下室顶板施工较为罕见。

与汽车吊相比，履带吊具有作业灵活、起重性能好等优点，但履带吊的自重大，无法直接在顶板上行驶和吊装作业，需要采取相应的加固措施，防止对地下室顶板结构产生损坏[1-2]。

扬子江国际会议中心建设项目会议宴会厅钢结构工程地下室为整层地下室，受现场施工条件限制，同时考虑施工成本，屋面管桁架需要采用大吨位履带吊上地下室顶板施工。

为了满足履带吊的施工作业需求，结合现场条件，搭设履带吊作业通道施工，确保了钢结构屋面管桁架的顺利安装。

1 工程简介

扬子江国际会议中心建设项目会议宴会厅钢结构工程地上部分为钢框架＋大跨度管桁架屋盖结构，大跨度管桁架屋盖最大跨度45 m，最大分段质量96 t（含铸钢件），地下为整体1层地下室。根据场地条件及工期部署，屋面管桁架选择400 t履带吊上地下室顶板进行跨内吊装、650 t履带吊在外部施工环路上跨外吊装相结合的方案，其余框架部分采用汽车吊上地下室顶板进行钢结构安装，如图1所示。

图1 屋面管桁架施工示意

2 履带吊通道形式方案选择

2.1 常见履带吊行走通道加固方式

采用400 t履带吊上地下室顶板施工的案例较少，且目前履带吊上地下室顶板施工的案例中履带吊选型相对较小，根据相关施工经验及案例[1-2]，实现地下室顶板上大型履带吊的施工加固方法主要有以下4种：

1）采用钢管脚手架加固法。钢管脚手架加固法是将混凝土楼板施工用的模板脚手架，按照施工计算要求进行加密、加强，并与达到设计强度的混凝土结构共同受力，满足大型履带吊在地下室顶板上行驶、吊装施工要求的加固方法。施工时为了避免损坏楼面，在地下室顶板上铺设细砂，细砂上铺设路基箱，作为履带吊的行车路线（图2）。

图2 类似钢管脚手架加固法

此种方法利用土建施工所搭设的脚手架作为加固措施，可节约重复施工成本，但脚手架搭设时误差较大，上部也不易与楼板完全顶紧，导致脚手架受力不均，与施工计算模型有偏差，存在安全隐患。同时，脚手架加固区域范围大，无法开展其他专业施工，对工期有所影响。楼面上细砂施工完成后需进行二次清理，工作量大。

2）采用型钢加固法。型钢加固法是在原有混凝土结构的基础上附加钢支撑（型钢支撑、格构式支撑架等）减小混凝土梁板跨度的加固方法（图3）。施工时顶板上设置垫梁，垫梁两端搭设在混凝土梁上，垫梁上铺设路基箱。

图3 类似型钢加固法

此种方法一部分加固施工位于地下室，地下室加固量大，加固常规采用传统办法后装，施工较难，施工完成后还需拆除，施工烦琐，同时地下室钢支撑对其他专业施工也有一定影响。

3）原混凝土结构加固法。原混凝土结构加固法是在原结构设计时考虑大型履带吊上地下室顶板施工荷载，加大配筋、提高混凝土标号，使混凝土结构承载力满足大型履带吊上地下室顶板施工的方法。此种方法仅适用于不改变原混凝土结构截面尺寸、上部施工荷载较小、履带吊型号选型小的情况。

4）增加转换结构法。混凝土梁柱承载力相对较大，通过增设转换结构将荷载传递至混凝土柱顶或承载力较大的主梁上，转换结构一般采用箱形梁或H形钢梁，为满足履带吊行驶要求，转换结构上还需铺设路基箱。

2.2 履带吊加固方式选择

本项目地下室混凝土柱截面尺寸为6 0 0 m m×600 mm，混凝土顶板厚度250 mm，降板区300 mm，混凝土柱距纵向7 m，横向9 m，地下室顶板标高为－0.15 m，局部降板区为－1.00 m，大跨度管桁架屋盖最大分段吊重96 t（含铸钢件），地下室顶板上拟选用400 t履带吊为主吊机进行管桁架屋盖吊装。

本项目工期紧，任务重，地下室其他专业与上部钢结构同步施工，同时为减小措施投入量及施工难度，地下室顶板上履带吊施工作业采取在顶板上设置转换结构的方式进行加固。

转换结构主梁跨度同下部混凝土横向柱距，均为9 m，间距同下部混凝土柱纵向柱距，均为7 m，次梁采用热轧H型钢，作为主梁间的连接结构。

转换结构上铺路基箱，路基箱宽度2 m，大于履带吊履带宽度，可满足行驶要求。因下部混凝土结构较为规整，所以可将转换结构做成整体单元，边施工边倒运，进一步减少措施投入量。

3 履带吊参数及施工分析计算

3.1 履带吊参数

履带吊型号为SCC4000C，采用塔式工况36 m主臂＋36 m副臂，履带长度10.6 m，履带宽度1.2 m，履带间距7.6 m，主机质量123 t，中央配重40.8 t，后配重155 t，主臂组合总重37.7 t，副臂组合总重22.7 t。

3.2 荷载工况分析

转换结构主梁采用双拼H型钢，主梁之间采用热轧H型钢焊接，上部铺设路基箱作为履带吊行驶通道。

400 t履带吊施工过程中的最不利工况为：最大吊重75 t，作业半径20 m；路基箱自重荷载2.5 kN/m2。自重计算考虑1.2的分项系数，履带吊施工实际接地比压计算考虑1.2的分项系数。荷载组合主要有：1.3恒载＋1.5活载。

在施工过程中，履带吊的最不利工况为：吊重情况下，计算履带吊吊装工况弯矩时考虑偏心距，同时为保证机身稳定，应按照履带中点的力矩大于倾覆力矩，验算稳定性。

履带吊在行走及吊装作业时，通过路基箱将荷载传递到转换结构，转换结构将荷载进一步传递至混凝土柱，传力路径清晰明确，计算出履带吊的最大荷载为625 kN/m。转换结构参照GB 50017—2017《钢结构设计标准》的要求进行验算。

3.3 验算结果

1）钢结构转换结构刚度及强度验算结果：根据吊装最不利工况，对转换结构刚度和强度进行验算，验算时转换结构按照简支考虑，转换结构主梁最大竖向位移12.77 mm＜9 000/400＝22.50 mm，最大应力比0.83，满足设计及规范的要求。

2）混凝土结构抗弯、抗剪验算：对最不利工况下混凝土结构抗弯、抗剪进行验算，混凝土梁最大负弯矩444.8 kN·m，小于混凝土梁最大承载力1 371.0 kN·m；最大剪力340.56 kN，小于混凝土梁最大抗剪承载力505.00 kN，满足设计及规范要求。对混凝土柱验算时，对每根混凝土柱进行内力提取，选取最不利条件进行验算，最大轴力标准值为3 273 kN，混凝土柱最大轴力承载力10 804 kN，满足设计及规范要求。

3）履带吊稳定性验算：为保证履带吊机身稳定性，应使履带中点的稳定力矩大于倾覆力矩，参照规范进行验算，按以下2种状态验算：当考虑吊装荷载以及所有附加荷载时，稳定性安全系数K≥1.15；只考虑吊装荷载，不考虑附加荷载时，稳定性系数K≥1.40。

4 方案实施

4.1 履带吊行走通道布置

转换结构主梁截面采用双拼H 型钢1 0 0 0 m m×410 mm×30 mm×56 mm，主梁之间设置次梁，次梁截面HN500 mm×200 mm×10 mm×16 mm，路基箱尺寸2 m×6 m×0.2 m。

主梁两端搭在柱顶，保证荷载可以通过转换结构传至混凝土柱，为避免钢梁与混凝土梁板接触，主梁端部设置垫板，垫板高度大于钢梁计算的受弯下挠值。相邻2跨主梁之间不得连接，保证单跨主梁为简支，主梁与混凝土柱顶仅临时固定，荷载传递保证混凝土柱仅受压力，不受弯矩影响（图4）。

图4 履带吊行走通道方案

因楼面存在0.85 m高差，因此需要在履带吊行走通道上搭设坡道，坡道搭设时满足履带吊的爬坡要求，参考履带吊使用说明书，坡度不得超过30%，即16.7°。履带吊上下坡时为保证稳定性，后配重转至坡顶一侧，履带吊纵向行驶，坡道同样采用双拼H型钢1 000 mm×410 mm×30 mm×56 mm制作。

地下室部分柱为SRC柱，上部为钢管混凝土柱，分段时钢柱露出顶板面1.2 m，转换结构主梁遇到钢柱时断开，并焊接在钢柱侧面。为满足柱仅承受竖向荷载的要求，主梁与钢柱采用铰接，主梁腹板全熔透焊接，翼缘板不做焊接（图5）。

图5 转换结构主梁与钢骨柱连接节点

4.2 施工安全措施

1）混凝土柱养护满28 d，并且采用回弹法进行检测，确保达到设计强度。

2）定期下地下室对混凝土结构进行观察，尤其注意裂纹情况。

3）履带吊行驶过程中派专人指挥，沿履带吊边沿贴反光条，起警示指向作用。

5 结语

扬子江国际会议中心建设项目钢结构工程在实施过程中，通过在地下室顶板上加设转换结构、搭设履带吊施工通道的方法，无需在地下室对混凝土结构进行加固，顺利完成了钢结构安装，结果安全可靠，为以后类似履带吊上地下室顶板作业提供借鉴。

[1] 沈西华,章志刚,魏达,等.复杂场地条件下大吨位履带吊通道多形式加固技术[J].施工技术,2017,46(10):25-27.

[2] 陆良.地下室顶板上大跨度异形钢连桥吊装技术[J].建筑钢构,2008,2(3):41-43.