不同施工电梯基础地下室底板加固技术对比分析

谷新强　徐栋

摘 要：在高层建筑装饰装修及砌体结构施工中越来越多的施工单位为了避免地下室顶板开洞过多，会将施工电梯基础放置在地库顶板上，但考虑顶板的承载力不满足要求，故需要对电梯基础下面的顶板进行加固处理，通过对钢管架、工字钢柱、格构柱回顶方法进行受力验算和材料用量对比分析，其结果得出格构柱受力较好且耗材较少。

关键词：施工电梯基础;加固回顶受力验算;钢管架;格构柱;工字钢柱

中图法分类号：TU311.1     文献标志码：A     文章编号：1003-5168（2022）3-0099-05

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2022.03.024

Comparative Analysis on Reinforcement Technology of Basement Floor of Different Construction Elevator Foundations

GU Xinqiang XU Dong

（1.Fujian Liujian Group Co.，Ltd.，Zhengzhou 350000，China;2.Zaozhuang Vocational College of Science and Technology，Zaozhuang 277000，China）

Abstract： In the decoration and Masonry structure construction of high-rise buildings， more and more construction units will place the construction elevator foundation on the basement roof in order to avoid too many openings in the basement roof. However， considering that the bearing capacity of the roof does not meet the requirements， it is necessary to strengthen the roof under the elevator foundation through steel pipe frame， I-steel column The results showed that the stress of lattice column was better and the consumables were less.

keywords：construction elevator foundation;stress checking calculation of reinforced roof;steel pipe rack;lattice column; I-steel column

0 引言

在高层建筑施工中，由于地下室层数较多， 为最大程度上避免在楼层地下室顶板预留较多、较大的洞口，对后期封堵洞口、防水施工造成不便，往往施工电梯临时基础会设置在地下室顶板之上。由于高层建筑施工电梯安装高度较高层以下建筑施工电梯安装高度要高，在施工电梯静止和运行中会产生很大的荷载（根据电梯的运行加速度分为静载和动载），会对建筑地下室顶板承载力造成较大的影响，故需要对地下室顶板进行加固，目前建筑市场上的加固方式有两种：结构自身加固和回顶加固。其中由于前期地下室结构图纸已由设计院完成，增加结构配筋和混凝土强度不可行，只能通过对地下室顶板采取回顶加固措施来提高楼板承载力。基于回顶加固方法后期可回收的特点，这种加固体系既能节省施工成本，又能保证施工安全性。笔者主要通过对钢管回顶支撑[4]和型钢回顶支撑的受力性能及材料用量对比分析来说明不同回顶方式的差异。

1 工程背景

江苏徐州沛县公园道项目位于徐州市沛县城区北部，樊哙路南侧，汉源大道西侧，总规划用地面积约4.6万m2，本项目由10栋楼及地下室车库组成，其中多层住宅楼为地上33层（地下1层），建筑面积约为18.5万 m2，地下室层高为3.9 m，其中多栋主楼施工电梯基础放置于地下室顶板，其余楼栋施工电梯基础放置于筏板基础上。

2 三种加固方式的力学验算

本次力学验算分析仅考虑施工电梯基础放置在地库顶板的情况，根据受力分析最不利原则，选取15号楼（地上33层、地下1层）SCD200/200J施工电梯基础作为研究对象，其位置位于16-17轴/M-N轴区格内，施工电梯基础安装平面位置如图1所示。

2.1 地下室顶板及筏板参数

楼板参数如下：其中筏板基础采用的混凝土为C35，筏板基础钢筋配置为双层双向HRB400，直径14@180; 该区域楼板长边为6.3 m，短边为5.6 m，其轴心抗压强度f为16.7 N/mm;板中底部短向配筋：HRB400，直径12@130;楼板下部长向配筋：HRB400，直径12@130;楼板厚0.25 m;其轴心抗拉强度f为1.57N/mm;板边上部短向配筋配置：HRB400，直径14@200;板边支座负筋配置：HRB400，直径14@200。

2.2 施工电梯基本参数

施工升降机基本参数如下：该工程采用的长沙京龍施工电梯型号为SCD200/200J;架设总高度为99 m;底笼长为4.5 m，宽为3 m;标准节质量为167 kg;单个吊笼质量为1 460 kg，外笼质量为1 480 kg;吊笼形式为双吊笼;标准节长度为1.508 m;对重重量为1 300 kg;吊笼载重为2 000 kg;其他构配件质量为200 kg，其中施工升降机标准节截面尺寸为650 mm×650 mm。

2.3 基础承载计算

导轨架重（建筑高度99 m，经计算共需标准节66节，单个标准节重167 kg）：167 kg×66=11 022 kg，施工升降机自重标准值：p=（2 000×2+1 480+2 000×2+200+11 022）+2000×2×10/1 000=247.02 kN;

施工升降机自重设计值：P=nxp=2.1×247.02=518.742 kN，其中n为施工电梯综合安全系数。

2.4 钢管回顶加固验算

①其中设计如表1所示。

②楼板均布荷载：q=P/b ×c =518.742/（4.5×3）=38.425 kN/m ，其中[b]为施工电梯底笼长，c为施工电梯底笼宽。

假设梁板下Ф48×3 mm，钢管@0.6 m×0.6 m 支承上部施工升降机荷重，混凝土结构自重由结构自身承担，则：

N=（q+γ0×1.5×N）×l×l=（38.425+1×1.5×1）×0.6×0.6=14.373 kN

其中N为施工活荷载，这里取值为1 kN/m。

③可调托座承载力验算[N]=100≥N=14.373 kN，满足要求。

④立杆稳定性验算，顶部立杆段：λ=l/i=kμ1h+2a/i=1×1.629×（0.5+2×0.5）/0.015 9=153.679≤λ=210，满足要求。

非顶部立杆段：λ=l/i=kμ2h/i=1×2.896×0.9/0.0159=163.925≤[λ]=210，满足要求。

顶部立杆段：λ=l/i=kμh+2a/i=1.155×1.629×（0.5+2×0.5）/0.0159=177.5。

非顶部立杆段：λ=l/i=kμh/i=1.155×2.896×0.9/0.0159=189.333。

取λ=189.333，《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术标准》（T/CECS 699—2020）[2]附表A.0.5，取φ=0.201回顶支架高宽比h/B=3.9/5=0.78≤2。

由于高宽比不大于2，不需要对架体承载力进行折减。

[ f]= N/φA=14 373/（0.201×424）=168.65 N/mm≤f=205 N/mm满足要求。

从上述结果得出梁板下的钢管结构满足要求。

其中钢管架平面布置图及剖面图如图2、图3所示。

2.5 型钢回顶加固验算

型钢回顶加固验算涉及实腹式受压构件[3]和格构式受压构件两种回顶验算。

2.5.1 实腹式受压构件回顶加固验算。

①实腹式构件回顶加固设计参数。经计算该工程选择36b号工字钢实腹式构件，其设计参数见表2。

②梁板下单支型钢支撑验算。设施工升降机自重和施工活荷载由梁板下36b号工字钢承载，混凝土楼板自重按设计由其自身承担，则：型钢受力：N=P+1.4×q×a×b=518.742+1.4×1×3×4.5=537.642 kN

取l=1.0×h=1.0×3 900=3 900 mm ， λ=l0/i=3 900/26.4=147.727≤[λ]=200，满足要求。

查《钢结构设计标准》（GB 50017—2017）[1]附录D得：φ=0.318

[f=N/（φ×A）=537 642/0.318×8 364=202.14 N/mm≤f=205 N/mm其中[φ]为稳定性系数，A为工字钢截面面积。

以上结果得出混凝土楼板下的单支型钢支撑架满足要求，其中工字钢回顶示意图及钢柱平面图如图4、图5所示。

2.5.2 格构式受压构件回顶加固验算。

①格构式构件回顶加固设计参数。本次格构式构件类型为缀条式格构式构件，等边角钢作为四肢，其设计参数见表3。

②梁板下格构柱结构验算。设梁板下格构柱支承上部施工升降机荷重，混凝土结构自重由结构自身承担，则：格构柱受力：N=P+1.4×q×a×b=518.742+1.4×1×3×4.5=537.642 kN;取计算长度l=1.0×h=1.0×3 900=3 900 mm。

③格构式钢柱换算长细比验算。整个格构柱截面对X、Y轴惯性矩：

Ix=4[I+Aa/2-Z0]=17 457.497cm。

整个构件长细比：λx=λy=L/[Ix/4A=19.256。

分肢长细比：λ=l1/iy0=35/1.8=19.444]。

构件横截面中垂直于主轴X的各斜綴条的毛截面积之和：A=2Az=226 mm。

格构式钢柱绕两主轴的换算长细比：

λ=（λx+40A/A）=33.527。

各格构柱轴心受压稳定系数：λ=33.527≤[λ]=150。查规范表[1]得：φ=0.923满足要求。σ=N/（φA）=136.864 N/mm≤[f]=215 N/mm

满足要求。

④格构式钢柱分肢的长细比验算。

λ=19.444≤0.7λ=23.469满足要求。

从上述结果得出梁板下的格构柱满足要求。

其中格构柱回顶示意图及钢柱平面图如图6、图7所示。

2.6 力学验算结算结果分析

①在同等工况下，通过对钢管架、型钢（工字钢、格构式构件）回顶加固方法的受力验算可知：在保证地下室顶板结构安全、施工电梯安全情况下，格构柱回顶加固措施安全冗余度最高，其数值约为36%，其中工字钢回顶加固措施冗余度约为1.4%、钢管架体回顶加固措施冗余度约为22%。

②型钢整体抗压强度要高于建筑市场上应用普遍的Q235钢管，对于回顶加固面积为35.28 m2的地下室顶板材料用量：长度为3.9 m的36 a号工字钢质量为239 kg ;格构柱用钢量为151.6 kg;钢管扣件式架体用钢量为3 805 kg。

2.7 支撑操作要点

2.7.1 钢管架支撑操作流程及注意事项。

①搭设方案。电梯基础定位→底座→摆设扫地杆→搭设立杆并与扫地杆扣紧→第一步纵向水平杆与各立杆扣牢并安第一步横向水平杆→第二步纵向水平杆及第二步横向水平杆加设临时支撑→以上各步纵、横向水平杆→接立杆→剪刀撑→设顶托及设托梁→组织验收→施工电梯安装→试运行。

②注意事项。第一，立杆搭设：相邻立杆扣件上下位置错开应在500 mm以上，立杆垂直偏差不得大于1/200。第二，水平杆搭设：纵向水平杆的接头位置应分别搭设在不同的立杆纵距中，与相邻最近立杆的间距小于等于纵距的1/3，同层纵向水平杆的平整度偏差不得大于50 mm。第三，剪刀撑搭设：在回顶支撑架外侧四周由底至顶设置连续剪刀撑，内部每隔三跨加设一道剪刀撑，剪刀撑倾角控制在45～60°，剪刀撑搭接长度应大于1 000 mm，且不少于三个扣件连接。

2.7.2 型钢（工字钢、格构柱）回顶支撑操作流程及注意事项。

①型钢搭设方案。电梯基础定位→型钢柱防锈处理→搭设钢管操作架→型钢柱运输→清理基层→型钢支撑安装→校正垂直度→组織验收→施工电梯安装→试运行。

②注意事项。型钢进场必须进行外观检查，对于锈蚀严重，弯曲变形严重予以拒收，型钢回顶支撑的安装垂直度偏差要控制在H/1 000（此处H为型钢支撑安装高度），其中要严格控制型钢垫板与型钢柱的焊接质量。

3 结论

①在相同工况下，相对于钢管架、工字钢回顶加固方法其中格构柱的力学验算安全储备最高，回顶加固用钢量最小，极大地节省了建筑材料，同时也加快了顶板回顶加固进度，为后续工序施工赢得了宝贵工期。

②由于格构式柱是由小截面构件构成，在相同竖向力作用下，其自重比实腹式工字钢柱轻。

③由于格构柱毛截面比工字钢柱大，因此截面绕两个主轴的回转半径也较大[5]，进而稳定性更偏于安全。

④型钢（工字钢、格构柱）回顶支撑相较钢管架回顶支撑在搭设与安装方面具有施工方便的优点;构件连接方面，焊接连接强度要优于扣件连接及型钢支撑占用空间少等优点。

参考文献：

[1]中华人民共和国住房和城乡建设部.钢结构设计标准：GB 50017—2017[S].北京：中国建筑工业出版社，2017.

[2]中国工程建设标准化协会.建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术标准：T/CECS 699—2020[S].北京：中国建筑工业出版社，2020.

[3]梁先军，王进龙，杨芳.轻型单支型钢柱回顶加固施工电梯基础施工技术[J].广州建筑，2014（5）：18-21.

[4]黄景忠.多层地下室条件下施工电梯基础加固方法[J].福建建筑，2012（1）：78-80.

[5]何延宏.钢结构基本原理[M].上海：同济大学出版社，2010.