谷新強　徐棟

摘 要：在高層建筑裝飾裝修及砌體結構施工中越來越多的施工單位為了避免地下室頂板開洞過多，會將施工電梯基礎放置在地庫頂板上，但考慮頂板的承載力不滿足要求，故需要對電梯基礎下面的頂板進行加固處理，通過對鋼管架、工字鋼柱、格構柱回頂方法進行受力驗算和材料用量對比分析，其結果得出格構柱受力較好且耗材較少。

關鍵詞：施工電梯基礎;加固回頂受力驗算;鋼管架;格構柱;工字鋼柱

中圖法分類號：TU311.1 ? ? 文獻標志碼：A ? ? 文章編號：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

在高層建筑施工中，由于地下室層數(shù)較多， 為最大程度上避免在樓層地下室頂板預留較多、較大的洞口，對后期封堵洞口、防水施工造成不便，往往施工電梯臨時基礎會設置在地下室頂板之上。由于高層建筑施工電梯安裝高度較高層以下建筑施工電梯安裝高度要高，在施工電梯靜止和運行中會產(chǎn)生很大的荷載（根據(jù)電梯的運行加速度分為靜載和動載），會對建筑地下室頂板承載力造成較大的影響，故需要對地下室頂板進行加固，目前建筑市場上的加固方式有兩種：結構自身加固和回頂加固。其中由于前期地下室結構圖紙已由設計院完成，增加結構配筋和混凝土強度不可行，只能通過對地下室頂板采取回頂加固措施來提高樓板承載力。基于回頂加固方法后期可回收的特點，這種加固體系既能節(jié)省施工成本，又能保證施工安全性。筆者主要通過對鋼管回頂支撐[4]和型鋼回頂支撐的受力性能及材料用量對比分析來說明不同回頂方式的差異。

1 工程背景

江蘇徐州沛縣公園道項目位于徐州市沛縣城區(qū)北部，樊噲路南側，漢源大道西側，總規(guī)劃用地面積約4.6萬m2，本項目由10棟樓及地下室車庫組成，其中多層住宅樓為地上33層（地下1層），建筑面積約為18.5萬 m2，地下室層高為3.9 m，其中多棟主樓施工電梯基礎放置于地下室頂板，其余樓棟施工電梯基礎放置于筏板基礎上。

2 三種加固方式的力學驗算

本次力學驗算分析僅考慮施工電梯基礎放置在地庫頂板的情況，根據(jù)受力分析最不利原則，選取15號樓（地上33層、地下1層）SCD200/200J施工電梯基礎作為研究對象，其位置位于16-17軸/M-N軸區(qū)格內(nèi)，施工電梯基礎安裝平面位置如圖1所示。

2.1 地下室頂板及筏板參數(shù)

樓板參數(shù)如下：其中筏板基礎采用的混凝土為C35，筏板基礎鋼筋配置為雙層雙向HRB400，直徑14@180; 該區(qū)域樓板長邊為6.3 m，短邊為5.6 m，其軸心抗壓強度f為16.7 N/mm;板中底部短向配筋：HRB400，直徑12@130;樓板下部長向配筋：HRB400，直徑12@130;樓板厚0.25 m;其軸心抗拉強度f為1.57N/mm;板邊上部短向配筋配置：HRB400，直徑14@200;板邊支座負筋配置：HRB400，直徑14@200。

2.2 施工電梯基本參數(shù)

施工升降機基本參數(shù)如下：該工程采用的長沙京龍施工電梯型號為SCD200/200J;架設總高度為99 m;底籠長為4.5 m，寬為3 m;標準節(jié)質量為167 kg;單個吊籠質量為1 460 kg，外籠質量為1 480 kg;吊籠形式為雙吊籠;標準節(jié)長度為1.508 m;對重重量為1 300 kg;吊籠載重為2 000 kg;其他構配件質量為200 kg，其中施工升降機標準節(jié)截面尺寸為650 mm×650 mm。

2.3 基礎承載計算

導軌架重（建筑高度99 m，經(jīng)計算共需標準節(jié)66節(jié)，單個標準節(jié)重167 kg）：167 kg×66=11 022 kg，施工升降機自重標準值：p=（2 000×2+1 480+2 000×2+200+11 022）+2000×2×10/1 000=247.02 kN;

施工升降機自重設計值：P=nxp=2.1×247.02=518.742 kN，其中n為施工電梯綜合安全系數(shù)。

2.4 鋼管回頂加固驗算

①其中設計如表1所示。

②樓板均布荷載：q=P/b ×c =518.742/（4.5×3）=38.425 kN/m ，其中[b]為施工電梯底籠長，c為施工電梯底籠寬。

假設梁板下Ф48×3 mm，鋼管@0.6 m×0.6 m 支承上部施工升降機荷重，混凝土結構自重由結構自身承擔，則：

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

其中N為施工活荷載，這里取值為1 kN/m。

③可調(diào)托座承載力驗算[N]=100≥N=14.373 kN，滿足要求。

④立桿穩(wěn)定性驗算，頂部立桿段：λ=l/i=kμ1h+2a/i=1×1.629×（0.5+2×0.5）/0.015 9=153.679≤λ=210，滿足要求。

非頂部立桿段：λ=l/i=kμ2h/i=1×2.896×0.9/0.0159=163.925≤[λ]=210，滿足要求。

頂部立桿段：λ=l/i=kμh+2a/i=1.155×1.629×（0.5+2×0.5）/0.0159=177.5。

非頂部立桿段：λ=l/i=kμh/i=1.155×2.896×0.9/0.0159=189.333。

取λ=189.333，《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術標準》（T/CECS 699—2020）[2]附表A.0.5，取φ=0.201回頂支架高寬比h/B=3.9/5=0.78≤2。

由于高寬比不大于2，不需要對架體承載力進行折減。

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

從上述結果得出梁板下的鋼管結構滿足要求。

其中鋼管架平面布置圖及剖面圖如圖2、圖3所示。

2.5 型鋼回頂加固驗算

型鋼回頂加固驗算涉及實腹式受壓構件[3]和格構式受壓構件兩種回頂驗算。

2.5.1 實腹式受壓構件回頂加固驗算。

①實腹式構件回頂加固設計參數(shù)。經(jīng)計算該工程選擇36b號工字鋼實腹式構件，其設計參數(shù)見表2。

②梁板下單支型鋼支撐驗算。設施工升降機自重和施工活荷載由梁板下36b號工字鋼承載，混凝土樓板自重按設計由其自身承擔，則：型鋼受力：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，滿足要求。

查《鋼結構設計標準》（GB 50017—2017）[1]附錄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]為穩(wěn)定性系數(shù)，A為工字鋼截面面積。

以上結果得出混凝土樓板下的單支型鋼支撐架滿足要求，其中工字鋼回頂示意圖及鋼柱平面圖如圖4、圖5所示。

2.5.2 格構式受壓構件回頂加固驗算。

①格構式構件回頂加固設計參數(shù)。本次格構式構件類型為綴條式格構式構件，等邊角鋼作為四肢，其設計參數(shù)見表3。

②梁板下格構柱結構驗算。設梁板下格構柱支承上部施工升降機荷重，混凝土結構自重由結構自身承擔，則：格構柱受力：N=P+1.4×q×a×b=518.742+1.4×1×3×4.5=537.642 kN;取計算長度l=1.0×h=1.0×3 900=3 900 mm。

③格構式鋼柱換算長細比驗算。整個格構柱截面對X、Y軸慣性矩：

Ix=4[I+Aa/2-Z0]=17 457.497cm。

整個構件長細比：λx=λy=L/[Ix/4A=19.256。

分肢長細比：λ=l1/iy0=35/1.8=19.444]。

構件橫截面中垂直于主軸X的各斜綴條的毛截面積之和：A=2Az=226 mm。

格構式鋼柱繞兩主軸的換算長細比：

λ=（λx+40A/A）=33.527。

各格構柱軸心受壓穩(wěn)定系數(shù)：λ=33.527≤[λ]=150。查規(guī)范表[1]得：φ=0.923滿足要求。σ=N/（φA）=136.864 N/mm≤[f]=215 N/mm

滿足要求。

④格構式鋼柱分肢的長細比驗算。

λ=19.444≤0.7λ=23.469滿足要求。

從上述結果得出梁板下的格構柱滿足要求。

其中格構柱回頂示意圖及鋼柱平面圖如圖6、圖7所示。

2.6 力學驗算結算結果分析

①在同等工況下，通過對鋼管架、型鋼（工字鋼、格構式構件）回頂加固方法的受力驗算可知：在保證地下室頂板結構安全、施工電梯安全情況下，格構柱回頂加固措施安全冗余度最高，其數(shù)值約為36%，其中工字鋼回頂加固措施冗余度約為1.4%、鋼管架體回頂加固措施冗余度約為22%。

②型鋼整體抗壓強度要高于建筑市場上應用普遍的Q235鋼管，對于回頂加固面積為35.28 m2的地下室頂板材料用量：長度為3.9 m的36 a號工字鋼質量為239 kg ;格構柱用鋼量為151.6 kg;鋼管扣件式架體用鋼量為3 805 kg。

2.7 支撐操作要點

2.7.1 鋼管架支撐操作流程及注意事項。

①搭設方案。電梯基礎定位→底座→擺設掃地桿→搭設立桿并與掃地桿扣緊→第一步縱向水平桿與各立桿扣牢并安第一步橫向水平桿→第二步縱向水平桿及第二步橫向水平桿加設臨時支撐→以上各步縱、橫向水平桿→接立桿→剪刀撐→設頂托及設托梁→組織驗收→施工電梯安裝→試運行。

②注意事項。第一，立桿搭設：相鄰立桿扣件上下位置錯開應在500 mm以上，立桿垂直偏差不得大于1/200。第二，水平桿搭設：縱向水平桿的接頭位置應分別搭設在不同的立桿縱距中，與相鄰最近立桿的間距小于等于縱距的1/3，同層縱向水平桿的平整度偏差不得大于50 mm。第三，剪刀撐搭設：在回頂支撐架外側四周由底至頂設置連續(xù)剪刀撐，內(nèi)部每隔三跨加設一道剪刀撐，剪刀撐傾角控制在45～60°，剪刀撐搭接長度應大于1 000 mm，且不少于三個扣件連接。

2.7.2 型鋼（工字鋼、格構柱）回頂支撐操作流程及注意事項。

①型鋼搭設方案。電梯基礎定位→型鋼柱防銹處理→搭設鋼管操作架→型鋼柱運輸→清理基層→型鋼支撐安裝→校正垂直度→組織驗收→施工電梯安裝→試運行。

②注意事項。型鋼進場必須進行外觀檢查，對于銹蝕嚴重，彎曲變形嚴重予以拒收，型鋼回頂支撐的安裝垂直度偏差要控制在H/1 000（此處H為型鋼支撐安裝高度），其中要嚴格控制型鋼墊板與型鋼柱的焊接質量。

3 結論

①在相同工況下，相對于鋼管架、工字鋼回頂加固方法其中格構柱的力學驗算安全儲備最高，回頂加固用鋼量最小，極大地節(jié)省了建筑材料，同時也加快了頂板回頂加固進度，為后續(xù)工序施工贏得了寶貴工期。

②由于格構式柱是由小截面構件構成，在相同豎向力作用下，其自重比實腹式工字鋼柱輕。

③由于格構柱毛截面比工字鋼柱大，因此截面繞兩個主軸的回轉半徑也較大[5]，進而穩(wěn)定性更偏于安全。

④型鋼（工字鋼、格構柱）回頂支撐相較鋼管架回頂支撐在搭設與安裝方面具有施工方便的優(yōu)點;構件連接方面，焊接連接強度要優(yōu)于扣件連接及型鋼支撐占用空間少等優(yōu)點。

參考文獻：

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[2]中國工程建設標準化協(xié)會.建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術標準：T/CECS 699—2020[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2020.

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[4]黃景忠.多層地下室條件下施工電梯基礎加固方法[J].福建建筑，2012（1）：78-80.

[5]何延宏.鋼結構基本原理[M].上海：同濟大學出版社，2010.