地下室顶板加固方案设计与分析

地下室顶板加固方案设计与分析

徐峰

上海市浦东新区建设（集团）有限公司 上海 201600

摘要：项目建设施工过程中，利用好地下室顶板作为行车道路，将给主体结构施工带来巨大便利。但需注意对顶板进行荷载分析及加固。本文结合具体工程项目，进行地下室顶板行车、起吊重物荷载分析，并验算顶板受力，最终设计出能承担这两类超大荷载的加固体系，达到了提高施工效率，同时保证结构安全的效果，为今后类似施工提供一定参考依据。

关键词：行车道路；吊装；顶板加固；荷载分析

0引言

根据现阶段国内的发展情况来看，道路上机动车辆逐年增多，地面上的停车位远远少于需求量。目前中国面临地面空间日益紧张的情况，设计和开发者们将大面积使用地下空间的项目更多地应用于实际工程中，越来越多的工程在规划阶段扩大了地下室的广度和深度，用于人防、地下车库、仓库、安保等[1]。此外，因土地资源利用率在不断地提升，很多项目的地下室外墙与场地红线的间距靠得十分近，此种不利现象增加了施工过程中场地布置的难度。把地下室顶板利用为施工阶段施工车辆的通道、物料堆场等，会较大程度的减小场布难度。但顶板永久性车道区域以外位置往往在设计时不太会考虑这种超大型荷载，如无法其安全使用，地下室顶板结构将会受到严重的损坏[2]，形成巨大安全隐患，所以需要采取相应的结构加固措施。支撑加固结构架能分散顶板上的压力荷载，有效防止由于超载导致的结构严重破坏，因此需要对顶板进行荷载加固处理。

1工程概况

该工程位于上海市浦东新区三林镇，为新建商业、公寓式办公、文体娱乐、绿化广场及地下车库等综合性商业配套设施等。项目总建设用地面积38418.8m2、总建筑96361.22m2，地上建筑面积32655.13m2、地下建筑面积63706.09m2。

地下室设计为两层，中板是柱帽式无梁楼盖体系，顶板井字梁，柱网尺寸8.4m×8.4m。地上主体结构为预制钢筋混凝土框架结构与钢框架结构。项目施工场地较为狭小，平面布置局促，其占地面积38418.8m2，工程基坑面积就达到33270m2，围护边线基本紧贴四周红线，基坑东、南、北侧紧邻市政道路和地铁车站围墙、西侧紧邻防汛河道。因此在施工阶段将面临现场场地狭小的矛盾；与此同时，该工程工序较多，施工工序搭接现象多，存在较广的交叉施工界面，且工程量大，材料运输工作繁冗，重车行驶路线及堆场布置需科学合理，统筹整体规划，充分分配和利用有限的现场资源，避免各工序之间的干扰，确保施工有序。本文定位于钢结构施工阶段，地下室已出±0m，个别塔吊工作范围外的钢结构梁柱，需采用汽车式起重机开展吊装工作，此时将利用地下室顶板行车及起吊，以保证工程顺利开展，因此需要对在详细规划好路线及场地平面布置后，对需用到承受行车或荷载的顶板进行加固处理。

2施工重难点

本项目地下室顶板加固技术难点包括如下两点：一是室内地下室顶板厚度较薄，室内部分仅有180mm；二是汽车式起重机在顶板上吊装移动范围比较广，汽车吊装时支点的位置相对较多，场地布置及路线规划有不小的难度。

3方案总体考虑

结合工程的实际情况，加固方案拟采用承插型盘扣式钢管支架，立杆钢材级别为Q345级，模数：立杆0.5m，水平杆0.3m；

本加固方案设计的指导思想是，利用盘扣式支撑架形成地下室顶板的附加支座，在这种加固边界条件下，地下室顶板能够承受汽车起重机行驶和起重吊装过程中的荷载[3]。

4两种荷载计算

4.1汽车式起重机行驶过程中荷载计算

从安全角度考虑，由于顶板在两种工况下混凝土已达到设计强度，板体自重由自身承担。

地下室250厚顶板为覆土顶板，设计覆土厚度为1.5m。查看结构设计总说明可以计算得到，地下一层顶板的承载力设计值为1.5×18=27kN/m2（覆土高度为1.5m的重量），其活荷载设计值5kN/m2。

临时道路上车辆最大总重T总=42吨=42×9.8=411.6kN

参考GB50009-2012《建筑结构荷载规范》[4]表5.1.1及表格注释，由于双向板长边L=3m≤3m，当最大载重为411.6kN的车辆作用在此双向板上时，等效均布活荷载标准值qe通过进行等价换算可得：qe=T总/300×35=411.6/300×35=49.2kN/m2

250厚顶板下的架体活荷载设计值为：1.3（荷载分项系数）×1.1（动力系数）×49.2-27-5=38.4kN/m2。

180厚顶板是室内顶板，不覆土，活荷载设计值5kN/m2。计算出架体需承受活荷载设计值为65.4kN/m2。

4.2 吊装过程支点最大荷载计算

结合本项目场布图以及钢结构施工图，确定了吊装位置在室内180厚顶板上。

起吊臂在不同位置—在后方以及侧方两种工况下，取对向两个支腿位置力矩平衡，计算出的荷载由2根支腿共同承担受力。每个支腿下设置2m×3m钢板。最重构件为9.9t，结合汽车式起重机自身参数，根据力矩平衡原理计算两个工况的支腿最大荷载标准值。

在汽车起重机后方工作时：

各个力对前支腿取矩ΣM=0，后2个支腿最大受力F=35.8吨，单个支腿最大荷载标准值F后=F/2=35.8/2=17.9吨

在汽车起重机侧方工作时：

各个力对侧边支腿取矩ΣM=0，侧方2个支腿最大受力F=36.8吨，单个支腿最大受力F侧=F/2=36.8/2=18.4吨。

按最不利原则，支腿最大受力Nk=max(F1,F2)=18.4吨。

回顶架体所受总荷载设计值：Q1=1.3×1.1×9.8×18.4/6-5=38kN/m2

5 盘扣式钢管满堂支撑架方案

5.1 设计及验算

在250厚顶板行车道路及180厚顶板起吊位置，设梁板下Φ48.3×3.0mm钢管纵横间距1.2m×0.9m，步距h0=1.5m，顶部步距hd=1.0m，支承上部施工荷载。该型号钢管截面特性参数：i=16.1mm，A=427mm2。

根据《标准》JGJ/T231-2021[5]进行验算：可得单根立杆竖向荷载设计值N=38.4×1.2×0.9=41.5kN

取可调托撑伸出顶层水平杆的悬臂长度为a1=650mm此时的最不利情况进行计算[3]，算出立杆计算长度：l0=max[ηh0，(γhd+2ka1)]=1680mm

根据标准中计算公式及取值，η是支架立杆计算长度修正系数取1.05，k是悬臂端计算长度折减系数，可取0.6；γ是架体顶层步距修正系数，取0.9。

λ=l0/i=104.35≤[λ]=150，查表可知φ=0.443

f=N/(φA)=219.39N/mm2≤[f]=300N/mm2，满足要求。

在180厚顶板行车道路位置，设梁板下Φ48.3×3.0mm钢管纵横间距0.9m×0.9m，步距1.5m，顶部步距1.0m，支承上部施工荷载。

与前面采取同样验算方式进行验算：可得单根立杆竖向荷载设计值N=52.97kN；f＝N/(φA)=280N/mm2≤[f]＝300N/mm2，满足要求。

对顶板进行应力验算：

采用结构力学求解器，将形成了附加支座后的地下室顶板等效为三跨连续梁并计算其内力，梁截面：梁宽b=1000mm，梁高h=180mm，梁跨度为900mm（立杆间距）。由上面荷载计算，取最大的荷载，等效为均布线荷载65.4 kN/m。

计算可得：

图2 等效三跨连续梁弯矩计算结果图

最大正弯矩为M正=5.55kN·m，最大支座负弯矩为M负=2.13kN·m，上述梁截面的截面惯性矩Iz=4.86×10-4m4，应力计算公式σ=M·y/Iz。计算出的梁下方最大拉应力为1.03Mpa，小于顶板C35混凝土抗拉强度设计值 1.57 MPa；梁上部最大压应力为0.40Mpa，远小于该标号混凝土16.7MPa的抗压强度设计值。

5.2方案确定及现场实施效果

采用承插型盘扣式钢管搭设，立杆间距根据设计方案分部位实施。两层地下室均进行回顶加固。根据规范，加固支撑架竖向斜杆间隔三跨布置。每步纵横向水平杆须通过节点连接拉通。其他搭设构造要求参考《标准》[5]中的要求严格执行。根据《标准》[5]表6.2.2-1，结合上面计算出的单根立杆轴力设计值可知支撑架竖向斜杆采取间隔一跨的布置形式。

图2 搭设立面示意图 图3 平面示意图

搭设流程为：铺底部垫木→搭设立杆和扫地杆→校正立杆→搭设纵横向水平杆→搭设板底方木、顶托[6]。

确定方案后项目技术负责人立即组织进行安全技术交底工作，交底过程中明确区域划分以及各区域的不同搭设方案，且严格控制车辆自重限值。盘扣式钢管进场前，对材料进行验收，保证进场材料质量与性能达到标准，并注意对钢管内部厚度、直径进行详细检查；上述各项工作完成后方可进行搭设。在利用起地下室顶板的前提下，项目部通过合理的场布安排与有效的工序衔接，钢结构吊装工作顺利进行，未延误工期。且吊装完成后经检查，实施加固措施的区域顶板未产生裂缝，达到预期目标，为后续施工提供了有力的保障。

6结语

本文基于某大型商业项目，在其场布及行车道路规划完善的前提下，分析并计算了不同厚度地下车库顶板所受车辆行驶荷载及汽车式起重机吊装荷载，确定了不同区域的盘扣式钢管支架的加固间距，并根据规范验算通过。所设计的满堂能够保证大型运输车辆的行驶、汽式起重机的吊装，该措施提高了工作效率，同时保证了结构的安全。另外，盘扣式满堂支架可以周转使用，有助于控制项目成本。

参考文献

[1]朱刚.地下室顶板在上有压重时的加固措施及承载性能分析[J].建筑施工,2019,41(11):1982-1985+1992.DOI:10.14144/j.cnki.jzsg.2019.11.008.

[2]赵文.施工道路及材料堆场下方地下室顶板加固施工技术[J].城市建筑空间,2022,29(S1):314-315.

[3]段凯元,郭正兴,朱张峰.汽车式起重机支点作用下的地下室顶板加固方案设计与分析[J].建筑技术,2018,49(08):887-889.

[4]中华人民共和国住房和城乡建设部.建筑结构荷载规范:GB 50009—2012[S].北京:中国建筑工业出版社,2012.

[5]建筑施工承插型盘扣式钢管脚手架安全技术标准: JGJ/T231-2021[S].

[6]郭伟华,彭成,钱嘉琛.地下室顶板行车加固方案-荷载参数分析[J].江苏建筑,2020(03):74-75.