地下室顶板在工程车荷载作用下受力分析及施工技术

林昌世 上海建工七建集团有限公司 ，上海 20008 0

摘 要：工程车辆在地下室顶板上的荷载会造成顶板的弹性变形，严重时会造成大面积裂缝甚至倒塌等恶劣的社会影响。上海市某高级商品住宅小区项目基坑开挖面积大、变形控制要求高、工期紧、各工序交叉施工。通过对地下室顶板从设计、施工、有限元模拟三个方面实施对地下室顶板的受力分析进行探讨，以期得出加固整改方案。研究成果保证了地下室顶板在工程车辆行驶过程及施工作业过程中的安全性能，为今后类似的工程提供建议。

关键词: 工程车辆；地下室顶板；加固技术

近年来，随着传统建筑业的不断发展，为了满足人们不断增长的交通费出行、购物消费、地下停车等需求，高层乃至超高层建筑以及城市地下空间开发利用如雨后春笋般涌现。地下室开挖逐步成为了城市建设工程中重要的一环。随着超高层建筑的建设，地下空间的利用正在朝着更深、更大的方向发展。同时，随着超高层建筑以及超大地下空间工程的涌现，深大地下室的数量迅速增多。由于地下室施工面临施工工序多，工期紧等困难，众多工程车辆在地下室顶板上行驶、施工作业。因此，城市深大基坑工程地下室顶板设计对施工技术提出了严峻的要求。近年来，地下室顶板坍塌 引起的工程事故不断出现，不仅带来了巨大的经济损失，严重时甚至会发生人员伤亡，造成了严重不良的社会影响。本文主要从地下室覆土深度、工程车行进过程以及吊装过程三个方面研究地下室顶板的受力，提出适合工程施工的相关加固措施，具有一定的现实意义。

1 工程概况

某工程位于上海市，总用地面积为80000㎡，总建筑面积约为32万㎡，其中地上约为21万㎡，地下约为11万㎡。地下室采用无梁楼盖板厚250mm，最大柱网尺寸为8100mm×8100mm，柱尺寸700mm×700mm。跨中板配筋：板底14@200mm，板顶14@200mm。柱上板带配筋板底14@200mm，板顶14@200mm，梁柱铰接。覆土最深为1.9m，荷载为35kN/m²。梁板混凝土等级C35，地下室标高5.85m。

图1 无梁楼盖示意图 图2 柱示意图

根据《建筑结构荷载规范GB 50009-2012》规范规定消防车道均布荷载为q₁=20KN/m²。板的自重：无梁楼盖板厚250mm，混凝土板容重为25KN/m²，则q₂=0.25×25=6.25KN/m²。则不考虑覆土的无梁楼盖承受的设计荷载为：Q=1.4q₁+1.2q₂=35.5KN/m²。

1.3工程车辆

项目使用汽车吊为利勃海尔200吨汽车吊，总重60，配置69t。汽车吊吊装半径为38m，额定起吊量为8t。汽车吊施工荷载分为行走荷载和吊装荷载：行走载荷：汽车吊总质量约60t，共10个行走轮，如图3所示。

图
3 利勃海尔200吨汽车吊

2 汽车吊支腿力分析

地下室顶板厚度为250mm，混凝土强度等级为C35，楼板为双向板，配置，Φ12@150双层双向钢筋。

2.1汽车吊支腿力公式一

汽车吊支腿力由两部分组成，一部分为汽车吊自重及配重，粗略认为由四个支腿力平均承担；另一部分为汽车吊在起重吊装过程中产生的偏心弯矩。支腿反力计算公式如下：

N

G——汽车吊自重（含配重）；

Q——汽车吊起重载荷；

N——汽车吊支腿反力；

n——汽车吊支腿数；

M_x、M_y——对通过回转中心的力矩值；

X_i、Y_i——支腿至通过回转中心的X、Y轴的距离；

2.2汽车吊支腿力公式二

汽车吊在吊装过程中，开始时大臂在Y平面内，随后吊机转到X平面，将所有力向旋转中心平移，产生等效集中力F和偏心弯矩M。汽车吊支腿反力N由N1、N2两部分力组成，第一部分的力由等效集中力产生，我们假定四个支腿平均受力，即N₁=F/4。第二部分的力由偏心弯矩产生，当吊臂与Y轴成β角度，弯矩M可分解到X、Y两个平面内，分量为：M_x=Msinβ，M_y=Mcosβ

支反力N_2x=M_x/2B=Msinβ/2B。

支反力N_2y=M_y/2A=Mcosβ/2A。

支腿2支反力最大，其值为：

N₂=N_2x+N_2y= ≈ (C为A、B中较小值)

=

当时β=45°时，N₂取得最大值 (C为A、B中较小值)。

N_max=N₁+N₂= (C为A、B中较小值)。

3 地下室顶板在汽车吊作用下受力分析

3.1 汽车吊吊装荷载下的无梁楼盖受力分析

3.1.1 基本资料

单跨双向板，板的跨度为：L_x=3850mm，L_y=4600mm，板厚度为：h=250mm；

集中荷载N=P₂/2=130kN，荷载作用面的宽度b_tx=400mm，荷载作用面的宽度b_ty=600mm；垫层厚度s=0mm；

图4.1无梁楼盖受力图 图4.2 汽车吊支腿尺寸平面图

图4.3 吊车支腿压力示意图 图4.4 支腿力加固受力示意图

荷载中心距离板左边x=1925mm，最左端距离板左边x₁=1725mm，最右端距离板右边x₂=1725mm；荷载中心距离板下边y=2300mm，最下端距离板下边y₁=2000mm，最上端距离板上边y₂=2000mm。

3.1.2 荷载作用面的计算宽度

b_cx=b_tx +2s +h=400+2×0+250=650mm

b_cy=b_ty +2s +h=600+2×0+250=850mm

3.1.3 局部荷载的有效分布宽度

（1）按上下支承考虑时局部荷载的有效分布宽度为：

当b_cy≥b_cx，b_cx≤0.6L_y时，取b_x=b_cx +0.7L_y=650+0.7×4600=3870mm

（2）按左右支承考虑时局部荷载的有效分布宽度为：

当b_cx<b_cy，b_cy≤2.2L_x时，取b_y=2b_cy/3+0.73L_x=2×850/3+0.73×3850=3377mm

3.1.4 绝对最大弯矩

（1）按上下支承考虑时的绝对最大弯矩

将局部集中荷载转换为Y向线荷载

q_y=N/b_ty=130/0.6=217kN/m

M_maxY=q_yb_ty(L_y-y)[y₁+b_ty(L_y-y)/2L_y]/L_y

=217×0.6×(4.6-2.3)×[2.0+0.6×(4.6-2.3)/(2×4.6)]/4.6=140kN·m

（2）按左右支承考虑时的绝对最大弯矩

将局部集中荷载转换为X向线荷载

q_x=N/b_tx=130/0.4=325kN/m

M_maxX=q_xb_tx(L_x-x)[x₁+b_tx(L_x-x)/2L_x]/L_x

=325×0.4×(3.85-1.925)×[1.725+0.4×(3.85-1.925)/(2×3.85)]/3.85=118.6kN·m

3.1.5 由绝对最大弯矩等值确定的等效均布荷载

（1）按上下支承考虑时的等效均布荷载

q_ey=8M_maxY/(b_xL_y²)=8×140/(3.870×4.6²)=13.6kN/m²

（2）按左右支承考虑时的等效均布荷载

q_ex=8M_maxX/(b_yL_x²)=8×118.6/(3.377×3.85²)=19.0kN/m²

（3）等效均布荷载q_e=Max{q_ex,q_ey}=Max{19.0,13.6}=19.0kN/m²

4 加固措施

4.1加固原理

钢管脚手架满堂支设，钢管顶部采用可调顶托，可调顶托上设置标准木方，通过调节可调顶托将木方顶紧地下室顶板，对顶板下部产生应力。当汽车吊经过地下室反顶区域时，可将地下室顶板所受力通过木方传递给满堂钢管脚手架的，达到分散地下室顶板受力的作用，减小顶板裂缝产生的隐患，确保顶板结构质量。

4.2加固方案

4.2.1工艺流程

底部垫板→立杆安装→小横杆安装与立杆连接→大横杆安装与各立杆连接→调节顶托→铺设木方→加设剪刀撑→调节顶托与顶板紧密连接。

4.2.2施工措施

根据现有地下室顶板受荷的工况，提出了满堂脚手架反顶的方案，该方案能满足项目工期紧的现状，能有效地减小地下室顶板受力产生裂缝的风险。具体措施如下。

1）地下室顶板面进行回填砂石，砂石厚度不大于500mm厚，在汽车吊行进路线上满铺路基箱或者钢板，增加地下室顶板在汽车吊行进过程中的受力面积。

2）根据汽车吊的行进路线，制定地下室顶板搭设满堂反顶脚手架的区域，经过验算钢管立杆间距不应大于600mm，立杆距离梁边不应大于250mm，立杆距离地面向上200mm处满布扫地杆，步距不大于1500mm。钢管壁厚采用3.5厚钢管，木方采用50×100mm，具体搭设情况见图5。

图5 满堂脚手架搭设示意图

4.3施工质量控制

1. 原材料控制。满堂脚手架搭设所使用的钢管壁厚必须达到要求，扣件及可调顶托必须具备产品合格证并经过送检合格后方可使用，送检的样品必须经过监理见证后随机现场取样，确保进入现场的材料保证质量。

2. 施工控制。满堂脚手架搭设时，施工之前必须进行弹线定位，根据计算书确定好立杆间距及步距，根据方案进行搭设。控制立杆垂直度，水平扫地杆必须满布。选择质量合格的可调顶托与立杆顶部紧密连接，木方与可调顶托之间不留空隙，确保顶托对地下室顶板产生预应力。

3. 施工过程监控。在满堂脚手架反顶完成后，在地下室顶板上安装应力计和应变片，在钢管脚手架上安装位移计，实时监测地下室顶板的挠度和满堂脚手架立杆所受压力，实时监控顶板在受力状态下的应力及位移，确保顶板安全。

5 结论

1、地下室顶板进入大型机械设备，通过采用搭设满堂脚手架合理传递顶板荷载的方式，不仅保证顶板的质量，又能在确保安全的前提下不影响施工进度，具有明显的社会效益和经济效益。

2、通过对地下室反顶满堂脚手架从原材料、反顶施工过程及受荷监测过程，全流程确保了地下室顶板在荷载作用下传递荷载的有效性，避免地下室顶板因受荷载产生裂缝，造成地下室渗水等不良后果。

参考文献

[1]《现浇混凝土空心楼盖技术规程》（JGJ/T268-2012）[S].

[2]《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）[S].

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[6] GB 50009—2012 建筑结构荷载规范[S]