谢炜 胡庆康
中交第四公路工程局有限公司 北京 100022
摘要：汉中市天汉大剧院观众厅屋顶钢梁构件吊装作业需要将汽车起重机行驶到地下室顶板上，对汽车起重机行驶过程及吊装作业工况下产生的荷载作用进行分析计算，据此验算地下室顶板的承载力。对承载力不满足的地下室顶板采取了设置钢柱、钢梁支撑的临时加固措施，保证了施工过程安全，可为类似工程提供参考的验算方法和解决方案。
关键词：汽车起重机、地下室顶板、承载力、临时加固
0.概述
随着社会经济发展，全国各地的大型公共建筑日益增多，该类建筑一般都存在大面积地下室，施工时有大重量构件需要起吊安装，因此起重机械难以避免的要在地下室顶板上行驶和作业。汉中市天汉大剧院项目观众大厅屋面为大跨度型钢混凝土井字梁结构，为吊装井字梁内的型钢，汽车起重机需在地下室顶板上行驶及吊装作业。汽车起重机行驶工况下按照轮压集中荷载不利布置方式对地下室顶板进行了承载力验算；吊装作业工况下考虑最大起吊重量和最远起吊距离下各支腿反力最大值验算其下方的地下室梁板；对承载力不满足的梁板，设计了下方设置钢柱、钢梁支撑的临时加固方案，并提出了钢柱、钢梁现场安装的技术要点。
1.工程概况
工程项目位于陕西省汉中市汉台区，是汉中市滨江文化核心景观带的标志性建筑之一，其中集合了市级大型综合演出剧院（1201 座）、多功能小剧场（544 座）、工人文化宫、妇女儿童活动中心、青少年活动中心等功能。总建筑面积69994 ㎡，其中地上建筑面积：45994 ㎡，地下建筑面积：24000 ㎡。观众厅位于大剧院平面中心位置，屋面为型钢混凝土井字梁结构，东西跨度为32m，南北跨度30.05m。根据本工程型钢吊装方案，单次最大起吊重量为14.7 T，起重机械在建筑外围距离观众厅太远难以进行吊装作业，必须行驶到观众厅南侧的地下室顶板之上。根据现场施工条件、最大单件起吊重量和吊装距离选用适合本工程的起重机为徐工QY130K汽车起重机，其自重54.9 T（不含配重），配重采用38 T。为确保施工过程安全，对汽车起重机行驶路线和作业位置的地下室顶板承载力进行了验算，并对承载力不满足的地下室顶板采取了设置钢柱、钢梁支撑的临时加固措施。
2.汽车起重机产生的荷载作用分析
2.1汽车起重机行驶产生的荷载
QY130K汽车起重机临时行车道路利用地下室顶板上的消防通道作为施工临时道路。汽车起重机从大剧院东侧沿标高-1.800m消防通道顶板开始进场，进场前将临时行车路线提前用自喷漆在地面进行标画，汽车起重机行驶过程中严格按照标画的行车路线行走。其车轮左右轮距为2307mm，从车头到车尾共6个车轴，轴距从车头往车尾方向分别为1420mm、2420mm、1875mm、1350mm、1400mm，轴载重量从车头往车尾方向分别为8500kg、8500kg、8400kg、10750kg、10750kg、8000kg。因此，空载行驶状态下从车头往车尾方向单侧轮压分别为42.5kN、42.5kN、42kN、53.75kN、53.75kN、40kN。
2.1.汽车起重机吊装作业产生的荷载
根据现场施工条件、最大单件起吊重量和吊装距离选用适合本工程的起重机为徐工QY130K汽车起重机，自重54.9 T，配重采用38 T。起重机吊装状态下支腿伸出后的距离为：横向7.600m，纵向7.560m。本次吊装作业最大起吊重量14.7t，最大吊装半径20m，在各水平吊装角度情况下，起重机各支腿出现的最大的反力作用在地下室顶板上进行计算分析。汽车起重机吊装工作状态下由4条支腿支撑在地面上，车轮全部悬空。G0为下车重量；G1为上车和吊重的重量之和，移到位于对称轴上的回转中心后产生力矩M；e0、e1为G0、G1位置到四支腿中心的距离，按对称轴为直角坐标系定位。R1、R2、R3、R4分别是四支腿的支反力,其中R2、R3为近吊装物处两支腿反力，起重机支腿间距中，a=3.78m，b=3.8m。为简化计算，假设4条支腿底面在同一水平面内，它们的刚度相同且支撑地面的刚度相同。四点支承受力计算模型简图如图1所示。
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由图1受力计算模型简图及图2车轴及转盘中心位置尺寸，可分别计算臂架转化来的集中力矩M和吊重P，最后在支腿处迭加。根据房晓文等提出的简化计算方法计算起重机每个支腿的反力:
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吊机支腿纵向距离7.560m，横向距离7.600m，支腿位于车架后端，工作时配重38T。根据车轴及转盘中心位置计算吊装下车重心点G0，由合力矩确定的平衡力系中心即为吊车重心。由轴重参数得：下车重量G0=54900kg，上车配重重量=38000kg，根据力矩平衡可算出：a=3.78m，b=3.8m，e0=1.87m，e1=0.26m；
吊装时，构件最大重量约14.7t，最大吊装半径20m， G1=147+380=527KN，吊重产生的力矩M=20×147=630KN·m；根据上述公式考虑水平夹角α分别为0度、45度、90度、135度吊装状态时的最大支腿反力，结果见下表：
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验算支腿下方的地下室顶板时取各支腿出现的最大反力为：R1=365.68KN；R2=383.56KN；R3=251.83；R4=267.32KN KN。
3.地下室顶板承载力验算及加固方案设计
3.1.地下室顶板承载力验算
选取最不利工况的荷载布置及边界条件，采用结构分析软件MIDAS GEN对结构进行验算。
荷载组合：（1）强度计算：1.3 恒载+1.5活载，1.35 恒载+0.98活载，1.0 恒载+1.5活载。（2）裂缝、挠度计算：1.0恒载+1.0活载。活荷载中的汽车起重机最大轮压考虑1.2动力系数后参与荷载组合。
1.汽车起重机行驶工况验算
根据汽车起重机行走路线，在其经过的地下室顶板上按活荷载不利工况输入前文所述的空载轮压集中力。汽车起重机行驶经过的地下室顶板包含标高-1.800m区域，典型板跨9mx4.5m，楼板厚度300mm；标高-0.800m区域，典型板跨9mx9m、9mx10.8m，楼板厚度300mm；以及标高-0.100m区域，典型板跨9mx8m、9mx13.2m，楼板厚度250mm。地下室顶板混凝土强度等级C30，受力钢筋强度为HRB400。
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图3 行驶工况计算内力图
经验算，标高-1.800m区域及标高-0.100m区域的地下室顶板、顶梁计算配筋面积小于施工图设计值，挠度、裂缝均满足设计要求；标高-0.100m区域的地下室顶板在汽车起重机行驶荷载作用下已超出结构承载能力，需采取加固措施。
2.汽车起重机吊装作业工况验算
地下室顶板结构受力传递路径是从楼板到框架梁，再从框架梁到框架柱，因此在选择汽车起重机工作位置时考虑将汽车起重机的4条支腿尽可能放置于框架柱和框架梁上。根据吊装作业吊距和现场地下室顶板梁柱跨度情况，汽车起重机右下支腿放置于框架柱上，右上、左下支腿放置于框架梁上，仅左上支腿位于地下室顶板之上。
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图4 吊装工况计算内力图
经验算，9m跨框架梁、13.2m跨框架梁在汽车起重机支腿压力作用下已超出结构承载能力；该跨顶板在左上支腿压力作用下承载力不足，变形超过规范限值。因此，上述两跨框架梁及该跨地下室顶板均需采取加固措施。
3.2.地下室顶板临时加固方案设计
考虑同时满足汽车起重机空载行驶和起吊作业的工况，采用了设置钢柱、钢梁支撑的临时加固措施。沿梁板南北向布置钢梁一道，钢梁采用Q355钢材，截面采用焊接组合H形截面:H*B1*B2*Tw*T1*T2=300*300*300*12*14*14，钢梁上翼缘采用膨胀螺栓与混凝土板固定。钢梁下布置方形钢支柱。柱截面采用矩形截面尺寸B*H*T1*T2=300*300*12*12。对于汽车起重机支腿位置下设三根钢立柱对相应位置混凝土梁板支撑加固，截面采用箱形截面截面尺寸B*H*T1*T2=300*300*12*12。按照前文所述的汽车起重机行驶工况和吊装作业工况，对临时加固后的结构采用结构分析软件MIDAS GEN对结构进行验算。采用的规范、荷载组合与前文承载力验算时相同。验算结果显示加固后的结构满足汽车起重机行驶工况和吊装作业工况的承载力及变形要求。
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图5 临时加固后计算内力图
3.3.临时加固方案实施技术要点
1.钢柱、钢梁吊装就位
构件安装时，在地下室顶板对应位置钻150*150mm尺寸孔，作为吊装孔，构件吊装采用电动葫芦进行。为了便于施工起吊采用分节起吊，将支撑柱分为两个节段，第一节段长度1.5m,剩余部分为第二节段。首先将第一节段，按照图10节点详图所示固定于对应位置筏板基础上，连接牢固。第二节段与顶部支撑梁在地下室进行预拼装。拼装完成后将顶部支撑梁（工字钢）与第二节段整体起吊如图10。起吊后按照立面图所示进行焊接连接。顶部支撑梁与第二节段总重为3.7吨，吊装前在地下室顶部安装支撑架，支撑架底部铺设钢板作为应力消减板。第一节段与第二节段柱子接头处使用千斤顶顶紧，在节点部位（顶紧后）四周焊接四块补强板来进行节点连接，从而完成加固。对于吊车支腿下方的支撑立柱，在立柱两侧焊接耳板，立柱起吊仍采用板上部开孔的形式起吊。将钢丝绳固定在两侧耳板上进行同步起吊，起吊完成后固定。
2.钢柱校正就位
钢柱校正的重点是垂直度：在钢柱柱身标识柱中轴线，用两台经纬仪分别在横向轴线和纵向轴线观测钢柱的垂直度，采用千斤顶对垂直度进行调节。在钢柱垂直度调整完毕并用千斤顶顶紧进行连接部位的焊接作业，焊接完毕后千斤顶方可卸力拆下。
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图6 临时加固方案现场安装示意图
4.结语
本文以汉中市天汉大剧院项目为例，对起重起重机空载行驶工况和吊装作业工况下产生荷载作用进行了分析计算；在上述两种工况下，验算了地下室顶板梁板的承载力；设计了不满足承载力的局部梁板下方设置钢柱、钢梁支撑的临时加固方案，提出了钢柱、钢梁现场安装的技术要点；从而保证了施工过程安全，可为类似工程提供参考验算方法和解决方案。
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