重载下地下室顶板钢结构加固技术

孙 超1 赵淑丽2 柴文静1

(1.保定职业技术学院，河北保定 071051； 2.河北农业大学城乡建设学院，河北保定 071001)

摘 要：济南嘉德中心工程主楼因结构功能的变化，需对其进行改造和加固。基于原有地下室顶板的设计承重荷载达不到运输作业车的承载要求问题，对地下室顶板钢结构加固的方法进行了介绍。分析和研究得出：在支撑柱段长1/2处以上500 mm处设置吊点，其竖立后上端拉设揽风绳，下端楔入斜铁块，采用千斤顶支顶支撑柱，并在柱底灌注掺适量微膨胀剂水泥砂浆，保证了支撑柱顶紧混凝土梁；支撑梁采用“铁扁担+倒链”的方法吊装并在梁下端设置吊点，其顶紧混凝土梁后，将支撑梁与锚板进行焊接，增强了型钢混凝土组合结构的连接性能。

关键词：钢结构加固； 支撑柱； 支撑梁； 跨中挠度； 整体稳定性

1 概 述

济南嘉德中心工程主楼因结构功能变化，需对其进行改造。为了满足施工需要，主楼周边将有重型车辆作业，或在主楼周边地下室顶板上堆积相关的建筑材料；而重型车辆自重约300 kN，满载后总重约800 kN，地下室顶板厚度为150 mm，经初步验算，原有地下室顶板的设计承重荷载楼层达不到800 kN运输作业车的承载要求，因而无法满足主楼施工的需要，故需要对地下室顶板采取加固措施。

采用型钢支撑对楼层板进行加固，型钢结构为H形钢梁与圆管钢柱。型钢支撑易施工，工期短，对地下室其他施工工序不产生交叉影响，有效地节省了工期，且型钢材料可以回收利用，经济效益显著。

2 施工工艺

2.1 植筋与锚板的安装

为使得支撑钢梁与地下室顶板混凝土梁连接在一起，应先在混凝土梁侧指定位置进行植筋，钢筋再与锚板上对应的孔洞进行穿孔塞焊，最后将支撑钢梁与锚板进行焊接，从而完成支撑钢梁的安装。锚板设计如图1所示；锚固节点示意如图2所示。施工时采用电动冲击钻方式钻孔，孔径应大于钢筋直径4 mm；成孔时不得破坏原有混凝土构件的结构，不得切损构件原有纵向受力筋和其他受力筋；成孔后的孔壁必须完整无损，无裂缝、蜂窝、孔道。已经植入孔内的钢筋应在常温下养护，不得扰动；24 h后可进行下步施工作业；一般20 ℃时黏合剂在3～5 d可完全固化。

图1 锚板设计

图2 锚固节点示意

2.2 支撑柱的安装

先在地面焊接支撑柱上、下端封头板，然后用80 kN吊机在支撑柱段长1/2以上500 mm处设置吊点，保持吊车臂长的端头不触及到首层楼层，吊钩竖向上升，使支撑柱竖直，如图3所示。

图3 支撑柱吊装

支撑柱竖立后，上端拉设缆风绳，下端楔入斜铁块，并采用千斤顶支顶起支撑钢柱，使支撑柱顶紧楼板，支撑柱底端留出灌注混凝土的空隙。然后，在柱底灌注掺适量微膨胀剂水泥砂浆，如图4所示。当混凝土达到一定的强度后，千斤顶卸载并拆除，最终完成支撑柱的安装。

图4 膨胀剂水泥砂浆固化

2.3 支撑梁的安装

支撑梁长9.0 m，采用“铁扁担+倒链”的方法吊装支撑梁。在支撑梁两端设置铁扁担，长400 mm，在支撑梁翼缘板两边设置卡板(板厚12 mm)防止其滑动，同时在下端用12 mm厚的钢板设置吊点。操作时，首先利用汽车吊机将钢梁吊装至5 m处，然后采用30 kN倒链完成支撑梁剩余高度的提升，如图5所示。

图5 倒链提升支撑梁

当支撑梁离地下室顶板底板50 mm时，在梁上表面均匀抹10～20 mm掺适量微膨胀剂水泥砂浆，然后继续提升支撑梁，使其顶紧楼层底板，如图6所示。最后，焊接支撑梁与顶板混凝土梁上的锚板，松开倒链，完成支撑梁的安装。

图6 支撑梁就位

2.4 托梁及调节型钢的安装

托梁在支撑柱之间，位于支撑梁下翼缘标高下496 mm处，调节型钢位于托梁与支撑梁之间。托梁及调节型钢起到托住并顶紧支撑梁的作用。在地面将托梁与调节型钢焊接，再利用吊车将其吊装至升降机上，并利用升降机将其顶升到预定位置，如图7所示。三面围焊托梁与支撑柱的端板，楔入斜铁块，使调节型钢顶紧支撑梁，点焊顶紧面四周，托梁和支撑柱焊接位置如图8所示，最终完成托梁与调节型钢的安装。

图7 托梁与调节钢梁吊装

图8 托梁与支撑柱焊接位置

3 钢结构支撑结构有限元分析

图9 计算模型

针对地下室顶板结构，选取最大重量500 kN的载重汽车运输，进行各工况下混凝土结构承载能力验算。采用有限元分析软件MIDAS/Gen 8.0进行计算，车轮压力荷载在单向板楼面有效分布宽度按GB 50009—2012《建筑结构荷载规范》附录B的相关规定计算。建立MIDAS计算模型，如图9所示。其中混凝土结构自重由混凝土结构承担，后加固支撑梁与支撑柱只承担装载运输车辆的荷载。

3.1 支撑梁与地下室顶板梁受力分析

支撑梁HN596×199×10×15，选取最大跨度9 m 计算，地下室顶板梁尺寸为600 mm×800 mm。如图10支撑梁与混凝土梁云图所示，最大应力为231 MPaf=310 MPa，满足GB 50017—2003《钢结构设计规范》的要求。

图10 支撑梁与混凝土梁应力云图 MPa

图11 支撑梁与混凝土梁竖向变形 mm

如图11所示，支撑梁跨中挠度υ/L=21.9/9 000=1/410 <1 00，满足gb="">υ/L=1.95/9 000=1/4 600 <1 00，满足gb="">

3.2 顶板混凝土梁变跨时受力分析

地下室顶板梁尺寸为600 mm×800 mm，由图12分析得出：该梁变跨时，上、下部配筋为

25，完全满足承载力要求。由图13可知，混凝土梁变跨时，支撑柱采用的φ325×10钢管同样满足承载力要求。

图12 混凝土梁弯矩包络图 kN\5m

图13 支撑柱轴力包络图 kN

3.3 支撑柱的内力与承载力分析

支撑柱采用φ325×10钢管，由图14支撑柱整体轴力包络图数据可计算得出，轴向应力验算N/Nrc=257.16/1 854.53=0.139<>My/Mry=9.888/162.559=0.061<1,满足gb>Rmax=0.186<>

图14 支撑柱整体轴力包络图 kN

4 结 论

1)利用吊机在支撑柱段长1/2以上500 mm处设置吊点，支撑柱竖立后上端拉设揽风绳，下端楔入斜铁块，采用千斤顶支顶起支撑钢柱，并在柱底灌注掺适量微膨胀剂水泥砂浆，保证了支撑柱顶紧混凝土梁。

2)支撑梁采用“铁扁担+倒链”的方法吊装并在梁下端设置吊点，梁上表面均匀抹10～20 mm掺适量微膨胀剂水泥砂浆，顶紧后焊接支撑梁与顶板混凝土梁上的锚板，增强了型钢混凝土组合结构的连接性能。

3)支撑梁跨中挠度1/410<1 00，混凝土梁跨中挠度1/4=""><1 00，满足gb="">

4)地下室顶板梁变跨时，混凝土梁上、下部配筋

25，支撑柱采用φ325×10钢管，满足承载力要求；支撑柱轴向应力比0.139<><1,满足gb><>

参考文献：

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REINFORCEMENT TECHNIQUES FOR STEEL STRUCTURE OF BASEMENT ROOF UNDER HEAVY LOADS

Sun Chao1 Zhao Shuli2 Chai Wenjing1

(1.Baoding Vocational Technology Institute, Baoding 071051, China; 2.College of Urben and Rural Construction,Agricultural University of Hebei, Baoding 071001, China)

ABSTRACT：The main building of Jinan Jiade Centre needs to reconstructre by structure function changing. Based on the designed bearing load of pre-existing basement roof did not achieve the bearing requirements of transport vehicle, introducing steel structure reinforcement method to reinforce the basement roof. Throught the analysis, the results showed that the lifting points should be installed on the support column at half length up to 500 millimeters, the top of the support column arranged cable rope after it stood, the lean-iron was inserted to the bottom of the support column. It adopted jack to jack-up the support column and pour into cement mortar which mixed a balanced amount of micro expansive agent at the bottom of support column, so as to ensure the support column tightly support the concrete beam. The support beam hoisted by iron shoulder pole and chain block method and laid out lifting points at the bottom of support beam, the support beam and anchor plate were welded together after it tightly supported the concrete beam, it enhanced the connection performance of steel reinforced concrete composite structure.

KEY WORDS：steel structure reinforcement; support column; support beam; mid-span deflection; global stability

第一作者：孙超，男，1977年出生，硕士研究生，讲师。

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收稿日期：2016-10-22

DOI：10.13206/j.gjg201704022