地下室顶板钢连廊吊装工况分析与施工

王庆鑫

（广东省建筑工程集团有限公司 广州510600）

1 工程概况

某生产科研综合基地总建筑面积134 174.5 m2，地下2层，地上4～6层，其中地下室建筑面积40 952 m2，设计为人防地下室、地下车库及设备用房等；地上建筑面积93 222.05 m2，包含4个建筑单体，设计为办公、科研用房；单体之间采用钢结构连廊连接，均为3 层；钢连廊设置于两侧建筑单体的3～5 层，梁面结构标高分别为9.550 m、14.650～14.350 m、18.300 m，层高分别为3.95 m、4.80 m，宽度5.52 m。钢连廊主梁GL2 采用H600×400×16×25，主梁GL3 采用H1 200×400×25×35，主梁GL4 采用H2 400～2 100×400×25×35（变截面梁），单根主梁最重13 t，最长25.81 m；次梁GL1 采用H250×200×8×12，连杆为方钢□120×120×5×5，材质均为Q235。钢连廊结构体系如图1所示。

图1 钢结构连廊做法Fig.1 Practice of the Steel Corridor （mm）

2 工程难点与对策

2.1 工程难点

⑴钢连廊主梁长25.81 m，不具备在工厂焊接成整体、再运至现场直接吊装的条件；需分段制作，运至现场拼装、吊装。

⑵钢连廊为3 层结构，位于各建筑单体之间，作业场地为地下室顶板，场地狭窄；两侧建筑单体主体结构已封顶，安装空间较小，不具备整体地面拼装、提升安装条件；若整体空中拼装，需搭设满堂支架平台及支撑胎架进行高空拼装焊接作业，安装难度大、工期长、成本高。

⑶现场塔吊无法覆盖，发挥性能小，难以满足安装需求，需选用大型吊装机械在地下室顶板上作业。

⑷钢筋混凝土结构牛腿位于建筑单体外脚手架内侧，钢连廊吊装前，需对钢连廊两端的外脚手架进行改造。

2.2 对策

⑴考虑运输条件，经与设计院、深化设计单位沟通，将钢连廊的主梁分2 段在工厂进行制作再运至现场；在地面上拼装后再整体吊装主梁，再在空中进行次梁、连杆的高强螺栓连接、补喷漆。

⑵结合吊装作业条件、吊装环境，对吊车选型、索具选择、地下室顶板上吊装作业工况等进行验算分析，确定吊装作业方案，理清作业流程，保证吊装作业安全、地下室结构质量安全。

3 吊装工况验算

3.1 吊点确定、钢丝绳验算

⑴主梁基本对称，按钢丝绳与主梁面的水平夹角控制在为45°～60°之间、保持吊装稳定原则，确定吊点、钢丝绳角度，如图2所示。吊点也可通过建立信息模型，采用Midas 有限元软件，进行仿真分析，模拟不同吊装工况的受力情况而确定。

图2 钢连廊主梁吊点设置示意图Fig.2 Schematic Diagram for setting Lifting Points of Steel Corridor Main Girder （mm）

⑵根据《建筑施工起重吊装安全技术规范：JGJ 276—2012》［1］附录A，确定钢丝绳的受力。

吊装重量Q1=13 t，a=55°，则钢丝绳受力F=0.61Q1=0.61×13×1 000×10=79.3 kN。

选用6×37（a）钢丝绳，直径φ22 mm，公称抗拉强度1 570 N∕mm2，纤维芯、钢丝绳的破断拉力为251 kN>F=79.3 kN，满足要求。

3.2 吊车选择

根据《起重吊装计算及安全技术》［2］，进行吊装设备选用。

⑴起重力计算：

取主梁最大自重Q1=13.0 t，考虑索具的重量Q2=0.5 t，则Q≥Q1+Q2=13.0+0.5=13.5 t。

⑵起重高度计算：

式中：H为起重机的起重高度（m）；H1为安装支座表面高度（m）；H2为安装间隙，视具体情况而定，一般取0.2～0.5 m；H3为绑扎点至构件起吊后底面的距离（m）；H4为索具高度（m），绑扎点至吊钩的距离，视具体情况而定。

主梁GL4 最重，按最不利考虑，取H1=14.7-1.22=13.48 m，H2=0.5 m，H3=2.4 m，H4=7.5 m。则H=13.48+0.5+2.4+7.5=23.88 m。

吊车吊装作业半径取8.0 m，根据前述起重重量Q和吊装高度H，对照市场上不同厂家、不同型号的汽车起重机技术性能表和起重曲线选定，徐工QY50K型吊车，其吊距8.0 m的起重重量为15.5 t，能满足吊装需求。

3.3 吊机上地下室顶板承载力验算

3.3.1 地下室顶板结构设计参数

各建筑单体之间的地下室顶板为预应力无梁楼盖结构，板厚为400 mm，柱距双向均为8 400 mm，柱帽边长2 900 mm；面筋和底筋均为双层双向φ14@180 mm、HRB400，钢筋保护层为25 mm，fy=360 N∕mm²；预应力筋采用1×7型，φ15.2的有粘结钢绞线，fptk=1 860N∕mm²，fpy=1 320 N∕mm²，单根钢绞线面积Ap=140 mm²，单根钢绞线张拉控制力为193 N∕mm²，该顶板位置布设4 捆有粘结预应力钢绞线（每捆3 根有粘结预应力筋），预应力筋保护层为50 mm；混凝土强度等级为C40，混凝土容重取26 kN∕m³；地下顶板区域覆土0.8 m厚，覆土容重取20 kN∕m³；活载为20 kN∕m²，恒荷载分项系数取1.2，活载取1.4。

3.3.2 汽车吊空载行驶状态楼板验算

采用“等效均布荷载比较法”进行验算，本区块楼板跨度为8.4 m，汽车吊宽度为2.75 m，按照汽车吊车轮分布在暗梁两侧的情况进行验算（最不利站位），站位示意如图3所示。

图3 行驶中吊车对楼板最不利位置示意图Fig.3 Schematic Diagram of the Most Unfavorable Position of the Moving Crane to the Floor Slab （mm）

徐工QY50K 汽车吊总重量为39 t，其中前轴荷载13 t，后轴荷载26 t；后轴承受的荷载明显比前轴要大，故对后轴进行验算：

按简支板考虑，计算可得：

Mmax=1.3PL∕4（1.3 为 动 力 系 数）=1.3×260×8.4∕4=709.8 kN·m

吊车的车辆接触面，btx=0.4 m，bty=0.6 m；

根据《建筑结构荷载规范：GB 50009—2012》［3］附录C，当bCx≥bCy，bCy≤0.6L，bCX＜L时，bCy=bty+2s+h=400+0+400=800 mm；简支板上荷载的有效分布宽度：b=bCy+0.7L=0.8+0.7×8.4=6.68 m；则等效均布荷载为：qe=8×Mmax∕bL2=8×709.8∕（6.68×8.4×8.4）=12.05 kN∕m2＜20 kN∕m2（地下室顶板活荷载）；满足吊车空载行走要求。

3.3.3 吊装作业中的承载力验算

⑴地下室顶板跨中板带的抗弯承载力计算：

板带宽度=8 400-2 900=5 500 mm；Mu=0.9×fyAs（h-as）+0.9×fpyAp（h-ap）=0.9×360×［5 500÷180×3.14×（14÷2）2］×（400-25）+0.9×1 320×12×140×（400-50）=1 269.75 kN·m

⑵吊装作业产生的荷载

汽车吊吊装作业过程中对地下室顶板产生的最不利情况为肢腿处于顶板的中央位置，如图4所示；根据该部位的配筋情况进行跨中弯矩受力验算。

图4 吊装作业中吊车肢腿对楼板的最不利位置示意图Fig.4 Schematic Diagram of the Most Unfavorable Position of Crane Legs to Floor Slab in Hoisting Operation （mm）

50 t 汽车吊吊装作业过程中的最大吊装构件重13 t，加上车身自重39 t，共52 t；分配到4 只肢腿上。吊装过程中两侧的肢腿受力实际上并不是均匀的，根据吊车的起重能力是抗倾覆的70%，一侧的肢腿承受的最大重量有52×10×0.7=364 kN；一侧肢腿为2只，即落在板跨中央的肢腿只有1 只，对板跨中央产生集中荷载为P=182 kN。

⑶汽车吊工作时对跨中板带产生的跨中弯矩计算

对无梁楼盖，采用“经验系数法”，计算区格内跨中与支座的总弯矩：

Mox=1∕8qLy（Lx-2∕3c）2=1∕8×［1.2×（26×0.4+0.8×20）］×8.4×（8.4-2∕3×2.9）2=1 391.03 kN·m

在一般情况下，当求得板的总弯矩后，连续板的弯矩分配大致为：支座截面负弯矩为66%的总弯矩，跨内截面正弯矩为33%的总弯矩；而柱上板带的支座截面刚度较大，故支座负弯矩在柱上和跨中板带间各按75%和25%进行分配；跨内弯矩则各按55%和45%进行分配，对中间区格板带的中间各跨沿X方向2 个板带弯矩分配如下［4］：

柱上板带：

支座截面负弯矩M1=-0.66×0.75Mox=-0.50Mox

跨内截面正弯矩M2=0.33×0.55Mox=0.18Mox

跨中板带：

支座截面负弯矩M3=-0.66×0.25Mox=-0.17Mox

跨内截面正弯矩M4=0.33×0.45Mox=0.15Mox

结合现场吊机站位，只取跨内截面正弯矩M4进行验算，则M4=0.15Mox=0.15×1 391.03=208.65 kN·m

肢腿集中荷载产生的弯矩M=1.4P·L∕4（1.4 为动力系数）=1.4×182×8.4∕4=535.08 kN·m

汽车吊吊装作业中的承载力M+M4=535.08+208.65=743.73 kN·m＜Mu=1 250.35 kN·m，满足承载力要求。

为了确保结构的安全，吊装作业过程中在50 t 汽车吊各肢腿下方铺设8 m 长的H 型钢梁，将荷载扩散至柱上板带区域，形成柱上板带和跨中板带共同承担。当使用50 t 以下吊机吊装较轻构件时，可直接上楼面吊装，无需铺设钢梁。

当楼板验算不符合要求时，应另外提前采取地下室顶板加固支撑措施；加固方案设计的基本思路是通过满堂支撑架形成地下室顶板的附加支座，使得在地下室顶板在加固边界条件下，能承受汽车式起重机行驶过程及吊装过程中的荷载作用［5-7］。

4 主要施工方法

4.1 施工流程

施工准备➝拼装胎架布置∕两端建筑单体外脚手架改造➝各层牛腿位置支座安装、调整➝2 层主梁GL4 地面拼装、首层至2 层连杆安装➝2 层主梁（含连杆）吊装➝首层主梁GL2地面拼装、吊装➝首层至2层连杆紧固➝屋面主梁GL3 地面拼装、2 层至屋面层连杆安装➝屋面主梁GL3（含连杆）吊装➝→2 层至屋面层连杆紧固➝各层次梁安装➝钢结构补漆、浇筑钢连廊各层楼板、装饰。

4.2 施工要点

4.2.1 外架改造

拆除外脚手架的立杆、横杆前先增加“八字撑”，留洞两侧增设立杆，洞顶立杆底部卸荷后，再拆除立杆、横杆，但中间需保留1 根立杆。同时，对混凝土牛腿两侧的外架进行加固，形成辅助钢连廊安装的临时操作平台。钢连廊吊装完毕、通道混凝土浇筑完成后，复原洞口立杆横杆。

4.2.2 主梁地面拼装

⑴主梁拼装采用立拼方式，可有效地保证主梁拼装成型的精确度，又能避免卧拼浪费拼装场地面积和构件翻身可能产生的扭曲的不利影响。

⑵构件现场拼装应提前制作拼装平台，拼装平台需进行标高抄平，平台面应在同一平面标高上［8］。现场的拼装平台采用型钢焊接而成的拼装胎架，拼装胎架的间隔布置根据构件分段情况进行，主梁共分2段，共1 道拼缝，其中长段15.810 m，设置拼装胎架4 个；短段10 m，设置拼装胎架3个，一共需要拼装胎架7个。拼装胎架高3 m，比连杆长度高，便于连杆于地面进行高强螺栓连接安装。拼装胎架设置如图5所示。

图5 地面拼接拼装胎架设置示意图Fig.5 Schematic Diagram of Floor Splicing on Assemble Frame

⑶钢结构拼装需按要求起拱，跨度8 m及以上的钢梁跨中按跨度的1∕1 500向上起拱，确保钢结构吊装后的拼接，拼装主梁拼装完成后的立放间距大于2 m［9］。

4.2.3 主梁吊装

⑴钢连廊一端的支座为固定铰支座，另外一端为单向可滑动支座。钢连廊吊装前，应复核牛腿面标高、中心偏差，弹出定位线，按深化图纸要求安装支座。

⑵按前述确定的吊点进行钢丝绳绑扎起吊，吊装钢丝绳与接触受力点垫上方木，预先绑好，以免挤绳和损伤构件；钢丝绳与主梁面的水平夹角应控制在45°～60°之间，起吊后，主梁面应保持水平。

⑶吊装准备完毕，启动吊车慢慢提升，待钢连廊的主梁离开拼装胎架200 mm 后，停钩检查设备和吊物有无异常情况，如有问题应及时进行处理再起吊，如正常则静置10 min后再进行吊装［10］。

⑷主梁准备就位前，应保证钢主梁最低点超过牛腿约0.5 m 左右；吊车主臂旋转慢慢靠近安装位置，吊车主臂向下，主钩向下滑动落钩，待吊装高度与钢连廊支座高度基本一致后，用手动葫芦牵引至支座、调整就位后固定主梁。考虑到主梁吊装就位后，还未连接形成钢连廊结构体系，吊车松钩后可能因外力原因使其失稳而侧向倾覆，故在主梁吊装就位后应先拉设缆风绳辅助固定，缆风绳的另外一端与两侧单体的结构柱拉结；待另外一侧主梁吊装就位、每层次梁安装完毕后，方可将缆风绳撤掉。

4.2.4 次梁、连杆连接成整体

⑴钢连廊采用高强螺栓进行连接紧固，直径≤24 mm的高强螺栓采用10.9 s扭剪型高强螺栓，直径＞24 mm 的高强螺栓采用10.9 s 大六角头高强螺栓。高强度螺栓按文献［11］规定的扭矩值进行初拧、复拧、终拧，初拧、复拧、终拧在1 d内完成。

⑵钢结构连廊2 个或多个接头栓群的拧紧顺序应先主要构件接头，后次要构件接头［11］。为尽快形成钢连廊结构稳定体系，确保吊装安全；主梁吊装就位后，每层均先安装两端、跨中的次梁、上下层连杆，初步形成结构体系后，再按从跨中向两端的顺序进行其他位置的次梁、上下层连杆紧固，最终形成稳定的钢连廊整体。

4.2.5 吊装监测

安装过程中，构件的内力及变形是不断累积的总和，杆件实际受力与原设计有很大区别［12］。钢连廊主梁吊装就位后、次梁及连杆空中拼装过程中，需对各层主梁跨中、两端、主梁拼缝等关键受力位置进行应力监测及变形监测。

5 结语

结合本工程地下室顶板作业环境条件及钢连廊深化设计，采用汽车吊进行钢连廊吊装作业；通过对地下室顶板吊装作业的起重机械选型、索具选择、不同吊装工况等进行验算分析，确定采用钢连廊主梁地面拼装、整榀吊装，再在空中完成次梁、连杆安装，形成连廊整体的施工方法；克服了多层钢连廊因场地受限、现有塔吊无法覆盖、地下室顶板上吊装作业影响范围大、整体吊装或高空散装实施复杂、安全隐患多等施工难题，达到预期安装效果，具有施工成本低、质量安全可靠、工期短的特点，取得良好经济效益，可为类似钢连廊安装作业提供参考。