某地下室加固专项方案091202讲解.docx

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某地下室加固专项方案091202讲解

广安万贯法国风情街3#4#楼工程

车库顶板加固设计验算及施工专项方案

1、工程概况

工程名称

广安枣山万贯法国风情街3#4#楼工程

工程地址

广安枣山商贸园区

建设单位

广安万贯置业有限公司

设计单位

成都惟尚建筑设计有限公司

监理单位

四川亿博工程项目管理有限公司

施工单位

四川省第一建筑工程公司

建筑面积

35000m2

建筑总高

本工程车库±0.000相当于绝对标高359.00mm（黄海高程）。

3#、4#楼±0.000相当于绝对标高360.00mm（黄海高程）。

结构类型及层数

地上部分：

框架，地上4-5层

地下部分：

框架，地下1层

基础类型

抗水板250mm厚；

地下室典型断面尺寸

地下室：

典型墙体厚度：

300

典型柱断面尺寸：

600×600，700×700，800×800，900×900，900×1000

典型梁断面尺寸：

250×600,300×600,300×700,,500×900，450×800，400×800，400×1600,500×1000,400×1700,300×1650，300×1850，300×1950,300×900，350×900，400×1200,300×1450，250×700

典型顶板厚度：

160,150,130

结构层高：

5m、5m、6m

由于场地限制，本工程在地下车库封顶后，主体结构上升及砌体结构插入（装饰阶段）须利用地下车库顶板进行材料堆放和车辆通行。

根据现场塔吊、施工井架及加工运输道路及场地布置实际情况，本工程主体施工阶段平面加固示意图如附图所示。

本工程拟采用型钢加固支撑及满堂支撑架进行加固，以满足行车及材料堆放要求。

后浇带将梁板断开处在两侧混凝土浇筑完成后采用型钢加固支撑。

在后浇带未封闭前，车辆经过区域的后浇带铺垫20mm厚钢板，车辆不经过区域用层板封盖。

2、材料堆放、车辆行驶区域的荷载技术要求

根据总平面布置图及总体规划，地下车库顶板在主体结构上升及装修阶段，在划定的材料堆放及加工场区域、车辆运输道路荷载技术要求如下；

（1）材料堆放区域

包括堆放砖砌体材料、钢筋加工场地，钢管扣件、木材堆场等，车库顶板在细石混凝土和覆土前均布活荷载最大控制在50KN/㎡以内，即每平方米控制在堆载5T。

（2）行车区域

不堆放材料，但考虑混凝土输送泵车、钢筋运输车、混凝土罐车等车辆通过；

<1>混凝土输送泵车：

自重38T，车长12m；

<2>钢筋运输车：

最大重量（含自重）60T，按车长15m、车宽3m，则最大面荷载约为13.06KN/㎡（顶板上车行道路按最大60t钢筋车考虑）。

<3>混凝土罐车（8m3）：

最大重量（含自重）38.5T，按车长9m、车宽按2.8m，则面荷载为14.98KN/㎡。

3、除后浇带外，框架主、次梁及顶板荷载对比计算

已知：

地下车库原设计采用600×600框架柱、柱网尺寸主要为6.4m×8.4m，部分为8.4×8m；主梁截面主要为450×800、跨度最大8.4m，次梁截面主要为300×600、跨度最大为8.4，顶板厚度160mm；根据设计图纸需要加固的区域未在消防车道的范围内，设计荷载为4KN/m2。

一般正常情况下，车辆启动或者停止时车轮对楼板的冲击荷载远大于静止时的荷载，故在加固计算时应按最大受力状态考虑，即在车辆制动瞬间对车库顶板的冲击荷载作用。

4、冲击荷载计算

根据图纸会审时专业设计单位的意见，原设计的车库顶板厚度及配筋在消防车道区域可承受30T汽车通过，非消防车道区域荷载减半至15T左右汽车，但是由于车辆型号及尺寸不一样，现计算当材料堆放区域承受最大20T汽车的冲击荷载、以及行车区域60T汽车在制动瞬间，车轮对顶板的冲击荷载作用，并根据不同状态下的计算结果对车库顶板的承载力进行验算。

（1）主要车辆荷载计算

（1）钢筋车辆总质量按最大60T考虑,所有车辆在顶板上的行驶速度不超过25Km/h；其中钢筋采用塔吊按每捆往下吊的卸货方式，固不考虑钢筋对顶板的冲击荷载，只考虑60T载物车在静止的瞬间顶板的冲击荷载—按冲量定理；

车辆在板上按25Km/h行驶到静止对顶板的冲击力F1（一般汽车的加速度按2.53m/s2）：

根据公式Vt=V0+a×t可知：

t=25000/60×60×2.53=2.75s

V0—初速度、Vt—末速度、a—汽车加速度

再把t=2.75s带入冲量定理公式F1×t=m×Vt+m×V0可知：

F1=（60000Kg×6.94m/s）/2.75=151418.2Kg=1483.9KN

停止瞬间的制动力（制动力系数一般取1.5）：

Fz=1.5×F1=1.5×1483.9=2225.85KN

所以当车辆由25Km/h到静止对顶板的冲击荷载大约是2225.85KN（本身自重的1.5倍），面荷载标准值最大为49.46KN/㎡（考虑顶板自重最大为58.21KN/㎡）。

（2）石子采用自卸式货车直接往下卸，其中货物降落高度按1.6米考虑；通过《结构力学动力学原理》分析可知：

然后是卸货物的瞬间对楼板的冲击力—按动量定理；

运输石子车辆静止后卸货物的瞬间对楼板的冲击力F2：

根据自由落体计算公式S=gt2/2先求石子从车上自由落下的时间：

其中S=1.6m、g=9.8m/s2,带入数据得

t=0.6s

根据加速度公式求得石子落地的瞬速度Vt=V0+gt=0+9.8×0.6=5.9m/s

同理根据动量定理：

F2×t=M×Vt并带入以上数据得：

每辆车的核载量按10T（石子）考虑，自重按10T考虑（面荷载成线性变大、降落距离成线性变小），整个线性变化过程持续时间按1.2s考虑；

F2=（10000×5.9m/s）/1.2s=49.2T=482.16KN

在卸完货物的瞬间顶板上的荷载总量为F=482.16+10×9.8=580.16KN

当卸完货物的瞬间对顶板的总荷载大约是580.16KN；根据一般的石子堆场可估计最大面荷载为45.016KN/㎡（考虑顶板自重）；

结论：

通过对比两种情况下的面荷载，石子对顶板的冲击荷载小于总载60T的钢筋车辆在制动瞬间产生的的最大面荷载58.21KN/㎡，所以应按58.21KN/㎡进行加固计算。

说明：

根据目前现场实际情况，满堂加固支撑架考虑采用钢管加固最为经济适用，计算书附后。

五、加固方案施工工艺

一、施工准备

1、现场技术负责人应按审批完善的加固专项方案中有关高支模架要求，向搭设和使用人员进行安全技术交底。

2、材料准备

（1）防护材料：

准备安全带、安全帽、防滑鞋。

（2）工程材料

<1>数量：

根据工程进度要求，会同主管工长，确认需要的各种规格钢管、十字扣件、直角扣件、旋转扣件的数量；提前4天报到材料主管处。

对回到施工场地的材料要求核对。

不够部分做好沟通和督促。

<2>质量：

要求对回到施工场地的材料，做好合格性检查，并及时将检查情况汇报到安全工程师处。

对不合格产品坚决不准使用。

<3>安全文明：

要求对回到施工场地的材料，按指定场地分类堆放整齐。

3、进场人员须持证上岗，对身体条件不合格者，不能进入施工操作。

二、技术参数

1、钢管：

采用φ48.3，壁厚3.6mm（现场实际按Φ48×3.0计），钢管选用国标《直缝电焊钢管》（GB/T13793），质量符合国标碳素结构钢（GB/T700）Q235-A级钢要求。

钢管上打孔的严禁使用，有严重锈蚀，弯曲，压扁或裂纹钢管不得采用。

2、扣件：

扣件要求无裂纹、无气孔、不变形、螺杆、螺帽无滑丝，其材质应符合现行国家标准《钢管脚手架扣件》（GB15831）的规定。

支模架采用的扣件，在螺栓拧紧扭力矩达65N.m时，不得发生破坏，一般控制在40—55N.m之间。

3、脚手板、层板木枋：

脚手板采用木质材料，每块质量不大于30kg。

木脚手板采用宽200—300mm，厚50mm，要求无腐蚀，无折裂，架板两端各设直径为4mm的镀锌钢丝箍两道。

模板符合国家现行标准，表面平整光滑、具有防水、耐磨、耐酸碱的保护膜，并有保温性能好，易脱模和可以两面使用等特点。

木枋全部采用40×90木枋。

根据实际情况选择质量好的材料，不得使用腐朽、霉变、虫蛀、折裂、枯节的木材。

4、架体的基础

加固架体直接落于地下室底板钢筋砼面上。

5、高支模架搭设高度最高为3.5m。

6、立杆

根据计算要求，纵横方向0.6m满堂搭设。

8、可调托座

支架立杆顶端可调托座外径不能小于36mm，螺杆插入钢管的长度不应小于150mm,螺杆伸出钢管的长度不应大于200mm，可调托座伸出顶层水平杆的悬臂长度不应大于500mm。

9、纵、横向水平杆

纵、横向水平杆间距根据计算确定为不大于1.5m，第一道离地200mm纵横方向搭设扫地杆，最顶一道纵横水平杆距离钢管顶150mm。

10、剪刀撑

本加固支模架采用普通型剪刀撑。

竖向剪刀撑设置为：

在架体外侧周边及内部纵、横向每隔5m—8m，由底至顶设置连续竖向剪刀撑。

水平剪刀撑：

不考虑设置水平剪刀撑。

11、纵、横向扫地杆：

高支模架必须设置纵、横向扫地杆。

纵向扫地杆应采用直角扣件固定在距立杆底部距底座上皮不大于200mm处的立杆上，横向扫地杆应采用直角扣件固定在紧靠纵向扫地杆下方的立杆上。

六、后浇带处加固验算

由于地下车库封顶时后浇带未封闭，因此车辆通行跨过后浇带必须对后浇带处进行结构加固。

车辆通过后浇带1m宽,架设2米宽4米长20㎜厚钢板；并在板底加设型钢支撑。

说明：

1、方案验算不考虑原后浇带贯通方向钢筋受力，仅考虑顶板、梁后浇带缝两边的支撑加固计算；

2、通过现场行车区域划分得知，行车路线部分与后浇带方向垂直，部分平行。

3、现场钢筋以及其他材料堆场均离后浇带至少一跨。

（1）梁上荷载传递计算

根据以上荷载最大值计算可知，60T汽车卸货物前的车轮处的集中荷载为588KN，则前后轮各分荷载约295KN（按集中荷载考虑），所以按最不利的考虑，传给后浇带处的集中荷载最大为295KN；

（1）次梁自重线荷载：

F次=1.2×25×0.3×0.6=5.4KN/M

顶板上匀速行驶的汽车的压力折算成面荷载，再传递给次梁，通过估算最大面荷载为20KN/㎡（考虑顶板自重,扣除后浇带处的混凝土自重约9.5T），再通过三角形荷载传递给次梁：

Pe=20KN/㎡×5/8×2=25KN/M

P总=F次+Pe=13.5+25=38.5KN/M

（2）主梁自重线荷载为：

F4=1.2×25×0.55×1.1=18.15KN/m

同理：

顶板上传递给主梁的线荷载（按梯形荷载考虑）：

Pf=Pf=（1-2a2+a3）P×2

=[1-2×（0.5×LO1/LO2）2+（0.5×LO1/LO2）3]×20×2

=20×（1-2×0.11+0.04）×2=32.8KN/M

P总=F主+Pf=18.15+32.8=50.96KN/M

（2）后浇带处梁下支撑方案

通过计算可知，汽车传递的最大集中荷载为V=F=588KN；为了确保安全，并保证梁底加固和板底加固结构稳定性，通过钢结构设计考虑正常使用极限状态下，加固结构的强度、整体稳定和局部稳定三个方面。

1、已知行车区域内是顶板主梁与后浇带方向垂直，并根据第1条的主梁线荷载计算可知P总=F主+Pf=18.15+32.8=50.95KN/M；初步选型为：

每根梁端头用2根22b工字钢梁连接，支撑用两根20a工字钢进行加固，钢材采用Q235钢。

（1）跨中最大弯矩、最大剪力设计值（固结）：

MX=1/2P总L2/24=1/2×50.95×82/24=67.94KN·M

根据抗弯强度选择截面，梁所需要的净截面抵抗距为：

Wnx=MX/（γx·f）=67940×102/（1.05×215×102）=301㎝3

其中：

f-钢材抗拉强度设计值；

γx-截面塑性发展系数，双轴对称工字形截面取1.05

查钢结构附表1，选用Ⅰ22b，单位长度的质量为36.4Kg/m，梁的自重为36.4×9.8=356.72N/m，Ⅰx=3570㎝4，WX=325㎝3，Ⅰx/SX=18.7㎝，tw=12.3㎜。

验算：

梁自重产生的弯矩为：

Mg=1/24×356.72×22=59.5N·m（按2m计算）

总弯矩为：

67940+59.5=67999.5N·m

支座处最大剪力为：

V=1/2×50.95×8=203.8KN

（2）梁弯曲正应力为：

=MX/γx·Wnx=67999.5×103/（1.05×325×103）=199.3N/㎜2〈215N/㎜2

（3）支座处最大剪应力：

?

=V·S/Ⅰ·tw=（203.8×103+1/2×356.72×2）×/18.7×10×12.3

=88.8N/㎜2〈125N/㎜2

（4）梁的局部压应力

梁在承受固定集中荷载处不设置加劲肋时，或承受移动荷载（如轮压）作用时，荷载通过翼缘传至腹板，使之受压。

腹板边缘在压力F作用点处所产生的压应力最大，向两侧边则逐渐减小，其压应力的实际分布并不均匀。

在腹板计算高度边缘处的局部压应力为：

C=ψ·F/tw·lz

其中lz=a+5hy+2hR

F—集中荷载，因为汽车是匀速行驶，根据《结构动力学原理》为了验算上部结构腹板，所以还要乘以动力系数1.2

ψ—集中荷载增大系数，因为已经考虑了动力系数,此处为1.2

a—集中荷载沿梁跨的支撑长度

hy—自梁承载的边缘到腹板计算高度边缘的距离，因为此处采用工字钢，则为翼缘厚度

hR—轨道高度，此处取0

所以带入相关数据:

C=ψ·F/tw·lz

=1.2×295×103/12.3×（200+5×12.3）=110N/mm2

（5）梁的折算应力

当有对腹板产生局部压力

C的集中荷载时，折算应力公式扩展为：

（σ2+σC2-σ·σC+3?

2）1/2≤β1·f

β1—折算应力的强度设计值增大系数,取1.2

带入数据所以经过验算：

（σ2+σC2-σ·σC+3?

2）1/2/β1=210.4N/mm2＜215N/mm2

结论：

所以22b工字钢梁截面满足要求。

2、工字钢下竖向支撑计算：

（1）截面类型判别：

因为现场所用工字钢均为“20a轧制工字钢”，翼缘厚度均小于40mm,且根据支撑情况可知，相对于X轴属于b类截面；

（2）长细比验算：

一般对于受压构件的刚度，是以保证长细比限值λ来实现的，已知车库的净高最大为4.15米，所以最大支撑长度L0X=4.15米、（Y方向的柱计算长度L0Y=1.85米），查《钢结构设计》附录7知：

截面回转半径ix=8.15cm，带入数据知：

λ=L0/ix=4.15×100/8.15=50.92＜[λ]=200

所以：

满足要求

（3）支撑设计：

后浇带每根梁底设置2根I20工字钢，对于轧制工字钢，当其绕X轴失稳时属a类截面类截面，绕Y轴失稳时属b类截面，

λx=L0X/ix=415/8.15=50.92

λy=L0Y/iy=185/2.12=87.26

λy远大于λx，故由λy查《钢结构设计》附表417-1得：

ψ=0.641。

N/ψ·A=295×103/0.641×35.5×102=129.6N/mm＜215N/mm

所以：

梁下支撑满足承载力要求。

（3）后浇带处板底支撑方案

由以上计算可知：

非后浇带处面荷载加固考虑最大为58.21N/m2,该后浇带处仅是60T汽车匀速通过，由以上计算知道其最大面荷载约为20KN/㎡，所以不用继续验算，和其他板下支撑一样。

七、施工区域加固构造及要求

1、非后浇带处加固

满堂支撑架按照前述计算要求的技术参数进行加固处理。

2、后浇带一跨支撑方案

由于后浇带较长时间才能封闭，因此即使不过车辆后浇带一跨模板支撑均不予拆除。

通过后浇带车辆运输材料区域在主体结构施工时，沿后浇带方向各增加600×350暗梁同主体结构一起浇筑，配筋为上下各5根HRB400，直径25钢筋，箍筋为HRB400，直径14@150。

现场缝宽铺设2m宽20厚钢板，下部按方案加固。

在后浇带两侧主、次梁的每一侧梁底设置竖向I20工字钢2根，型钢上下与混凝土接触部分采用20厚钢板作为垫块并焊接连接严实，型钢之间采用［10号槽钢型钢水平焊接连接成整体。

后浇带两侧型钢加固完成后开始满堂支撑加固，混凝土强度达到100%时即可上车通行。

附图:

后浇带处型钢支撑图和顶板材料及通行加固铺设钢板图

后浇带加固立面图

3、材料计划

根据材料堆放及主要行车区域布置图，梁底加固支撑材料计划如下：

支撑部位

型号规格

长度mm

备注

后浇带主梁梁底支撑

20工字钢支撑

3900

后浇带次梁梁底支撑

20工字钢支撑

4100

满堂加固支撑架

48.3×3.0钢管、扣件、顶托、木枋

后浇带处铺钢板

-20×4m×2m

4000/6000

钢板

20mm厚

4、安全技术要求

A、严格按照方案施工，后浇带两侧梁底型钢支撑加固完毕经验收后方可搁置梁底模板；

B、为保证顶板荷载安全，车库顶板钢筋非加密区域，材料堆置荷载严格按照最大60T考虑

C、车辆通行严格控制行车区域，交界处控制在主梁范围内，并用围护栏杆加以隔离；

D、车辆通行区域车辆行驶速度严格控制在25km/h范围内，以避免增大冲击力和制动力；钢筋运输车钢筋卸车严禁倾倒否则增大冲击荷载。

E、砼泵车严禁超出车库顶板钢筋加密区域，砼集中浇筑时，严禁4辆以上汽车同时开行，以免共振破坏；

F、工字钢型钢支撑顶部与底板焊接端头钢板时，贴角焊缝厚度不小于6mm，顶撑加固梁底时应保持竖直，垂直度允许偏差不得超过10mm，以免引起压弯荷载增加；

G、型钢支撑焊接完成后，须进行防锈防腐处理，表面涂刷两道红丹防锈漆。

H、为有效保证型钢支撑竖向受压稳定性，梁底型钢支撑加固完毕后须设置［10号槽钢连系杆。

八、附计算书

扣件钢管楼板模板支架计算书

计算依据《建筑施工模板安全技术规范》（JGJ162-2008）。

计算参数:

钢管强度为205.0N/mm2，钢管强度折减系数取1.00。

模板支架搭设高度为3.5m，

立杆的纵距b=0.60m，立杆的横距l=0.60m，立杆的步距h=1.50m。

面板厚度18mm，剪切强度1.4N/mm2，抗弯强度15.0N/mm2，弹性模量6000.0N/mm2。

木方50×80mm，间距200mm，

木方剪切强度1.6N/mm2，抗弯强度13.0N/mm2，弹性模量9000.0N/mm2。

梁顶托采用双钢管48×3.0mm。

模板自重0.30kN/m2，混凝土钢筋自重25.10kN/m3，施工活荷载49.46kN/m2。

扣件计算折减系数取1.00。

图1楼板支撑架立面简图

图2楼板支撑架荷载计算单元

按照模板规范4.3.1条规定确定荷载组合分项系数如下：

由可变荷载效应控制的组合S=1.2×（25.10×0.20+0.30）+1.30×49.46=70.682kN/m2

由永久荷载效应控制的组合S=1.35×25.10×0.20+0.7×1.30×49.46=51.786kN/m2

由于可变荷载效应控制的组合S最大，永久荷载分项系数取1.2，可变荷载分项系数取1.30

采用的钢管类型为φ48×3.0。

一、模板面板计算

面板为受弯结构,需要验算其抗弯强度和刚度。

模板面板的按照三跨连续梁计算。

考虑0.9的结构重要系数，静荷载标准值q1=0.9×（25.100×0.200×0.600+0.300×0.600）=2.873kN/m

考虑0.9的结构重要系数，活荷载标准值q2=0.9×（0.000+49.460）×0.600=26.708kN/m

面板的截面惯性矩I和截面抵抗矩W分别为:

本算例中，截面惯性矩I和截面抵抗矩W分别为:

W=60.00×1.80×1.80/6=32.40cm3；

I=60.00×1.80×1.80×1.80/12=29.16cm4；

（1）抗弯强度计算

f=M/W<[f]

其中f——面板的抗弯强度计算值（N/mm2）；

　　M——面板的最大弯距（N.mm）；

　　W——面板的净截面抵抗矩；

[f]——面板的抗弯强度设计值，取15.00N/mm2；

M=0.100ql2

其中q——荷载设计值（kN/m）；

经计算得到M=0.100×（1.20×2.873+1.30×26.708）×0.200×0.200=0.153kN.m

经计算得到面板抗弯强度计算值f=0.153×1000×1000/32400=4.712N/mm2

面板的抗弯强度验算f<[f],满足要求!

（2）抗剪计算

T=3Q/2bh<[T]

其中最大剪力Q=0.600×（1.20×2.873+1.3×26.708）×0.200=4.580kN

　　截面抗剪强度计算值T=3×4580.0/（2×600.000×18.000）=0.636N/mm2

　　截面抗剪强度设计值[T]=1.40N/mm2

面板抗剪强度验算T<[T]，满足要求!

（3）挠度计算

v=0.677ql4/100EI<[v]=l/250

面板最大挠度计算值v=0.677×2.873×2004/（100×6000×291600）=0.018mm

面板的最大挠度小于200.0/250,满足要求!

（4）2.5kN集中荷载作用下抗弯强度计算

经过计算得到面板跨中最大弯矩计算公式为M=0.2Pl+0.08ql2

面板的计算宽度为1200.000mm

集中荷载P=2.5kN

考虑0.9的结构重要系数，静荷载标准值q=0.9×（25.100×0.200×1.200+0.300×1.200）=5.746kN/m

面板的计算跨度l=200.000mm

经计算得到M=0.200×0.9×1.30×2.5×0.200+0.080×1.20×5.746×0.200×0.200=0.139kN.m

经计算得到面板抗弯强度计算值f=0.139×1000×1000/32400=4.292N/mm2

面板的抗弯强度验算f<[f],满足要求!

二、模板支撑木方的计算

木方按照均布荷载计算。

1.荷载的计算

（1）钢筋混凝土板自重（kN/m）：

q11=25.100×0.200×0.200=1.004kN/m

（2）模板的自重线荷载（kN/m）：

q12=0.300×0.200=0.060kN/m

（3）活荷载为施工荷载标准值与振捣混凝土时产生的荷载（kN/m）：

经计算得到，活荷载标准值q2=（49.460+0.000）×0.200=9.892kN/m

考虑0.9的结构重要系数，静荷载q1=0.9×（1.20×1.004+1.20×0.060）=1.149kN/m

考虑0.9的结构重要系数，活荷载q2=0.9×1.30×9.892=11.574kN/m

计算单元内的木方集中力为（11.574+1.149）×0.600=7.634kN

2.木方的计算

按照简支梁计算，最大弯矩考虑为静荷载与活荷载的计算值最不利分配的弯矩和，计算公式如下:

均布荷载q=7.634/0.600=12.72