结构加固托梁换加固柱支撑方案.docx
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结构加固托梁换加固柱支撑方案
天津市医疗废物集中处理中心地下室和办公楼加固工程
地下室G轴四根框架柱加固专项支撑托换方案
编制：
审核：
批准：
北京发研工程技术有限公司
天津市医疗废物集中处理中心工程项目经理部
2014年8月1日
1.编制说明
本工程位于天津市静海区，根据《天津市医疗废物集中处理中心地下室和办公楼加固工程》施工图S-04有5根框架柱需要加固，分别位于G/7.9.10.12.14轴，其中G/7.9.10.12轴框架柱受损较重，需加固框架柱截面均为700*700，地下至地上一层加固，其余层不加固。
地下加固柱为四面加固每面加大100mm，地上一层为三面加固，室内每面各加大100mm。
其中地下室框架柱在结构标高0.25处以G轴往南为中段纯地下室顶板，结构标高1.410位置处以G轴往北为综合办公楼地下室顶板。
根据设计要求，受损较重框架柱加固前，柱头损伤的混凝土应剔除，直至坚硬部位；剔凿表面应清理干净，做好界面处理，避免出现冷缝；采用灌浆料掺微膨胀剂，采取压力注浆等方式，结合柱加大截面灌注，确保强度和密实度；在梁柱节点范围内应加密箍筋间距，确保施工质量,在剔凿施工前，应对剔凿的柱进行可靠地支撑托换，支撑方案应考虑上部各层结构和非结构构件等恒载、活荷载，支撑系统应进行承载力和稳定性计算。
为此，我公司经过多次方案论证，认为采用钢管支撑托换卸荷法既能满足结构水平构件受力荷载也能保证结构纵向受力荷载。
2.编制依据
2.1施工图纸
2.1.1根据建设单位提供的天津市医疗废物集中处理中心地下室和办公楼加固工程的施工图纸
图纸名称
图纸楼号
出图日期
结构施工图
S-01—S-13
2014年4月30日
2.2设计规范
序号
名称
编号
1
混凝土结构设计规范
GB50010-2010
2
混凝土结构加固设计规范
GB50367-2006
3
钢结构设计规范
GB50017-2003
3.施工流程
3.1钢支撑施工流程
4.地下室钢支撑计算书
4.1恒载计算
4.1.1以办公楼地下室G/9轴框架柱竖向受力荷载计算为例。
4.1.2地下室G/9轴阴影部位框架柱竖向受力荷载计算。
G/9轴地下室柱主要承受结构自重荷载，受力分析如下：
G/9轴受力面积：
7.9×8.4=66.36m2
单层每平米按12KN/m2
p=12×7.9×8.4=796.32kn/m2
G/9总受力图计算
9/G总P应力=796.32+12×7.4/2×8.4×4=2288.16kn/m2
根据现场实际情况，每根框柱可设置三根钢支撑托换卸荷。
Pcr=2288.16/3=763Kn
根据欧拉公式：
Pcr=π²*E*I/（uL）²
763*10³N=π²*E*I/（uL）²
=π²*2.1*105*I/（2*7000）2
I=763*103*4*49*106*104/3.142*2.1*105
=7215cm4
4.2钢支撑稳定性计算
已知I截面惯性距为7215cm4，安全系数取1.5
钢管截面惯性矩为：
7215*1.5=10822.5cm4
根据钢结构设计手册查表外径325mm钢管壁厚12mm满足本次支撑要求。
4.3钢支撑长细比验算
4.3.1.根据《钢结构设计规范》GB50017-2003第5.3.8条
项次
构件名称
容许长细比
1
柱、桁架和天窗架结构
150
柱的缀条、吊车梁或吊车桁架以下的柱间支撑
2
支撑（吊车梁或吊车桁架以下的柱间支撑除外）
200
用以减少受压构件长细比的杆件
钢支撑长6.8米、钢柱直径325mm，壁厚12mm，一端固定，一端自由。
计算如下：
计算如下：
D=32.5cm，d=31.3cm，
=680cm，
=2
长细比公式：
=680×2=1360
I—构件的截面惯性矩。
对于圆管截面的惯性矩为
A—圆管截面A=
可得回转半径i=
=
=√2035.94/4=11.28
=1360/11.28=120.567≤150满足稳定性
4.4支撑柱脚垫板计算
支撑柱为外径325mm刚管，柱脚钢材为Q235钢，N=796.32kN，基础梁混凝土采用C40，考虑了局部受压的有利作用后用抗压强度设计值fc=15.5N/mm2，钢材抗压性能见下表；
钢材
抗拉、抗压和抗弯f
抗剪
fv
端面承压（刨平顶紧）fce
牌号
厚度或直径（mm）
Q235钢
≤16
215
125
325
＞16~40
205
120
＞40~60
200
115
＞60~100
190
110
地下室砼局部压强验算σ=N/A=2288*103/3/600*600=2.1Mpa首层梁局部压强验算σ=（2288-796.32）*103/3/500*500=5.5Mpa5.地下钢支撑施工方案
5.1钢支撑节点设计
5.1.1地下室钢管支撑平面分布图及节点做法；
5.2钢支撑剪刀撑设计
6.脚手架卸荷计算书
6.1办公楼卸荷架搭设区域
办公楼B1层-4层卸荷主要是将框架柱区域承受的板、梁、填充墙、屋面做法等自重荷载通过脚手架层层卸荷，将此区域内的板梁填充墙屋面做法等荷载通过脚手架层层传递至筏板面层，由筏板分摊此区域的荷载，这样，框架柱只承受自重荷载，大大减轻了框架柱分摊的荷载。
6.2办公楼地下室顶板荷载计算
以办公楼下室9-10/F-G轴荷载受力区为例计算脚手架稳定性。
6.1.1办公楼卸荷部位参数
办公楼满堂红钢管卸荷脚手架架横向间距或排距（m）:
1.2；纵距（m）:
1.2；步距（m）:
地下1.8m，地上1.5m
卸荷支架搭设高度（m）:
地下6.8m，地上3.2m；
采用的钢管（mm）:
Φ48×3.5；板底支撑连接方式:
方木支撑；
板顶面铺脚手板；
立杆承重连接方式:
双扣件，取扣件抗滑承载力系数:
0.80；
6.1.2静荷载标准值包括以下内容：
（1）木顶撑的自重（kN）：
NG1=0.119kN
（2）屋面材料自重（kN）：
NG2=4.2*8.4*0.5*0.8=141.12KN
（3）钢筋混凝土楼板自重（kN）：
NG3=4.2*8.4*0.15*2.5=132.3KN
（4）钢筋混凝土梁自重（kN）：
NG4=4.2*0.6*0.3*2.8*2+0.6*0.3*8.4*2.8=84.67KN
（5）填充墙自重（kN）：
NG5=3.2*8.4*0.24*1.2=221.18KN
经计算得到，静荷载标准值；
NG=（0.2+141.12+132.3+84.67+221.18）/4.2*8.4=579.47/35.28=16.425KN/m2；
6.1.3施工产生的活荷载
活荷载标准值NQ=2.000kN
.不考虑风荷载时,立杆的轴向压力设计值计算公式
N=1.20NG+1.40NQ=1.2*16.425+1.4*2=22.51KN/m2
N应力=22.51*1.2*1.2=32.414KN
6.1.4.立杆的稳定性计算公式
σ=N/（φA）≤[f]
N----立杆的轴心压力设计值（kN）：
N=32.414kN；
φ----轴心受压立杆的稳定系数,由长细比Lo/i查表得到；
i----计算立杆的截面回转半径（cm）：
i=1.59cm；
A----立杆净截面面积（cm2）：
A=4.89cm2；
W----立杆净截面模量（抵抗矩）（cm3）：
W=5.08cm3；
σ--------钢管立杆受压应力计算值（N/mm2）；
[f]----钢管立杆抗压强度设计值：
[f]=205N/mm2；
L0----计算长度（m）；
根据《扣件式规范》，立杆计算长度L0有两个计算公式L0=kuh和L0=H+2a，为安全计，取二者间的大值，即L0=H+2a；
H=立杆水平步距H=1500
k----计算长度附加系数，取1.155；
μ----考虑脚手架整体稳定因素的单杆计算长度系数，取1.7；
a----立杆上端伸出顶层横杆中心线至模板支撑点的长度；a=0.085m；
6.1.5长细比验算
得到计算结果立杆计算长度L0=H+2a=1500+2*0.085=1670mm
λ=L0/i=1670/15.8=105.696；（查表长细比系数为0.428）
长细比λ=105.696<250满足要求
Q235-A钢轴心受压构件的稳定系数φ
λ
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0
1.000
0.997
0.995
0.992
0.989
0.987
0.984
0.981
0.979
0.976
10
0.974
0.971
0.968
0.966
0.963
0.960
0.958
0.955
0.952
0.949
20
0.947
0.944
0.941
0.938
0.936
0.933
0.930
0.927
0.924
0.921
30
0.918
0.915
0.912
0.909
0.906
0.903
0.899
0.896
0.893
0.889
40
0.886
0.882
0.879
0.875
0.872
0.868
0.864
0.861
0.858
0.855
50
0.852
0.849
0.846
0.843
0.839
0.836
0.832
0.829
0.825
0.822
60
0.818
0.814
0.810
0.806
0.802
0.797
0.793
0.789
0.784
0.779
70
0.775
0.770
0.765
0.760
0.755
0.750
0.744
0.739
0.733
0.728
80
0.722
0.716
0.710
0.704
0.698
0.692
0.686
0.680
0.673
0.667
90
0.661
0.654
0.648
0.641
0.634
0.625
0.618
0.611
0.603
0.595
100
0.588
0.580
0.573
0.566
0.558
0.551
0.544
0.537
0.530
0.523
110
0.516
0.509
0.502
0.496
0.489
0.483
0.476
0.470
0.464
0.458
120
0.452
0.446
0.440
0.434
0.428
0.423
0.417
0.412
0.406
0.401
130
0.396
0.391
0.386
0.381
0.376
0.371
0.367
0.362
0.357
0.353
140
0.349
0.344
0.340
0.336
0.332
0.328
0.324
0.320
0.316
0.312
150
0.308
0.306
0.301
0.298
0.294
0.291
0.287
0.284
0.281
0.277
160
0.274
0.271
0.268
0.265
0.262
0.259
0.256
0.253
0.251
0.248
170
0.245
0.243
0.240
0.237
0.235
0.232
0.230
0.227
0.225
0.223
180
0.220
0.218
0.216
0.214
0.211
0.209
0.207
0.205
0.203
0.201
190
0.199
0.197
0.195
0.193
0.191
0.189
0.188
0.186
0.184
0.182
200
0.180
0.179
0.177
0.175
0.174
0.172
0.171
0.169
0.167
0.166
210
0.164
0.163
0.161
0.160
0.159
0.157
0.156
0.154
0.153
0.152
220
0.150
0.149
0.148
0.146
0.145
0.144
0.143
0.141
0.141
0.139
230
0.138
0.137
0.136
0.135
0.133
0.132
0.131
0.130
0.129
0.128
240
0.127
0.126
0.125
0.124
0.123
0.122
0.121
0.120
0.119
0.118
250
0.117
—
—
—
—
—
—
—
—
—
当λ>250时,φ=7320/λ2
6.1.6架体稳定性验算
计算得出长细比lo/i轴心受压立杆的稳定系数φ=0.551；
钢管立杆受压应力计算值；σ=32414/（0.551×489）=120.30N/mm2；
立杆稳定性计算σ=120.30N/mm2小于钢管立杆抗压强度设计值[f]=205N/mm2，满足要求！
7.地上工字钢卸荷计算书
7.1.工字钢性能参数表
型号
尺寸/mm
截面面积/cm2
理论质量/（kg/m）
参考数值
X～X
Y-Y
h
b
d
t
r
r1
Ix/cm4
Wx/cm3
ix/cm
Ix:
Sx
Iy/cm4
Wy/cm3
iy/cm
10
100
68
4.5
7.6
6.5
3.4
14.345
11.261
245
49
4.14
8.59
33.0
9.72
1.52
12.6
126
74
5.0
8.4
7.0
3.5
18.118
14.223
488
77.5
5.20
10.8
46.9
12.7
1.61
14
140
80
5.5
9.1
7.5
3.8
21.516
16.890
712
102
5.76
12.0
64.4
16.1
1.73
16
160
88
6.0
9.9
8.0
4.0
26.131
20.513
1130
141
6.58
13.8
93.1
21.2
1.89
18
180
94
6.5
10.7
8.5
4.3
30.756
24.143
1660
185
7.36
15.4
122
26.0
2.00
20a
200
100
7.0
11.4
9.0
4.5
35.578
27.929
2370
237
8.15
17.2
158
31.5
2.12
20b
200
102
9.0
11.4
9.0
4.5
39.578
31.069
2500
250
7.96
16.9
169
33.1
2.06
22a
220
110
7.5
12.3
9.5
4.8
42.128
33.070
3400
309
8.99
18.9
225
40.9
2.31
22b
220
112
9.5
12.3
9.5
4.8
46.528
36.524
3570
325
8.78
18.7
239
42.7
2.27
25a
250
116
8.0
13.0
10.0
5.0
48.541
38.105
5020
402
10.2
21.6
280
48.3
2.40
25b
250
118
10.0
13.0
10.0
5.0
53.541
42.030
5280
423
9.94
21.3
309
52.4
2.40
28a
280
122
8.5
13.7
10.5
5.3
55.404
43.492
7110
508
11.3
24.6
345
56.6
2.50
7.2工字钢取值
《钢结构设计规范》GB50017-2003表3.4.1-1
钢材
抗拉、抗压和抗弯f
抗剪fv
端面承压（刨平顶紧）fce
牌号
厚度或直径（mm）
Q235钢
≤16
215
125
325
＞16~40
205
120
＞40~60
200
115
＞60~100
190
110
7.3工字钢选择
根据以上两表地上选用3根20a工字钢，地下选用25a工字钢，材质为Q235钢,依据《钢结构设计规范》GB50017-2003表5.1.1-1对本次选用刚性支撑验算公式如下：
σ=N/An≤f
7.4工字钢强度验算
工20a立柱构件强度计算最大应力p=12*7.4/2*8.4*4=1492KN
σ=N/An=1492*103/3/3557.8=140Mpa≤f
地上工20a立柱构件强度验算满足。
根据计算得出，地上一层每根加固柱距梁端部1.2米处需支撑三根工字钢20a替代砼柱纵向受力荷载，二层至四层加固同轴柱也需在同位置支撑工20a，确保钢支撑竖向受力，轴心力不偏移。
7.5地上工字钢支撑方案
7.5.1现场实际测量每根增大截面柱梁底距顶板上皮净距尺寸后在截取工字钢上下端部焊接端头板，地上钢支撑分布图如下。
7.5.2工字按现场实测尺寸下料，使用线坠或者铅垂仪从柱头和梁端部交接处，以柱为基点向梁方向返1.2米，用线坠往地面返点，为工字钢的定位点，并画出定位线。
7.5.2为防止工字钢在安装时倾倒，先用膨胀螺栓将垫板与混凝土面固定，工字钢顶部端头板用膨胀栓与梁或者顶板处固定。
工字钢底部端头板与垫板保持2cm用底部锚板临时固定，待三根工字梁均安装到位后在加设撑杆，撑杆为75×8角钢，节点作法见下图。
.为保证结构不受扰动，一层至四层钢支撑卸荷时，必须垂直于地下室钢支撑，禁止错位支撑，防止轴心位移。
.一层至四层钢支撑定位支撑方式同地下室，根据计算结果，地上部分钢支撑使用工20a。
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