车库顶板行车区域支撑补强方案.docx
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车库顶板行车区域支撑补强方案
明发锦绣华城
地下车库顶板行车道支撑方案
一、项目概况:
沈阳明发锦绣华城项目地下车库顶板已经施工完成。
因施工需要项目现场需要迁移到地下室顶板上,为了满足施工运输和顶板安全需要,场地迁设前需要对地下车库混凝土顶板进行必要验算,如不满足施工荷载要求,需要对顶板进行必要支顶加固。
重型机械设备的行走,按车辆荷载(含自重)为60吨,轮胎左右间距2.9m,前后轴距4.45m,每个后轮的集中压力为Q1=20吨,每个前轮的集中压力为Q2=10吨。
针对现场情况对地下室顶板的内力及承载能力进行验算。
已知,地下一层基础持力层为第②层粘土层,承载力特征值为Fa=150KPa,地下二层基础持力层为第③层粘土层,承载力特征值为Fa=180Kpa;
地下车库顶板可变荷载标准值按Q3=10.0KN/m2设计;
地下车库顶板静荷载取值按Q4=1.6x18=28.8KN/m2
地下室顶板厚400mm,混凝土现浇无梁楼盖体系,混凝土强度等级C30,框架柱550mm×550mm,混凝土强度等级为C40。
二、加荷后内应力计算:
加荷方式验算按两种模型考虑,一种是重载车辆作用于板跨中间(如下图1)的计算模型,另一种是重载车辆后轮作用于跨中(如下图5)的计算模型。
通过建模分别计算出各种形势下所产的内应力,然后确定出:
跨中板带最大弯矩、跨中板带最大剪力、柱帽处最大负弯矩、柱帽处最大剪力。
内力分析采用Midas/Gen软件,建立3×3无梁板区格,并考虑柱帽处厚度变化。
每个区格尺寸8m×8m,按0.5m×0.5m的尺寸划分单元。
重车荷载简化为4个集中荷载,两个前轮竖向荷载分别是10吨(100KN),两个后轮竖向荷载分别是20吨(200KN)。
荷载组合=1.2恒载+1.4活载。
计算两种荷载情况,图1~图4为重车作用在跨中;图5~图8为重车后轮作用在跨中。
模型和内力如图1~8所示。
图1重车作用在跨中的计算模型
图2重车作用在跨中时X方向的弯矩图
(跨中最大正弯矩
105KN/m;柱帽最大负弯矩725KN/m
)
图3重车作用在跨中时Y方向的弯矩图
(跨中最大正弯矩852
KN/m;柱帽最大负弯矩683KN/m
)
图4重车作用在跨中时的剪力图
(跨中板带处最大剪力274KN/m柱帽根部处最大剪力1005KN/m)
图5后轮位于跨中的计算模型
图6后轮位于跨中时X方向的弯矩图
(跨中最大正弯矩112KN/m
;柱帽最大负弯矩728KN/m
)
图7后轮位于跨中时Y方向的弯矩图
(跨中最大正弯矩135KN/m
;柱帽最大负弯矩709KN/m
)
图8后轮位于跨中时的剪力图
(跨中板带处最大剪力277KN/m柱帽根部处最大剪力1016KN/m)
从以上Midas/Gen软件建模计算结果得知:
跨中最大弯矩为852KN/m,柱帽处最大负弯矩为728KN/m;跨中最大剪力277KN/m
,支座最大剪力1016KN/m
。
三.承载力验算
按照《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002),取1m宽板带进行验算。
屋梁楼盖钢筋配置如下图所示:
(一)跨中板带正截面受弯承载力
跨中板带两个方向配筋相同,板面均配置C14@250,板底均配置C14@120。
1m宽板带面筋4C14,底筋8C14。
计算参数:
C30混凝土强度设计值fc=14.3N/mm2
,b=1000mm
;
as=27mm;as/=37mm;fy=fy/=360N/mm2
As=8×72×π=1231mm2;As/=4×72×π=615mm2
h0=H-as=400-27=373mm
按照规范公式7.2.1-2,混凝土受压区高度:
α1fcbx=fyAs-f'yA's
由于混凝土强度小于C80,故,α1=1.0
所以,1.0×14.3×1000×x=360×1231-360×615
x=15.5mm
按照规范公式7.1.2-5,正截面的混凝土极限压应变:
εcu=0.0033-(fcu,k-50)×10-5
由于正截面混凝土处于非均匀受压状态,故取
εcu=0.0033
根据规范7.1.4-1相对界限受压区高度:
x≤ξbh0(7.2.1-3)
x≥2α'(7.2.1-4)
其中,钢筋屈服点
所以,ξbh0=0.52×373=194mm;2a'=2*40=80mm
x=15.5mm≤194mm,满足(7.2.1-3)公式要求;
x=15.5mm≯2a'=2*37=74mm,不满足(7.2.1-4)公式要求;
不满足规范公式7.2.1-4,根据规范7.2.5条,正截面受弯承载力应符合下列规定:
M≤fyAs(h-as-a's)(7.2.5)
fyAs(h-as-a's)=360×1231×(400-37-27)=148.9KNm
跨中X方向弯矩允许值[Mxmax]=148.9KNm
跨中Y方向弯矩允许值[Mymax]=148.9KNm
(二)跨中板带斜截面承载力
按照规范7.5.3条,不配置箍筋和弯起钢筋的一般板类受弯构件,其斜截面的受剪承载力应符合下列规定:
V≤0.7βh×ft×b×h0(7.5.3-1)
βh=(800/h0)1/4(7.5.3-2)
截面高度影响系数βh,(当h0<800mm时,(7.5.3-2)式中取h0=800mm)。
βh=(800/h0)1/4=(800/800)1/4=1
C30混凝土轴心抗拉强度设计值
ft=1.43N/mm2
,
跨中板带斜截面的受剪承载力允许值为:
[V]=0.7βhftbh0=0.7×1×1.43×1000×373=373.4KN/m
(三)柱上板带正截面受弯承载力
垂直板带方向:
板面配(2C14+C14)@250,板底配C14@120;
沿着板带方向:
板面配C16@250,板底配C16@100。
取1m宽板带,垂直板带方向的面筋12C14,底筋9C14;沿着板带方向的面筋4C16,底筋10C16。
1、垂直板带方向的受弯承载力计算:
计算参数:
C30混凝土强度设计值fc=14.3N/mm2;
钢筋设计强度值fy=fy/=360n/mm2;
板带截取宽度b=1000mm;
as=27mm;as/=37mm;
As=12×72×π=1847mm2;As/=9×72×π=1385mm2
h0=H-as=400-27=373mm
按照规范公式7.2.1-2,混凝土受压区高度:
α1fcbx=fyAs-f'yA's
由于混凝土强度小于C80,故,α1=1.0
所以,1.0×14.3×1000×x=360×1847-360×1385
x=11.63mm
按照规范公式7.1.2-5,正截面的混凝土极限压应变:
εcu=0.0033-(fcu,k-50)×10-5
由于处于非均匀受压状态,故取
εcu=0.0033;
又从前计算结果已知钢筋屈服点ξb=0.52
根据规范7.1.4-1相对界限受压区高度符合以下公式要求:
x≤ξbh0(7.2.1-3)
x≥2α'(7.2.1-4)
所以,ξbh0=0.52×373=194mm;2a'=2*37=74mm
x=11.63mm≤194mm,满足(7.2.1-3)公式要求;
x=11.63mm≯2a'=2*37=7m4m,不满足(7.2.1-4)公式要求;
不满足规范公式7.2.1-4,根据规范7.2.5条,正截面受弯承载力应符合下列规定:
M≤fyAs(h-as-a's)(7.2.5)
[M]=fyAs(h-as-a's)=360×1385×(400-37-27)=167.53KNm
即,垂直于柱上板带板方向弯矩允许值[M]=167.53KNm
2、沿着板带方向的受弯承载力计算,计算参数:
;
C30混凝土强度设计值fc=14.3N/mm2;
fy=fy/=360n/mm2
b=1000mm;
as=28mm;as/=38mm;
As=10×82×π=2010mm2;As/=4×82×π=804mm2
h0=H-as=400-28=372mm
按照规范公式7.2.1-2,混凝土受压区高度:
α1fcbx=fyAs-f'yA's
由于混凝土强度小于C80,故,α1=1.0
所以,1.0×14.3×1000×x=360×2010-360×804
x=30.4mm
按照规范公式7.1.2-5,正截面的混凝土极限压应变:
εcu=0.0033-(fcu,k-50)×10-5
由于处于非均匀受压状态,故取
εcu=0.0033;
又从前计算结果已知钢筋屈服点ξb=0.52
根据规范7.1.4-1相对界限受压区高度符合以下公式要求:
x≤ξbh0(7.2.1-3)
x≥2α'(7.2.1-4)
所以,ξbh0=0.52×372=193.4mm;2a'=2*37=88mm
x=30.4mm≤193.4mm,满足(7.2.1-3)公式要求;
x=30.4mm≯2a'=2*38=76mm,不满足(7.2.1-4)公式要求;
不满足规范公式7.2.1-4,根据规范7.2.5条,正截面受弯承载力应符合下列规定:
M≤fyAs(h-as-a's)(7.2.5)
[M]=fyAs(h-as-a's)=360×2010×(400-28-38)=241.68KNm
即,沿柱上板带板方向弯矩允许值[M]=241.68KNm
(四)柱上板带斜截面承载力
按照规范7.5.3条,不配置箍筋和弯起钢筋的一般板类受弯构件,其斜截面的受剪承载力应符合下列规定:
V≤0.7βh×ft×b×h0(7.5.3-1)
βh=(800/h0)1/4(7.5.3-2)
截面高度影响系数βh,(当h0<800mm时,(7.5.3-2)式中取h0=800mm)。
βh=(800/h0)1/4=(800/800)1/4=1
C30混凝土轴心抗拉强度设计值
ft=1.43N/mm2
,斜截面的受剪承载力为
[V]=0.7βhftbh0=0.7×1×1.43×1000×372=373.37KN/m
即,
柱上板带斜截面的受剪承载力[V]=373.37KN/m
(五)柱帽正截面负弯矩受弯承载力
柱帽两个方向配筋相同,板面均配置(2C18+C16)@250,板底配C16@100。
取1m宽板带面筋8C18+4C16,底筋10C16。
计算参数:
C30混凝土强度设计值fc=14.3N/mm2;fy=fy/=360n/mm2
b=1000mm;as=52mm;as/=28mm;
h0=H-as=1000-52=948mm
As=(8×92+4×82)×π=2839mm2;As/=10×82×π=2010mm2
按照规范公式7.2.1-2,混凝土受压区高度:
α1fcbx=fyAs-f'yA's
由于混凝土强度小于C80,故,α1=1.0
所以,1.0×14.3×1000×x=360×2839-360×2010
x=20.87mm
按照规范公式7.1.2-5,正截面的混凝土极限压应变:
εcu=0.0033-(fcu,k-50)×10-5
由于处于非均匀受压状态,故取
εcu=0.0033;
又从前计算结果已知钢筋屈服点ξb=0.52
根据规范7.1.4-1相对界限受压区高度符合以下公式要求:
x≤ξbh0(7.2.1-3)
x≥2α'(7.2.1-4)
所以,ξbh0=0.52×948=493mm;2a'=2*30=60mm
x=20.87mm≤493mm,满足(7.2.1-3)公式要求;
x=20.87mm≯2a'=2*28=56mm,不满足(7.2.1-4)公式要求;
不满足规范公式7.2.1-4,根据规范7.2.5条,正截面受弯承载力应符合下列规定:
M≤fyAs(h-as-a's)(7.2.5)
fyAs(h-as-a's)=360×2839×(1000-52-28)=940.3KNm
柱帽正截面X方向弯矩允许值Mxmax=940.3KNm
柱帽正截面X方向弯矩允许值Mymax=940.3KNm
(六)柱帽斜截面承载力
按照规范7.5.3条,不配置箍筋和弯起钢筋的一般板类受弯构件,其斜截面的受剪承载力应符合下列规定:
V≤0.7βh×ft×b×h0(7.5.3-1)
βh=(800/h0)1/4(7.5.3-2)
又知h0=950mm,截面高度影响系数βh为:
βh=(800/h0)1/4=(800/948)1/4=0.95795
C30混凝土轴心抗拉强度设计值
ft=1.43N/mm2
,柱帽斜截面的受剪承载力为
[V]=0.7βhftbh0=0.7×0.95845×1.43×1000×948=909.5KN/m
即,
柱帽斜截面的受剪承载力允许值[V]=910KN/m
四.结论
根据内力计算及承载力验算,得出以下结果:
1.跨中板带最大弯矩为852KN/m,小于
正截面受弯承载力149KN/m
(不可);
2.跨中板带最大剪力277KN,小于斜截面承载力373KN
(可);
3.柱帽处最大负弯矩为728KN/m,大于
正截面受弯承载力941KN/m
(可);
4.柱帽处最大剪力
1016KN,小于
斜截面承载力910KN
(不可)。
除柱帽处剪力超过斜截面承载力外,其余部位承载能力足够。
柱帽处配筋未记,加上弯起钢筋,抗剪承载力在混凝土现龄期强度能够设计强度的条件下应该足够。
考虑到简化计算模型并非与实际结构完全一致,加上已计及各种最不利情况,柱帽处剪力超过设计承载力,施工中,可以采取重车缓慢通过解决,这样将车辆荷载近似为静载,则剪力在承载能力范围之内。
考虑到混凝土泵车瞬间冲击力及市场上商砼的配合比与理论有偏差,及养护条件对实际混凝土强度的影响,在跨中再增加支撑系统,具体附图所示。
五、楼板支撑体系验算:
支撑体系竖向及横向钢管均所采用的钢管均为Ø48×3.25碗扣式脚手架钢管,剪刀撑钢管为Ø48×3.25普通脚手架钢管。
1、支撑立柱稳定性验算:
取计算单元和划受力简图。
以竖向支撑立管为中心选定0.6m2见方的地下室顶板为计算单元为荷载计算单元;选取立管约束最大段(h=1000mm)为受力验算杆件。
2、计算立柱所受的荷载:
地下室混凝土顶板的实际强度按设计强度进行考虑,为了确保支撑体系的安全性,求的受力单元内作用在竖向支撑立管上的荷载,计算出单根竖向支撑立管的强度、刚度和稳定性。
考虑到后车轮居于板跨中部时所产生弯矩及剪力最大。
单侧后轮由四个平行轮胎组成一个受力单元,此受力单元内至少由12根竖向钢管支撑承担。
受力计算单元见下图所示:
已知,地下车库顶上面板覆土按1.6m厚考虑,即板静荷载值按Q3=1.6x18=28.8KN/m2,园区内顶板上部消防车行驶所生的可变荷载标准值按Q4=10.0KN/m2设计。
施工荷载组合系数为ζ=1.2恒载+1.4活载=2.6;
根据上图所示,受力单元作用在竖向支撑立管的数量N为:
N={N中+(N侧×0.5)×2侧}ζ=4+(4×0.5)×2=8根
考虑到竖向支撑杆件
作用面积S=(0.1+0.35+0.1)×(0.3+1.3+0.3)=1.045mm2,另外,为了安全考虑,可能存在杆件支顶不完全同时受力,需设定修正系数ζ/=0.75
所以
P={Q1-(Q3+Q4)×S}/N×ζ×ζ/
={200-(38.8×1.045)}/8×2.6×75%
=159.5/6×2.6
=69.2KN/根
按1000mm高度的步距进行横杆设置,即h=1000mm
其中,μ=1.0;L=L0=1000mm;d=Ф48×3.25mm
钢管立柱轴惯性距为:
J=(π484/32)-(π41.54/32)=229835(mm4)
钢管截面积为:
A={(482-41.52)/22}×л=456.67mm2
所以,
r=√(J/A)=√(229835/456.67)=22.43(mm)
λ=L0μ/r=1000×1/22.43=44.583
所以,当λ=44.583时,依《施工手册》查表得知,推算出折减系数Φ=0.904,所以:
P/(AΦ)=[69.2(KN)]/[456.67mm2×0.904]=168MPa
又知,脚手架钢管受压承载时的允许应力[δ]=205MPa
即P/(AΦ)<[δ]=205MPa
本方案的支撑立柱稳定可靠,满足安全施工要求。
五.支撑体系施工质量要求:
1、本方案依据碗扣式脚手架各项技术指标进行设计及各项验算,施工中必须按采用碗扣式脚手架。
2、所有投入到本支撑体系内的脚手架杆件使用前必须进行严格检查,确保所用杆件均无裂痕、无缺陷、无开裂,确保杆件的平直度。
3竖向杆件不允许有搭接,如有连接,所有竖向支撑杆件的连接必须为对接式,且要求对接接头要满足杆件强度要求。
在同一截面内对接连接接头含量不允许大于25%。
4、每根竖向支撑钢管必须穿戴专用定型钢制底座,且,底座必须坐在良好的硬质跳板上。
如果楼板面不平导致与木跳板出现空隙,需要在铺设跳板前用C20细石混凝土将凹处填平。
5、每根竖向支撑钢管上部的螺旋支托必须顶紧与楼板间木方。
木方要求良好无节的硬质木方。
6、必须按要求布置横向短管,并且要求横、竖向钢管锁紧。
7、按方案要求设置剪刀撑,横向每5m设置一道,剪刀撑钢管与竖向及横向钢管的节点均用扣件进行有效锁紧。
8、安装完成后,安排专人进行定期检查,确保支撑体体系的安全。