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