基础劲性柱内置超长型钢整体安装施工

基础劲性柱内置超长型钢整体安装 施工

马芸芸

江苏金土木建设集团有限公司上海分公司， 上海 201801

摘要：依托苏州市吴江区A2-2地块商服用房项目，介绍了深基坑施工中基础劲性柱内置超长钢柱的施工决策以及整体安装工程中的施工方法，通过对现场施工环境的介绍确定了施工加固区域，对加固方法进行了详细介绍并对受力区域的受力情况进行验算，该方案顺利加快了基础结构的施工进度，保证了基坑围护的安全，圆满完成最初制定的施工目标。

1 工程概况

A2-2地块商服用房项目位于苏州市吴江区，占地面积10370.88m²，深基坑基础筏板标高为-14.850m，设计纵轴线由ABCDEFGHJKLMN轴，总长93.6米，设计横轴线由1—12轴，总宽110.8米。工程设计由A—N轴均为地下室三层设计，J—N轴为多层裙房（标高：±0.000m-20.70m），C轴—J轴（标高：20.70-204.19）为超高层建筑共计51层，屋顶标高210.400m。基础中钢结构施工特点是混凝土框架柱（约束边缘柱）包裹劲性钢柱，钢柱的形式有H型、十字型等，大部分为重型柱结构。

2 现场施工环境及超长钢柱整体施工决策

2.1 现场状况：

基坑围护采用三轴搅拌桩＋锚杆的方式，锚杆的设计有效期为一年，总包方进场时锚杆施工完成已10个月，为保证基坑的安全必须在3个月之内完成负二层传力带的施工，但现场无临时场地，钢结构构件进场后卸载无堆场；现场的主要出入口在北侧，北侧的市政道路又紧靠基坑边，基于安全考虑，道路上也不能堆放。

2.2 设计情况：

根据原结构设计深化，钢柱的加工及安装高度为层高+1.5米，上下层钢柱采用气保焊焊接；钢柱的腹板及翼缘板厚度为50mm，一级焊缝，焊接作业时间较长。

2.3施工决策：

考虑到现场实际情况，和设计单位研究后决定，地下室三层的劲性钢柱采用整体制作、整体运至现场、整体吊装，缩短钢柱安装的时间；地下室负三层劲性柱最长14.8m+1.50m=16.30m，最大型号钢柱整体单体重量≤24吨。原投标方案中的QTZ7035B塔吊的最大起重量7.0T，无法满足吊装，在综合考虑机械设备等条件下，决定采用50T履带式吊车直接在基础筏板安装施工。

3. 超长钢柱的安装施工方法

3.1基础预埋螺丝：

根据设计要求，各型号柱基中心线、标高、轴线根据标识放线，并采取红三角作永久记号。安装时复测轴线、标高、中心线。预埋螺丝安装前，加工厂预先对各型号基础螺丝制作好限位模板，每个型号双套，备预安装。标高控制采取一次底板控制，与二次底脚螺丝调节标高控制。

3.2采用50T履带式吊车进入基础筏板，吊车进入与退出路线图示如下：

图一 吊车进入与退出路线图

3.3钢柱的运输及卸载：

构件运至现场后，采用100T汽车吊停靠在经过加固的地下室负一层顶板楼面上，钢柱进场后直接通过汽车吊吊运到地下室筏板上，地下室底板上50T履带吊车接钩，带载行驰至各型号构件安装位置，构件卸车平面图示如下：

图二 构件卸车并吊装入地下室平面图

图三 100T汽车吊停靠位置平面图

图四 吊车接驳立视图

3.4 钢柱的安装:

安装前在基础上进行定位放线并对预埋件进行复测，调整好各构件标高后完成钢柱安装就位工作，当钢柱垂直度校正完毕后，及时进行底座灌浆。 

图五 钢柱立直安装正视图

3.5劲性柱安装施工阶段性安全措施:

劲性柱负三层总长16.30m，安装采取底脚螺丝固定，但由于柱偏长，土建三层楼面及钢柱混凝土包裹时，钢劲性柱在土建施工时难免不变形，因此宜应把施工阶段独立柱进行稳定性保护措施，尽量使钢柱左右垂直性偏差采取加入必要的措施固定，研究后决定采用柱顶水平支撑系杆形成联结以保障相互劲性柱之间的移固作用，利用柱顶连接耳板临时安装水平支撑系杆，其系杆分布平面图如下图示：

图六 系杆分布平面图

4、100T汽车吊停靠吊运区域加固措施及受力验算

4.1 地下室支撑体系加固措施:

地下室顶板（5-6轴交K-N轴、6-7轴交K-N轴）作为钢柱吊运区域，该区域需要进行加固措施，其中M-N轴区域为地下室顶板覆土区域，覆土厚度1.5m。K-N区域板厚300mm，按M-N区域配筋加强，设计成覆土区域。

该区域除了100吨汽车吊停放及吊运最大重量≤24吨钢构件外，后续主要供混凝土运输车行驶、62m及以下汽车泵停放材料。主要设备机械重量见下表：

该区域地下室3层，负三层顶板板厚300mm，负二层顶板板厚为120㎜，负一层顶板板厚350mm，加强区域板厚300mm，梁板砼强度等级C35；框架柱为800*800mm，砼强度等级为C60；地下三层层高4.75m，地下二层层高4.7m，地下一层层高5.35m。梁板最大跨度为11.5米*9m。

加固措施采用扣件式钢管架，钢管型号为Ф48mm*2.7mm，加固范围为地下室顶板，立杆间距为640㎜*640㎜，横杆步距为1500㎜，第一步横杆距地面200㎜，整个架体外围及里面每隔3跨均设置纵横竖向剪刀撑，在架体顶部封顶杆、扫地杆位置及中间那道水平横杆处各设置一道水平剪刀撑，在顶板下部处采用高强度钢顶托作竖向支撑，顶托顶设双钢管顶撑楼板。搭设部位是5-6轴交K-N轴与6-7轴交K-N轴。5-6轴间布置100吨汽吊，汽吊后腿布置在K轴交5-6轴KLx10 600×900，前腿与后腿间距考虑各型汽吊不同（以7800mm考虑），前腿可能布置于L轴向下1200mm，故考虑L轴向下2.2m范围内立杆间距按@400设置加强。

图五 停放汽车吊吊装钢构件示意图

在吊装地下室劲性柱钢构件时采用100吨汽车吊吊装24吨钢构件时，现浇板受力最大，施工荷载为94吨。

图六 汽吊及劲性柱施工荷载示意图

由于一层梁板先行浇筑完成，在基本达到强度时已形成整体，上部加载可看作由现浇板向下部支撑体系整体传力，可将荷载转化整体板面均布荷载，根据规范规定活荷载取1.5的安全系数，即960×1.5÷（11.5×9）=13.913KN/㎡，大于原设计该区域均布荷载为5KN/㎡，所以下部模板支撑体系不能拆除。

最不利均布荷载13.913KN/㎡可转换成约579mm厚现浇板，与原设计300mm厚现浇板合计为879mm现浇板，按900mm现浇板来验算模板支撑体系。

现场搭设的模板支撑体系情况为板下立杆间距≤640×640，梁下立杆间距≤640×400，立杆钢管采用Φ48壁厚2.7mm，木方为45*90，立杆纵横向步距为1500mm，汽吊撑脚位置步距750mm，现浇梁板全数采用顶托布置，每个顶托内设置双钢管作现浇板主梁。

现浇板支撑体系满足汽吊吊装24吨钢构件时，也就可以满足60吨汽车泵浇筑混凝土时的荷载。100吨汽车吊在5-6轴间停放，同时6-7轴间停放钢构件装卸车（重约60吨），基本同时出现在6轴附近。

4.2对支撑体系设计方案进行复核计算:

4.2.1模板体系验算

900mm厚现浇板采用扣件式模板支撑体系，通过品茗安全计算软件将楼板面板的强度、挠度指标，小梁的强度、抗剪、挠度指标，主梁的小梁最大支座反力、抗弯、抗剪、挠度、支座反力，立杆的长细比、立杆稳定性，高宽比及架体抗倾覆，立杆支承面的受冲切承载力、局部受压承载力等指标进行验算，均满足要求，模板支撑体系能够满足900mm现浇板施工的总荷载，汽车吊能够停放在一层梁板处进行吊装≤24吨的钢构件。

4.2.2 汽吊支腿位置楼面荷载计算

构件卸车时吊车支腿处受力最大，受力示意图如下：

图七 吊车支腿受力图

以N2作用点为支点，汽吊回转半径为9米，假设此时汽吊达到额定起重力矩，其中吊车重量G2=70吨，构件重量G1=（24+1.9+0.2）*1.2=31.32，按32吨计算，

根据力矩平衡原理：

N1*7.6M+G1*（9-3.8）=G2*7.5

N1=472KN

N2=G2+G2-N1=700+320-472=548KN

每个支腿受力N2/2=548/2=274KN

楼面承受荷载：P1=274KN/（1.8m*1.8m）=84.56KN/M2（汽吊撑脚垫钢板按1.8m*1.8m计算）

楼面设计覆土1.5米，则覆土荷载P2=1.5*18=27KN/M2

立杆受力F=（P1-P2）*0.4*0.64=14.737KN/M2=147.37N/mm2＜[f]=205N/mm2

5、 钢柱整体吊装施工的成效分析

A2-2地块商服用房项目超长钢柱整体安装施工的主要目标是为了加快基础结构的施工进度，保证基坑围护的安全。通过对施工过程中各项技术参数、经济数据的统计分析，该措施有效的确保了基坑围护的安全性，基坑变形监测均在设计要求范围内；该措施共计节省工期7天，减少了钢柱的吊装及焊接工作量，提高了经济效益，同时因为焊接量减少避免了钢柱焊接过程中的温度变形，提高了钢柱的安装精度；施工现场的场地狭小，用于吊装钢柱的区域后续直接用于混凝土设备停靠机位，确保了基础及主体混凝土浇筑的顺利进行，该措施圆满地完成了项目最初制订的目标。

参考文献：

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