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【摘要】钢结构吊装工程是专业性很强的工程，某些受现场施工条件限制的钢结构吊装工程施工难度更大，怎样根据吊装工程的需要对吊装作业下部结构进行有效的加固处理，是能否吊装成功的关键。本工程中施工现场下部为混凝土结构楼板，现将其结构回顶加固措施整理如下，供大家分享。
关键词：难点分析混凝土结构加固停机位
一、 项目概况，
本工程为湖南株洲神农太阳城中庭钢结构，主体钢结构主要由箱型钢柱、钢梁以及H型钢柱组成，箱型构件最大截面为D1800×1000×16×20，钢结构最高点为+37.0m，主要受力构件为四根钢柱及平台层弧型钢梁，三维模拟效果图如下：
二、 难点分析
本工程钢结构工程坐落在+2.33m楼面上，下部为两层地下室混凝土结构；材料进场需通过长400m、宽4m的园路，下方为地下室顶板混凝土结构，设计楼面承载荷载为2.0t/m2。
根据原设计图纸并结合加工制造、交通运输以及现场吊装等各方面因素，将钢结构构件进行分段深化设计，钢构件单体重量为1t~20t。采用70t吊车进行吊装安装，进行吊装作业部位的楼板承载力需达到4.0t/ m2的要求。为满足材料运输及吊装的要求，局部混凝土结构楼板需加固回顶，具体范围如图：
因本次吊装工程货物进场及吊装作业面均为混凝土结构顶部，所以首要的难点工作是对混凝土结构进行加固回顶，以保证达到构件运输和吊装要求的楼面承载力要求，主要考虑如下三个方面：
1、原设计楼面活荷载为20KN/m2，根据施工组织设计需要采用50t平板车载重进场，所以必须采取措施以保证园路下部混凝土顶板能够承受过车荷载。
2、采用70t吊车进行吊装安装，必须对钢结构吊装施工范围内混凝土结构进行加固回顶，以确保在吊装过程中设备机具下部安全。
3、考虑到吊装过车中支腿产生的荷载比较大，所以必须对吊车停机位进行预先设想，特别对吊装过程中受力最大的支脚位置予以划定，同时对材料堆放的位置进行合理布局。
三、楼面荷载加固计算
根据钢结构吊装要求并结合现场的实际情况，重点需要加固的主要有三个区域：吊车及货运车行走区域、材料堆场及吊车转运作业区域及吊车起重作业区域。其次因本工程赶工期，吊装施工区域梁板混凝土只有七天龄期，尚未达到设计强度，所以需要对吊车作业区域楼板承载力进行验算。具体加固措施及承载力计算如下：
1、吊车及货运车行走区域楼面加固
进场消防车道原设计可以上35t消防车，楼板可承受2t/m2的活荷载。为保证车库顶板的结构安全及车道受力均匀，拟定在车辆行走路线下垫两排路基箱。车辆重量由4块路基箱承担，顶板所受的荷载50t/4/7.2 m2=1.736t/m2，可以满足在设计荷载范围内的要求。
2、材料堆场及吊车转运作业区域楼面加固
施工区域内入口处为材料堆场及进场通道，吊车在路基箱上行走，吊车重量由4块路基箱承受，由于该处楼板上需堆放钢结构构件及吊车转运构件施工作业，根据钢结构吊装作业要求楼面荷载承载力必须达到40KN/ m2。为保证楼板结构安全，拟在该区域下部顶板下加设满堂架加固处理，满堂架立杆间距1m×1m，步距1.5m。满堂架立杆顶部采用顶托和两根木枋支撑，每根梁底下均设置间距1m的立杆支撑。加固满堂架承载力计算如下:
立杆的承载力计算公式
其中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 = 1.59 cm；
A ---- 立杆净截面面积(cm2)：A = 4.24 cm2；
W ---- 立杆净截面模量(抵抗矩)(cm3)：W=4.49 cm3；
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] =205 N/mm2；
L0---- 计算长度 (m)；
参照《扣件式规范》，由下式计算：
L 0 = h+2a
a ---- 立杆上端伸出顶层横杆中心线至模板支撑点的长度；a = 0.4 m；
得到计算结果：
立杆计算长度 L0 = h + 2a = 1.5+2×0.4 = 2.3 m ；
L0 / i = 2300 / 15.9=145 ；
由长细比L0/i的结果查表得到轴心受压立杆的稳定系数φ= 0.328 ；
钢管立杆承载力；N=205× (0.328×424) = 28.51KN；
满堂架立杆间距为1m×1m，故采用满堂架加固后，楼板可增加28.51KN/ m2承载力。
经过加固后该处楼板的承载力为20 KN/ m2+28.51KN/ m2=48.51KN/ m2＞40KN/ m2，能够满足钢结构吊装的要求。
3、吊车起重作业区域楼板加固计算
吊装区域内楼面承载力需要达到4.0t/m2。钢结构施工期间下部支模架尚未拆除。为保证吊车在楼板上行走和吊装时楼板结构安全，应对钢结构起吊停机范围地下室两层梁板支模架进行加固处理，将原模板方案设计的立杆1000×1000间距加密为800×800，立杆步距1.5m缩小为1.2m。支模架在吊装完成前不能拆除。因满堂架承载力在之前已计算并满足40KN/ m2的承载力要求，本区域支模架立杆和横杆间距相对第2条更小，所以不再重复计算，满足吊装作业时荷载要求。
4、吊车作业区域楼板承载力验算
楼板计算长边4.3m,短边为2.8 m；
q =25×0.15 +40KN /m2= 43.75 kN/m2；
单元板带所承受均布荷载 q = 1×28.75= 43.75 kN/m；
板带所需承担的最大弯矩按照四边固接双向板计算
Mmax = 0.0765×43.75×2.82 =26.24 kN•m；
钢结构吊装处顶板在混凝土浇筑7天后上吊车，因平均气温为30℃，查《施工手册》温度、龄期对混凝土强度影响曲线，得到7天龄期混凝土强度达到58.4%,C35混凝土强度在7天龄期近似等效为C20.44。
混凝土弯曲抗压强度设计值为fcm=9.802N/mm2；
则可以得到矩形截面相对受压区高度:
ξ= As× fy/ ( αl×b × ho × fcm ) = 754×360 / (1×1000×130×9.802 )= 0.213
计算系数为： αs = ξ(1-0.5ξ) = 0.213×(1-0.5×0.213) = 0.19；
此时楼板所能承受的最大弯矩为:
M1 = αs× α1× b× ho2×fcm = 0.19×1×1000×1302×9.802×10-6 = 31.526 kN•m；
结论：由于 ∑M1 = M1= 31.526 kN•m > Mmax= 26.24 kN•m
所以第7天楼板强度足以承受以上楼层传递下来的荷载
为保证结构的绝对安全，在钢结构吊装完成前，下部楼板支模架不予拆除。
吊车及货运车行走区域楼面加固示意图
四、吊装方式、停机位及其他事项
整个施工场地分材料堆场及吊装施工场地，所有范围内均已进行加固回顶并可承受荷载40KN/ m2，所有吊车行走及吊装施工部位均铺设路基箱。根据钢结构吊装要求，吊车考虑在钢结构中间和结构四周外围进行吊装，具体施工平面布置如图所示。
吊装施工过程中采用70t汽车吊车在钢结构主体结构内进行吊装施工，采用两台25吨汽车吊负责从材料堆场倒运构件至吊装位置。
为保证吊装过程中对主体结构的损伤降到最低，吊装施工开始之前，根据结构施工图纸，将下部主体结构的柱子及主梁的的位置用油漆在樓面上做明显标识，根据现场实际情况，结合钢结构本身结构特点，对吊车停车位进行精确定位，吊装施工时吊车支腿的部位应尽量位于在混凝土柱及主梁的上方。
考虑到吊车起吊时，吊车大臂起吊旋转范围内支腿受力较大，所以在吊车大臂旋转范围内的支腿下部进行点式支撑。在吊装第一层环形钢梁时，水平环梁构件之间拼装时在接头下部采用点式支撑临时固定，待施焊完毕后再进行支撑拆除。
点式支撑采用施工方的专利产品，组合式临时支承体系。其组合尺寸为1m（宽）×1m（宽）×1.5m（高），采用Q235钢管焊接而成，标准节主肢为φ89×4钢管，同时本标准节可以拆卸为一片片式方框，运输极为方便，标准节之间采用法兰连接，故本标准节有运输方便，拆装方便，承载力大等优点。根据施工方的设计计算和多次试验研究，本承重支架的承载力为50t。
支撑架如下图所示：
组合式临时支撑架模型
考虑到路基箱并不是平面内刚度无限大，而且在路基箱接缝处会由于车辆行走产生颠簸，无法达到预想的均布分摊荷载的效果，所以在路基箱接缝处要填塞减震材料，而且车辆移动时一定要控制速度并严禁急刹车，以免对下部结构产生冲击。
四、结束语
本钢结构吊装工程施工现场特殊之处在于吊装施工时下部是混凝土结构，施工过程中如何避免对下部混凝土结构造成结构损伤是本次吊装工程的重点难点。
通过对吊车及货运车行走区域、材料堆场及吊车转运作业区域及吊车起重作业区域等三个区域的加固回顶措施后，楼面荷载承载力基本满足吊装要求的承载力要求，同时通过对吊装过程中受力最大的支脚位置采用点式支撑局部重点加固，基本解决施工场地下部结构安全性的问题，下一步工作就是按照常规钢结构吊装工艺进行钢结构吊装施工。
施工单位按照所制定的钢结构吊装施工方案，精心部署，严格管理，整个工程约一个月时间完工，经建设单位、监理单位及第三方检测单位现场检测，钢结构工程实体各项指标均符合规范要求，项目外观质量良好，而且施工期间未发生任何质量安全事故。
待拆除所有回顶支撑架后，经省内有资质结构安全鉴定单位现场对混凝土结构进行检测，未发现混凝土结构有明显结构损伤，证明所采取的结构回顶加固措施切实有效，本次钢结构安装工程基本按原计划圆满完成。
关键词：难点分析混凝土结构加固停机位
一、 项目概况，
本工程为湖南株洲神农太阳城中庭钢结构，主体钢结构主要由箱型钢柱、钢梁以及H型钢柱组成，箱型构件最大截面为D1800×1000×16×20，钢结构最高点为+37.0m，主要受力构件为四根钢柱及平台层弧型钢梁，三维模拟效果图如下：
二、 难点分析
本工程钢结构工程坐落在+2.33m楼面上，下部为两层地下室混凝土结构；材料进场需通过长400m、宽4m的园路，下方为地下室顶板混凝土结构，设计楼面承载荷载为2.0t/m2。
根据原设计图纸并结合加工制造、交通运输以及现场吊装等各方面因素，将钢结构构件进行分段深化设计，钢构件单体重量为1t~20t。采用70t吊车进行吊装安装，进行吊装作业部位的楼板承载力需达到4.0t/ m2的要求。为满足材料运输及吊装的要求，局部混凝土结构楼板需加固回顶，具体范围如图：
因本次吊装工程货物进场及吊装作业面均为混凝土结构顶部，所以首要的难点工作是对混凝土结构进行加固回顶，以保证达到构件运输和吊装要求的楼面承载力要求，主要考虑如下三个方面：
1、原设计楼面活荷载为20KN/m2，根据施工组织设计需要采用50t平板车载重进场，所以必须采取措施以保证园路下部混凝土顶板能够承受过车荷载。
2、采用70t吊车进行吊装安装，必须对钢结构吊装施工范围内混凝土结构进行加固回顶，以确保在吊装过程中设备机具下部安全。
3、考虑到吊装过车中支腿产生的荷载比较大，所以必须对吊车停机位进行预先设想，特别对吊装过程中受力最大的支脚位置予以划定，同时对材料堆放的位置进行合理布局。
三、楼面荷载加固计算
根据钢结构吊装要求并结合现场的实际情况，重点需要加固的主要有三个区域：吊车及货运车行走区域、材料堆场及吊车转运作业区域及吊车起重作业区域。其次因本工程赶工期，吊装施工区域梁板混凝土只有七天龄期，尚未达到设计强度，所以需要对吊车作业区域楼板承载力进行验算。具体加固措施及承载力计算如下：
1、吊车及货运车行走区域楼面加固
进场消防车道原设计可以上35t消防车，楼板可承受2t/m2的活荷载。为保证车库顶板的结构安全及车道受力均匀，拟定在车辆行走路线下垫两排路基箱。车辆重量由4块路基箱承担，顶板所受的荷载50t/4/7.2 m2=1.736t/m2，可以满足在设计荷载范围内的要求。
2、材料堆场及吊车转运作业区域楼面加固
施工区域内入口处为材料堆场及进场通道，吊车在路基箱上行走，吊车重量由4块路基箱承受，由于该处楼板上需堆放钢结构构件及吊车转运构件施工作业，根据钢结构吊装作业要求楼面荷载承载力必须达到40KN/ m2。为保证楼板结构安全，拟在该区域下部顶板下加设满堂架加固处理，满堂架立杆间距1m×1m，步距1.5m。满堂架立杆顶部采用顶托和两根木枋支撑，每根梁底下均设置间距1m的立杆支撑。加固满堂架承载力计算如下:
立杆的承载力计算公式
其中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 = 1.59 cm；
A ---- 立杆净截面面积(cm2)：A = 4.24 cm2；
W ---- 立杆净截面模量(抵抗矩)(cm3)：W=4.49 cm3；
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] =205 N/mm2；
L0---- 计算长度 (m)；
参照《扣件式规范》，由下式计算：
L 0 = h+2a
a ---- 立杆上端伸出顶层横杆中心线至模板支撑点的长度；a = 0.4 m；
得到计算结果：
立杆计算长度 L0 = h + 2a = 1.5+2×0.4 = 2.3 m ；
L0 / i = 2300 / 15.9=145 ；
由长细比L0/i的结果查表得到轴心受压立杆的稳定系数φ= 0.328 ；
钢管立杆承载力；N=205× (0.328×424) = 28.51KN；
满堂架立杆间距为1m×1m，故采用满堂架加固后，楼板可增加28.51KN/ m2承载力。
经过加固后该处楼板的承载力为20 KN/ m2+28.51KN/ m2=48.51KN/ m2＞40KN/ m2，能够满足钢结构吊装的要求。
3、吊车起重作业区域楼板加固计算
吊装区域内楼面承载力需要达到4.0t/m2。钢结构施工期间下部支模架尚未拆除。为保证吊车在楼板上行走和吊装时楼板结构安全，应对钢结构起吊停机范围地下室两层梁板支模架进行加固处理，将原模板方案设计的立杆1000×1000间距加密为800×800，立杆步距1.5m缩小为1.2m。支模架在吊装完成前不能拆除。因满堂架承载力在之前已计算并满足40KN/ m2的承载力要求，本区域支模架立杆和横杆间距相对第2条更小，所以不再重复计算，满足吊装作业时荷载要求。
4、吊车作业区域楼板承载力验算
楼板计算长边4.3m,短边为2.8 m；
q =25×0.15 +40KN /m2= 43.75 kN/m2；
单元板带所承受均布荷载 q = 1×28.75= 43.75 kN/m；
板带所需承担的最大弯矩按照四边固接双向板计算
Mmax = 0.0765×43.75×2.82 =26.24 kN•m；
钢结构吊装处顶板在混凝土浇筑7天后上吊车，因平均气温为30℃，查《施工手册》温度、龄期对混凝土强度影响曲线，得到7天龄期混凝土强度达到58.4%,C35混凝土强度在7天龄期近似等效为C20.44。
混凝土弯曲抗压强度设计值为fcm=9.802N/mm2；
则可以得到矩形截面相对受压区高度:
ξ= As× fy/ ( αl×b × ho × fcm ) = 754×360 / (1×1000×130×9.802 )= 0.213
计算系数为： αs = ξ(1-0.5ξ) = 0.213×(1-0.5×0.213) = 0.19；
此时楼板所能承受的最大弯矩为:
M1 = αs× α1× b× ho2×fcm = 0.19×1×1000×1302×9.802×10-6 = 31.526 kN•m；
结论：由于 ∑M1 = M1= 31.526 kN•m > Mmax= 26.24 kN•m
所以第7天楼板强度足以承受以上楼层传递下来的荷载
为保证结构的绝对安全，在钢结构吊装完成前，下部楼板支模架不予拆除。
吊车及货运车行走区域楼面加固示意图
四、吊装方式、停机位及其他事项
整个施工场地分材料堆场及吊装施工场地，所有范围内均已进行加固回顶并可承受荷载40KN/ m2，所有吊车行走及吊装施工部位均铺设路基箱。根据钢结构吊装要求，吊车考虑在钢结构中间和结构四周外围进行吊装，具体施工平面布置如图所示。
吊装施工过程中采用70t汽车吊车在钢结构主体结构内进行吊装施工，采用两台25吨汽车吊负责从材料堆场倒运构件至吊装位置。
为保证吊装过程中对主体结构的损伤降到最低，吊装施工开始之前，根据结构施工图纸，将下部主体结构的柱子及主梁的的位置用油漆在樓面上做明显标识，根据现场实际情况，结合钢结构本身结构特点，对吊车停车位进行精确定位，吊装施工时吊车支腿的部位应尽量位于在混凝土柱及主梁的上方。
考虑到吊车起吊时，吊车大臂起吊旋转范围内支腿受力较大，所以在吊车大臂旋转范围内的支腿下部进行点式支撑。在吊装第一层环形钢梁时，水平环梁构件之间拼装时在接头下部采用点式支撑临时固定，待施焊完毕后再进行支撑拆除。
点式支撑采用施工方的专利产品，组合式临时支承体系。其组合尺寸为1m（宽）×1m（宽）×1.5m（高），采用Q235钢管焊接而成，标准节主肢为φ89×4钢管，同时本标准节可以拆卸为一片片式方框，运输极为方便，标准节之间采用法兰连接，故本标准节有运输方便，拆装方便，承载力大等优点。根据施工方的设计计算和多次试验研究，本承重支架的承载力为50t。
支撑架如下图所示：
组合式临时支撑架模型
考虑到路基箱并不是平面内刚度无限大，而且在路基箱接缝处会由于车辆行走产生颠簸，无法达到预想的均布分摊荷载的效果，所以在路基箱接缝处要填塞减震材料，而且车辆移动时一定要控制速度并严禁急刹车，以免对下部结构产生冲击。
四、结束语
本钢结构吊装工程施工现场特殊之处在于吊装施工时下部是混凝土结构，施工过程中如何避免对下部混凝土结构造成结构损伤是本次吊装工程的重点难点。
通过对吊车及货运车行走区域、材料堆场及吊车转运作业区域及吊车起重作业区域等三个区域的加固回顶措施后，楼面荷载承载力基本满足吊装要求的承载力要求，同时通过对吊装过程中受力最大的支脚位置采用点式支撑局部重点加固，基本解决施工场地下部结构安全性的问题，下一步工作就是按照常规钢结构吊装工艺进行钢结构吊装施工。
施工单位按照所制定的钢结构吊装施工方案，精心部署，严格管理，整个工程约一个月时间完工，经建设单位、监理单位及第三方检测单位现场检测，钢结构工程实体各项指标均符合规范要求，项目外观质量良好，而且施工期间未发生任何质量安全事故。
待拆除所有回顶支撑架后，经省内有资质结构安全鉴定单位现场对混凝土结构进行检测，未发现混凝土结构有明显结构损伤，证明所采取的结构回顶加固措施切实有效，本次钢结构安装工程基本按原计划圆满完成。