施工升降機基礎方鋼柱回頂施工技術

魯燁，韋應彬

（中國建筑第二工程局有限公司華南分公司，廣東深圳 518045）

1 工程概況

上境花園項目位于中山市西區金港路與廣豐工業大道交匯處，項目包括50 棟聯排別墅、12 棟高層住宅、4 棟單層商鋪、1 座小學、1 座幼兒園和其他附屬設施，占地面積1.6×105m2，總建筑面積3.03×105m2。高層住宅采用剪力墻結構，其余建筑均為框架結構。其中高層住宅單體情況：8 棟33 層，建筑高度98.00 m；1 棟32 層，建筑高度95.10 m；2 棟31 層，建筑高度92.20 m。

2 施工升降機應用基本情況

為滿足垂直運輸需要，每棟高層住宅均安裝1 臺施工升降機，升降機型號均為SC200/200，計劃安裝高度為99～105 m，施工升降機基礎設置在地下室頂板上，基礎尺寸為6 200 mm長×3 800 mm 寬×300 mm 厚，配雙層雙向φ12 mm@200 mm鋼筋，混凝土標號C35。施工升降機安裝于地下室頂板上，經設計院核算，地下頂板承載力無法滿足施工升降機在工作時要求，因此，需對地下室頂板采取回頂措施。

鋼管腳手架支撐體系是常用的地下室頂板回頂措施，鋼管截面尺寸較小，本項目地下室頂板所需回頂的面積比較大，共計33.75 m2。同時由于本項目施工升降機拆除時間較晚，地下室大面積的鋼管支撐回頂架將會影響該區域機電管線的安裝及裝飾裝修工程。項目部經過仔細探討，決定采用方鋼柱支撐體系作為地下室頂板回頂措施。

3 方鋼柱回頂體系介紹

地下室頂板用4 根截面尺寸為200 mm×200 mm×5 mm的方鋼進行回頂，施工升降機導軌架尺寸650 mm×650 mm，在導軌架的4 個角點處，分別放置1 根截面尺寸為200 mm×200 mm×5 mm 的方鋼，并用支撐鋼管架臨時將方鋼向上頂緊地下室頂板，圖1 即為方鋼回頂體系平面定位圖；在方鋼底部地下室底板上，用C35 素混凝土澆筑尺寸為1 250 mm×1 250 mm×100 mm 的基礎，待基礎強度達到設計強度的75%后，拆除支撐鋼管架，圖2 即為方鋼回頂體系立面圖。

圖1 方鋼回頂平面定位圖

圖2 方鋼回頂立面圖

回頂方鋼長度根據所在區域層高確定，兩端分別焊截面尺寸為400 mm×400 mm×10 mm 的鋼板，在方鋼底部與鋼板焊接處，每邊加焊2 塊加勁板；方鋼底部鋼板下方再點焊4 根“L”形φ20 mm 鋼筋，用于方鋼的臨時固定，圖3 即為方鋼底部做法大樣圖。當鋼柱位置受到軌道架影響而無法直接回頂到軌道架底部時，則鋼柱距軌道架立桿距離不得大于300 mm。

圖3 方鋼底部大樣圖

4 方鋼回頂體系受力計算

需要方鋼回頂的施工升降機型號為SC200/200，吊籠質量（含傳動機構）2×2 000 kg。

4.1 施工升降機基礎荷載計算

基礎承載力P 計算：

式（1）～ 式（4）中，M 為雙籠施工升降機總質量，kg；P 為方鋼受到的總荷載，kN；P1為施工升降機下傳的荷載，kN；P2為施工升降機附加基礎下傳的荷載，kN；g 為重力加速度，9.8 m/s2；G施工電梯為雙籠施工升降機產生的重力，kN；G附加基礎為施工升降機附加基礎產生的重力，kN。

參數如下：

吊籠質量（含傳動機構）=2×2 000kg，外籠重質量=2×1 000 kg，額定載質量=2×2 000 kg，底架護欄質量=1 300 kg，導軌架總質量=70×150 kg（最大安裝高度按105 m，共需70 個標準節，11 個附墻架），電源電纜、電纜導向裝置、緊固件等附件質量為2 000 kg，附墻架質量=11×146 kg。

雙籠施工升降機總質量：M=2×2 000+2×1 000+2×2 000+1 300+70×150+2 000+11×146=23 406 kg。

由于鋼筋自重遠遠小于混凝土自重，故計算時G 附加基礎僅考慮混凝土自重，基礎300 mm 板自重完全傳遞到方鋼回頂處，即P2=G附加基礎=Gk×V=24×0.3×6.2×3.8=169.63 kN。其中，Gk為混凝土自重標準，kN/m3，24 kN/m3；V 為混凝土基礎體積，m3。

雙籠升降機下傳荷載P1=M×0.02 kN=468.12 kN；

方鋼受到的總荷載：P=P1+P2=468.12+169.63=637.75 kN；

對于軸心受壓構件，每根方鋼受到的荷載：N=P/4=637.75/4=159.44 kN。

4.2 方鋼穩定性驗算

根據GB 50017—2017《鋼結構設計標準》鋼柱穩定性計算公式：

式中，N 為立桿的軸心壓力設計值，N=159.44 kN；φ 為軸心受壓立桿的穩定系數，可由長細比l0/i 查表得到；i 為計算方鋼的截面回轉半徑，cm：ix=iy=8.07；A為方鋼凈截面面積，cm2：A=19.75；σ 為方鋼立桿軸心受壓應力計算值，N/mm2；[f]為方鋼抗壓強度設計值，[f]=205 N/mm2；l0為計算長度，m，l0=3.3 m。

由長細比l0/i 的結果查表得到，軸心受壓立桿的穩定系數φ=0.895；

鋼管立桿受壓應力計算值σ=159.44×1 000/(0.895×1975)=90.20 N/mm2；

鋼管立桿穩定性計算σ=90.20 N/mm2＜[f]=205 N/mm2（方鋼抗壓強度的設計值），滿足要求。

4.3 彎矩計算

由于施工升降機定位難以避免與頂板梁沖突，或者由于受軌道架影響方鋼無法直接回頂到軌道架底部，因此回頂時可能會將鋼柱偏移，形成偏心受壓構件。

根據GB 50017—2017《鋼結構設計標準》中：

因此，

式中，γ 為截面塑性發展系數，取1.05；Wn為凈截面模量，查表得：241 cm3；f 為鋼材的抗彎強度設計值，取f=205 N/mm2；M為方鋼承受的彎矩。

計算時，考慮最不利情況，當方鋼回頂處無梁影響時，彎矩完全由方鋼承擔，此時，方鋼承受的彎矩最大為：M=1.05×241×1 000×205=51.874 kN·m。

由于上部荷載產生的彎矩完全由方鋼承擔，因此，此時的偏心距為：e=M/N=51.874/159.44=0.33 m。

綜上，當方鋼回頂處無梁時，方鋼距軌道架的水平距離不得大于330 mm，施工時要求不得大于300 mm。

5 效益分析

本工程采用方鋼柱對施工升降機基礎下部進行了回頂，有了以下4 方面的顯著效果。

1）安全文明效益

采用方鋼柱對地下室頂板回頂，場地開闊，方面清理，整個場地干凈整潔，做到工完場清的效果。

2）質量效益

相對于傳統鋼管支撐腳手架回頂施工，方鋼柱施工更加簡便，操作難度更低，更能保證施工質量。

3）經濟效益

每套回頂裝置包括4 根方鋼及混凝土基礎，鋼材消耗量約0.5 t，鋼柱加工制作費0.4 萬元，包括混凝土基礎在內的安裝費0.2 萬元?？芍貜筒鹧b使用，在正常保養防銹處理情況下周轉次數按3 次計算，項目實際成本為0.3 萬元。另外，不能使用的鋼材也可做廢材處理，進一步減少成本。

若采用傳統鋼管腳手架回頂，按回頂面積7.5 m×4.5 m，高度3.3 m，立桿間距0.75 m×0.75 m，步距1 m，鋼管規格φ48 mm×3 mm，每次回頂時間9 個月計算，需要扣件式鋼管1.83 t，租賃費用為0.21 萬元，搭拆共需6 個工日，人工費為0.2 萬元，在不考慮機械成本的情況下，合計成本0.4 萬元。

上述分析未計算傳統方式影響機電管線安裝造成的損失，因此，對比傳統回頂方式，每套鋼柱回頂裝置可節約成本約0.1 萬元。本工程采用12 套方鋼回頂裝置，僅從材料及人工方面共節約成本1.2 萬元。

4）環境效益

施工現場干凈、方鋼柱可以循環使用。方鋼柱的應用可使機電安裝工程、地下室裝飾裝修工程提前穿插施工，節約工期，產生較大的隱形經濟效益。同時方鋼柱的應用提升了地下室文明施工程度，提高了企業形象。

6 結語

本工程成功應用了施工升降機基礎方鋼回頂施工技術，取得了良好的施工效果。在設計加工過程中，應用BIM 技術對圖紙進行實體化，進行可視化交底，指導現場施工。在今后推廣應用該技術時，計劃將方鋼柱替換成格構柱，以減輕單個構件質量，方便拆卸。本文論述的方鋼回頂施工技術為需要對施工升降機底部地下室頂板回頂的工程提供了參考，并通過實踐證明了該技術的可行性，拓展了新的工藝空間，邁出了新的一步。