CN115198786B - 由主体结构承载的h型钢筋混凝土塔吊梁基础及加固方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了由主体结构承载的H型钢筋混凝土塔吊梁基础及加固方法，包括工字钢、板带、支撑梁、塔吊基础梁，所述塔吊基础梁呈H型，所述板带设置在所述工字钢上，所述支撑梁和所述塔吊基础梁分别设置在所述板带上，且所述塔吊基础梁的两端分别连接所述支撑梁，所述支撑梁的两端分别连接在建筑物主体结构的两个剪力墙或柱上。本发明布局更灵活、可降低运输量、降低支模难度。
Description
技术领域
本发明涉及塔吊基础技术领域，具体为由主体结构承载的H型钢筋混凝土塔吊梁基础及加固方法。
背景技术
当高层建筑施工到某一楼层后，因多种原因导致现场需停工多年，停工前塔吊已经拆除，后续当该高层建筑重启时，需要在该高层建筑的某个部位重新安装塔吊，如深圳赛格广场由于主体结构晃动需要在屋面增加塔吊来拆除桅杆等情况。传统的做法是用十字钢箱梁或者十字混凝土梁作为塔吊基础，但是上述传统做法不一定适用于所有工况，例如受到无法找到具有足够起重能力的吊装设备或者场地空间的影响，无法将钢箱梁运输到位，或者由于平面布置的限制或者现场施工的限制导致无法布置十字混凝土梁。
发明内容
本发明的目的是克服上述现有技术的缺点，提供一种布局更灵活、可降低运输量、降低支模难度的由主体结构承载的H型钢筋混凝土塔吊梁基础及加固方法。
本发明是通过以下技术方案来实现的：由主体结构承载的H型钢筋混凝土梁塔吊基础，包括工字钢、板带、支撑梁、塔吊基础梁，所述塔吊基础梁呈H 型，所述板带设置在所述工字钢上，所述支撑梁和所述塔吊基础梁分别设置在所述板带上，且所述塔吊基础梁的两端分别连接所述支撑梁，所述支撑梁的两端分别连接在建筑物主体结构的两个剪力墙或柱上。
进一步地：所述支撑梁和所述塔吊基础梁与所述板带之间设置有塑料薄膜。
进一步地：所述塔吊基础梁包括两根横向塔吊梁、两根竖向塔吊梁，两根所述横向塔吊梁相互平行设置，且每根所述横向塔吊梁的两端分别连接所述支撑梁，两根所述横向塔吊梁之间连接有两根相互平行的所述竖向塔吊梁。
进一步地：两根所述横向塔吊梁和两根所述竖向塔吊梁的四个连接点位于所述塔吊基础梁的中间位置，且四个连接点之间设置有连接板梁，塔吊的标准节连接在所述横向塔吊梁与所述竖向塔吊梁的连接点处。
进一步地：所述支撑梁的两端分别锚固连接在建筑物主体结构的两个剪力墙或柱上。
由主体结构承载的H型钢筋混凝土梁塔吊基础的加固方法，包括以下步骤：
S1.查看塔吊使用说明书，获取塔吊的荷载设计参数。
S2.预先假定塔吊基础梁的尺寸、塔吊基础梁的材料信息。
S3.根据塔吊的荷载设计参数、预先假定的塔吊基础梁的尺寸、塔吊基础梁的材料信息，对塔吊基础梁的受力及配筋进行计算，若计算不通过，则返回步骤S2，重新确定塔吊基础梁的尺寸，若计算通过，则执行步骤S4。
S4.获取支撑梁的尺寸、支撑梁的材料信息。
S5.根据支撑梁的尺寸、支撑梁的材料信息、塔吊基础梁的受力及配筋结果，对支撑梁的受力及配筋进行计算，若计算不通过，则返回步骤S4，重新确定支撑梁的尺寸，若计算通过，则执行步骤S6。
S6.计算工字钢的受力，根据工字钢的受力和施工塔吊基础梁时传递的荷载，判断是否需要在工字钢上增加板带，若需要，则执行步骤S7。
S7.板带浇筑完毕后，计算板带的弯矩和工字钢的弯矩。
S8.根据板带的弯矩和工字钢的弯矩，反算板带和工字钢共同作用可承受的均布荷载，并判断板带和工字钢共同作用可承受的均布荷载是否满足施工塔吊基础梁时传递的荷载，若不满足，则增加板带的高度，若满足，则符合要求。
S9.复核支承支撑梁两端的建筑物主体结构的剪力墙或柱的承载力。
本发明的有益效果：
与现有技术相比，将塔吊基础梁设置成H型，塔吊基础梁的两端分别连接支撑梁，支撑梁的两端分别连接在建筑物主体结构的两个剪力墙或柱上，支撑梁和塔吊基础梁通过板带设置在工字钢上，工字钢横跨在电梯井的洞口，通过将塔吊基础梁设置成H型，相较于现有的十字钢箱梁和十字混凝土梁，本发明布局更灵活，可减少相邻位置的施工，相较于混凝土十字梁，本发明呈H型的塔吊基础梁的跨度相应减少，尤其对于高层建筑停工之后、后续恢复施工时需在没有施工机械可利用的情况下重新布置塔吊，能够有效地降低运输量，且塔吊基础梁的两端支撑在支撑梁上，使塔吊基础梁与建筑物电梯井的主体结构剪力墙不直接接触，在后期拆除塔吊基础梁时可对剪力墙的伤害降到最低，另外，塔吊基础梁的两根横向塔吊梁相互平行设置，两根横向塔吊梁之间连接两根相互平行的竖向塔吊梁，能够减少在建筑物主体结构上开凿孔洞的可能性，从而降低支模难度。
附图说明
图1为本发明塔吊基础梁布置平面图1；
图2为本发明工字钢布置平面图；
图3为图2的剖面图；
图4为本发明塔吊基础梁布置平面图2；
图5为本发明支撑梁和建筑物主体结构的剪力墙连接的结构示意图；
图6为本发明加固方法的流程示意图；
图7为本发明L1计算简图；
图8为本发明L3计算简图；
图9为本发明工字钢布置计算简图；
图10为本发明塔吊基础梁布置平面图3；
图11为力学公式的计算原理图。
附图标记说明：1-工字钢，2-板带，3-支撑梁，4-塔吊基础梁，5-剪力墙，6-塑料薄膜，7-横向塔吊梁，8-竖向塔吊梁，9-连接板梁，10-电梯井。
具体实施方式
参照图1至图5，由主体结构承载的H型钢筋混凝土梁塔吊基础，包括工字钢1、板带2、支撑梁3、塔吊基础梁4，塔吊基础梁4呈H型，板带2设置在工字钢1上，支撑梁3和塔吊基础梁4分别设置在板带2上，且塔吊基础梁4 的两端分别连接支撑梁3，支撑梁3的两端分别连接在建筑物主体结构的两个剪力墙5或柱上。
塔吊基础梁4的两端支撑在支撑梁3上，使塔吊基础梁4和建筑物电梯井 10的主体结构剪力墙5不直接接触，在后期拆除塔吊基础梁4时可对剪力墙5 的伤害降到最低，且避开讨论或者去鉴定原有的结构是否满足承载力要求的问题。
支撑梁3和塔吊基础梁4与板带2之间设置有塑料薄膜6。
通过设置塑料薄膜6，便于拆除塔吊基础梁4和支撑梁3，即实际上后期拆除塔吊基础梁4的时候结构受到震动，当铺设塑料薄膜6之后，相当于隔断了整体，即位于塑料薄膜6上面的是塔吊基础梁4，位于塑料薄膜6下面的辅助基础，即工字钢1和板带2。
塔吊基础梁4包括两根横向塔吊梁7、两根竖向塔吊梁8，两根横向塔吊梁 7相互平行设置，且每根横向塔吊梁7的两端分别连接支撑梁3，两根横向塔吊梁7之间连接有两根相互平行的竖向塔吊梁8。
两根横向塔吊梁7和两根竖向塔吊梁8的四个连接点位于塔吊基础梁4的中间位置，且四个连接点之间设置有连接板梁9，塔吊标准节连接在横向塔吊梁 7和竖向塔吊梁8的连接点处。
在四个连接点间利用连接板梁9连接，可增加塔吊的整体刚度。
支撑梁3的两端分别锚固连接在建筑物主体结构的两个剪力墙5上。
施工时，布置工字钢1，将工字钢1密排并横跨在电梯井10的洞口或者预留洞口，如果工字钢的型号较大不经济，在工字钢1上浇筑板带2，捆扎支撑梁3、塔吊基础梁4、连接板梁9的钢筋及安装塔吊的预埋件，然后安装侧模板，再浇筑混凝土。
本发明适用于在已经建设的建筑物上某一个楼层，利用电梯井等位置，布置呈H型的塔吊基础梁4，在塔吊基础梁4的中间位置设置连接板梁9，将塔吊安装在塔吊基础梁的中间位置。
本发明的塔吊基础梁4呈H型，相较于传统的十字钢箱梁或十字混凝土梁塔吊基础，本发明布局更灵活，可减少相邻位置的施工，相较于混凝土十字梁塔吊基础，本发明呈H型的塔吊基础梁的跨度相应减少，尤其对于在高层建筑物停工之后、恢复施工时重新布置塔吊而没有施工机械可利用的情况下，能够有效地降低运输量，且由于本塔吊基础梁4的两根横向塔吊梁7相互平行设置，两根横向塔吊梁7之间通过两根相互平行的竖向塔8吊梁连接，能够减少在建筑物主体结构上开凿孔洞的可能性，从而降低支模难度。
由主体结构承载的H型钢筋混凝土梁塔吊基础的加固方法，包括以下步骤：
S1.查看塔吊使用说明书，获取塔吊的荷载设计参数。
具体的，塔吊的荷载设计参数包括工作工况下的荷载设计参数和非工作工况下的荷载设计参数，如表1所示：
表1
S2.预先假定塔吊基础梁的尺寸、塔吊基础梁的材料信息。
具体的，塔吊基础梁的尺寸为1000mm×1700mm，塔吊基础梁的材料信息为混凝土强度等级为C30，钢筋纵筋采用HRB400E、32mm，12@100(6)(HRB400)。
S3.根据塔吊的荷载设计参数、预先假定的塔吊基础梁的尺寸、塔吊基础梁的材料信息，对塔吊基础梁的受力及配筋进行计算。若计算不通过，则返回步骤S2，重新确定塔吊基础梁的尺寸；若计算通过，则执行步骤S4。
具体的，对塔吊基础梁的受力及配筋进行计算的过程为：
S31.将表1中的塔吊的工作工况下的荷载设计参数标准值乘以规范规定的系数得到的设计值、塔吊基础梁的高度分别代入：
其中，h为塔吊基础梁的高度，本算例h＝1.7米，l＝1.0米，P、M、H分别为表1中的工作工况所对应的荷载设计参数标准值乘以规范规定的系数所得到的设计值，根据《建筑结构可靠度设计统一标准》GB 50088的规定系数取1.5。
由算式1得：Nmax1＝1722.35kN (算式3)
由算式2得：Nmin1＝-775kN (算式4)
S32.对照图7，分别将算式3、算式4交叉赋值，分析得出最不利工况，算式3、算式4交叉赋值的荷载如表2所示：
表2
| F1 | F2 | |
| 工况一 | 1722.35kN | -775kN |
| 工况二 | 1722.35kN | 1722.35kN |
| 工况三 | -775kN | -775kN |
| 工况四 | -775kN | 1722.35kN |
由表2可知，工况二为最不利工况。
S33.根据最不利工况，计算得出：
短向跨度梁；RA＝2207.2kN、Ma＝3920kN·m
长向跨度梁；RB＝1237.5kN、Mb＝2741kN·m
由上可得，最大负弯矩为：-3920kN·m
跨中正弯矩计算：
M1＝-3920+2.414×2207.2＝1408.2kN·m
M2＝-2741+4.135×2207.2＝6385.8kN·m
则最大正弯矩：6385.8kN·m
S34.将表1中的塔吊的非工作工况下的荷载设计参数标准值乘以规范规定的系数得到的设计值、塔吊基础梁的高度分别代入：
其中，h为塔吊基础梁的高度，本算例h＝1.7米，l＝1.0米，P、M、H分别为表1中的非工作工况所对应的荷载设计参数标准值乘以规范规定的系数所得到的设计值，根据《建筑结构可靠度设计统一标准》GB 50088的规定系数取1.5。
由算式1得：Nmax2＝2330.45kN (算式5)
由算式2得：Nmin2＝-1861.75kN (算式6)
S35.对照图7，分别将算式5、算式6交叉赋值，分析得出最不利工况，
算式5、算式6交叉赋值的荷载如表3所示：
表3
| F1 | F2 | |
| 工况一 | 2330.45kN | -1861.75kN |
| 工况二 | 2330.45kN | 2330.45kN |
| 工况三 | -1861.75kN | -1861.75kN |
| 工况四 | -1861.75kN | 2330.45kN |
由表3可知，工况二为最不利工况。
S36.根据最不利工况，计算得出：
短向跨度梁：RA＝2986kN(辅助算式1)、Ma＝5304kN·m
长向跨度梁：RB＝1674kN(辅助算式2)、Mb＝3708kN·m
由上可得：
最大负弯矩为：-5304kN·m
最大正弯矩：3214kN·m
综上上述最不利工况，最大负弯矩为-5304kN·m、最大正弯矩为3214kN·m、最大剪力为2986kN、基础所受扭矩MZ＝216×1.5＝324kN·m。
考虑梁自重的均布荷载：q＝1.3×1.2×25＝39kN/m
梁自重产生的负弯矩：M＝39×8.552÷12＝237.58kN·m
梁自重产生的正弯矩：M＝39×8.552÷24＝118.79kN·m
支座剪力：V＝0.5×39×8.55＝166.73kN
则考虑梁自重修订的：
最大正弯矩：3451.6kN·m
最大负弯矩：5541.58kN·m (算式7)
最大剪力：3153kN (算式8)
MZ＝216×1.5＝324kN·m。
S37.根据《混凝土结构设计规范》GB50010公式：
其中：
ft——混凝土轴心抗拉强度设计值。
b——矩形截面的宽度，T形截面或I形截面的腹板宽度。
h0——截面的有效高度。
Vcs——构件斜截面上混凝土和箍筋的受剪承载力设计值。
αcv——斜截面混凝土受剪承载力系数，对于一般受弯构件取0.7；对集中荷载作用下(包括作用有多种荷载，其中集中荷载对支座截面或节点边缘所产生的剪力值占总剪力的75％以上的情况)的独立梁，取λ为计算截面的剪跨比，可取λ等于α/h0。当λ小于1.5时，取1.5；当λ大于3时，取3。α取集中荷载作用点至支座截面或节点边缘的距离。
Asv——配置在同一截面内箍筋各肢的全部截面面积，即nAsvl。此处，n为在同一个截面内箍筋的肢数，Asvl为单肢箍筋的截面面积。
s——沿构件长度方向的箍筋间距。
fyv——箍筋的抗拉强度设计值。
将相关参数代入算式9，得：Vcs＝4943.3kN，大于算式8，则塔吊基础梁的受力符合要求。
S38.梁的等截面配筋计算如下：
将塔吊基础梁的材料参数和算式8代入如下公式：
M≤fpyAp(h-ap-a′s)+fyAs(h-as-a′s)+(σ′p0-f′py)A′p(a′p-a′s) (算式10)
其中：
As为受拉或受压区纵向普通钢筋的截面面积。
fy、fpy为普通钢筋、预应力钢筋的抗拉强度设计值。
f′py为预应力钢筋的抗压强度设计值。
Ap、A′p为受拉区、受压区纵向预应力筋的截面面积。
as、ap为受拉区纵向普通钢筋、预应力筋至受拉边缘的距离。
a′s、a′p受压区纵向普通钢筋合力点、预应力筋合力点至截面受压边缘的距离。
σ′p0为受压区纵向预应力筋合力点处混凝土法向应力等于0时的预应力筋应力。
计算得：As＝9620mm2，12条直径为32mm的HRB400E级钢筋，面积9650mm2，为安全起见配置：15条直径为32mm的HRB400E级钢筋，面积12063mm2。
S39.计算连接板梁的受力及配筋，按照最不利工况，并假定所有弯矩由连接板梁承担，连接板梁的厚度为1.7米，将M＝6067.6×1.5÷2＝4550.7kN·m，代入算式10，得As＝7707mm2，10条直径为32mm的HRB400E级钢筋，面积8042mm2。
底筋：32@100mm(HRB400E)
面筋：32@100mm(HRB400E)
拉筋：20@300(HRB400)
则每米连接板梁可以抵抗的扭矩：4550.7kN·m。
抗扭计算：每米梁的重量＝1.7×1×25＝42.5kN
则抵抗扭矩需要的梁长度＝216×1.5÷(2×42.5)＝3.8m，根据图10、图7，计算通过，满足要求。
S4.获取支撑梁的尺寸、支撑梁的材料信息。
具体的，支撑梁的尺寸为1000mm×1700mm，支撑梁的材料信息为混凝土的强度等级为C30，钢筋纵筋采用HRB400E、32mm，12@100(6)(HRB400)。
S5.根据支撑梁的尺寸、支撑梁的材料信息、塔吊基础梁的受力及配筋结果，对支撑梁的受力及配筋进行计算。若计算不通过，则返回步骤S4，重新确定支撑梁的尺寸；若计算通过，则执行步骤S6。
具体的，对支撑梁的受力及配筋进行计算的过程为：
S51.将工作工况下的最不利工况的RA＝2207.2kN和RB＝1237.5kN进行交叉赋值、非工作工况下的最不利工况的RA＝2986kN和RB＝1674kN进行交叉赋值，支撑梁交叉赋值后的荷载如表4所示：
表4
| Q2 | Q3 | |
| 工况一 | 2207.2kN | 1237.5kN |
| 工况二 | 2207.2kN | 2207.2(不存在) |
| 工况三 | 1237.5kN | 2207.2kN |
| 工况四 | 1237.5kN | 1237.5(不存在) |
| 工况五 | 2986kN | 1674kN |
| 工况六 | 2986kN | 2986(不存在) |
| 工况七 | 1674kN | 2986kN |
| 工况八 | 1674kN | 1674(不存在) |
参照图8，按照中间某个位置作用1个集中荷载，两端固端的工况，代入力学公式：如图11所示，AC段：VN＝RA，CB段： Vx＝RA-P，其中α＝a/l，β＝b/l。
按照上述力学公式进行叠加后计算得出：
最大剪力：4194kN (算式11)
最大负弯矩为-3384kN·m
则最大正弯矩：1602.7kN·m (算式12)
将算式11代入算式9，算式12的绝对值的最大值代入算式10计算得：
支撑梁的箍筋为：14@100(6)(HRB400)；
梁的计算配筋为：10条直径为32mm的HRB400E级钢筋，面积8042mm2。
为安全起见，配筋如下：
15条直径32mm的HRB400E级钢筋，面积11258.8mm2。
变形计算：
变形计算按照塔吊的使用要求L/1000计算。其计算过程为规范上的规定，本计算通过，满足要求。
L2由于跨度小按照L1配筋即可。
S6.计算工字钢的受力，根据工字钢的受力和施工塔吊基础梁时传递的荷载，判断是否需要在工字钢上增加板带，若需要，则执行步骤S7。
具体的，工字钢受力计算的过程为：
对照图9，M1＝102000×215＝21.9kN·m，Q1＝21.93×8÷8.5492＝2.4kN/m
塔吊基础梁：1.7×1×25＝42.5kN/m
工字钢密排：2.4×10＝24小于42.5kN/m，故工字钢上需要增加板带。
板带的配筋：
板带按照高度400mm，双层双向20@200的钢筋计算。
则：板带浇筑的时候传给工字钢的力：0.4×25＝10kN/m
工字钢密排：2.4×10＝24kN/m，符合要求。
S7.板带浇筑完毕后，计算板带的弯矩和工字钢的弯矩。
具体的，板带的弯矩和工字钢的弯矩的计算过程为：
M1＝102000×215＝21.93kN·m(工字钢) (算式13)
M2＝360×5×314×(400-30)＝209kN·m(板带) (算式14)
S8.根据板带的弯矩和工字钢的弯矩，反算板带和工字钢共同作用可承受的均布荷载，并判断板带和工字钢共同作用可承受的均布荷载是否满足施工塔吊基础梁时传递的荷载。若不满足，则增加板带的高度；若满足，则符合要求。
具体的，板带和工字钢可承受的均布荷载的计算过程为：
算式13×10+算式14＝21.93kN·m×10+209kN·m＝428.3kN·m (算式15)
则板带和工字钢可以承受的均布荷载为：
Q1＝428.3×8÷8.5492＝46.88kN/m>42.5kN/m，满足要求。
S9.复核支承支撑梁两端的建筑物主体结构的剪力墙或柱的承载力。
一般考虑在建筑物楼层上安装塔吊的都是高层建筑，通常将塔吊安装在电梯井位置，而电梯井位置的主体结构剪力墙的截面都比较大，故一般承载力都满足要求，在实际布置塔吊基础时应予以复核，其按照现有的抗压计算复核，因此本实施例中不进行赘述。
上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所述的等效实施或变更，或利用本发明所述技术方案和实施例，或本领域的技术人员在本发明技术方案和实施例的启发下，设计出类似的技术方案和实施例，而达到上述技术效果的，均应包含于本案的专利保护范围中。
Claims (6)
1.由主体结构承载的H型钢筋混凝土梁塔吊基础，其特征在于：包括工字钢、板带、支撑梁、塔吊基础梁，所述工字钢密排并横跨在电梯井的洞口或者预留洞口，所述塔吊基础梁呈H型，所述板带设置在所述工字钢上，所述支撑梁和所述塔吊基础梁分别设置在所述板带上，且所述塔吊基础梁的两端分别连接所述支撑梁，所述支撑梁的两端分别连接在建筑物主体结构的两个剪力墙或柱上。
2.根据权利要求1所述由主体结构承载的H型钢筋混凝土梁塔吊基础，其特征在于：所述支撑梁和所述塔吊基础梁与所述板带之间设置有塑料薄膜。
3.根据权利要求2所述由主体结构承载的H型钢筋混凝土梁塔吊基础，其特征在于：所述塔吊基础梁包括两根横向塔吊梁、两根竖向塔吊梁，两根所述横向塔吊梁相互平行设置，且每根所述横向塔吊梁的两端分别连接所述支撑梁，两根所述横向塔吊梁之间连接有两根相互平行的所述竖向塔吊梁。
4.根据权利要求3所述由主体结构承载的H型钢筋混凝土梁塔吊基础，其特征在于：两根所述横向塔吊梁和两根所述竖向塔吊梁的四个连接点位于所述塔吊基础梁的中间位置，且四个连接点之间设置有连接板梁，塔吊的标准节连接在所述横向塔吊梁与所述竖向塔吊梁的连接点处。
5.根据权利要求4所述由主体结构承载的H型钢筋混凝土梁塔吊基础，其特征在于：所述支撑梁的两端分别锚固连接在建筑物主体结构两个剪力墙或柱上。
6.由主体结构承载的H型钢筋混凝土梁塔吊基础的加固方法，其特征在于：应用于如权利要求1所述的由主体结构承载的H型钢筋混凝土梁塔吊基础中，包括以下步骤：
S1.查看塔吊使用说明书，获取塔吊的荷载设计参数；
S2.预先假定塔吊基础梁的尺寸、塔吊基础梁的材料信息；
S3.根据塔吊的荷载设计参数、预先假定的塔吊基础梁的尺寸、塔吊基础梁的材料信息，对塔吊基础梁的受力及配筋进行计算，若计算不通过，则返回步骤S2，重新确定塔吊基础梁的尺寸，若计算通过，则执行步骤S4；
S4.获取支撑梁的尺寸、支撑梁的材料信息；
S5.根据支撑梁的尺寸、支撑梁的材料信息、塔吊基础梁的受力及配筋结果，对支撑梁的受力及配筋进行计算，若计算不通过，则返回步骤S4，重新确定支撑梁的尺寸，若计算通过，则执行步骤S6；
S6.计算工字钢的受力，根据工字钢的受力和施工塔吊基础梁时传递的荷载，判断是否需要在工字钢上增加板带，若需要，则执行步骤S7；
S7.板带浇筑完毕后，计算板带的弯矩和工字钢的弯矩；
S8.根据板带的弯矩和工字钢的弯矩，反算板带和工字钢共同作用可承受的均布荷载，并判断板带和工字钢共同作用可承受的均布荷载是否满足施工塔吊基础梁时传递的荷载，若不满足，则增加板带的高度，若满足，则符合要求；
S9.复核支承支撑梁两端的建筑物主体结构的剪力墙或柱的承载力。
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