结构梁板回顶加固方法与流程

1.本发明涉及建筑施工技术领域，具体地指一种结构梁板回顶加固方法。


背景技术：

2.建筑工程施工过程中，不可避免要在地下室顶板上堆载、走重车等临时施工作业，对应产生临时施工荷载，因施工特点和工效需求，大中型工程车辆产生的临时施工荷载一般会较大，且一般比地下室顶板设计使用荷载大，因此这类施工荷载作用下，对地下室顶板结构产生安全隐患甚至破坏风险。这类荷载值大而作用时间短，仅在施工阶段偶尔出现，若在设计过程中考虑这部分荷载作用，需要增加项目预算，且增加这部分预算对后期项目使用毫无意义，因此多数项目甲方会选择让施工方自行解决该问题，即施工阶段临时加固变得必不可少。对于大多数施工方而言，最常用的加固方式是荷载作用范围内地下室顶板以下全域满堂回顶至地下室底板，该方式简单粗暴，可靠性强，但是作业时间长，会产生小则几十万大则上百万的施工成本，若遇到已经安装好的机电管线，还必须先拆除机电管线，待回顶作业结束后再重新复原安装机电管线，给项目施工带来极大的不便。故如何提供一种方便快捷且成本低的加固方法成为本领域亟待解决的难题。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于解决现有地下室顶板临时加固方法成本高，耗时长，施工不便的问题，提供一种结构梁板回顶加固方法，包括以下步骤：
4.步骤1、根据结构梁板上的荷载初步确定至少一个回顶带区域所设置的待加固楼层及待加固楼层上对应的位置，所述至少一个回顶带区域的竖向投影面积小于荷载作用范围，所述至少一个回顶带区域下方的楼层设置一组回顶支撑组件；
5.步骤2、建立回顶整体模型，所述模型包括待加固楼层的结构梁板、所述回顶支撑组件及所述回顶支撑组件所在楼层的结构梁板；
6.步骤3、根据所述回顶整体模型计算结果，判断所述待加固楼层和所述回顶支撑组件所在楼层的结构梁板的承载力；
7.步骤4、若所述承载力不满足预定要求，则继续在同一楼层增加回顶带区域的设置数量和/或在下一个楼层增加回顶带区域的设置数量，然后返回到步骤2；若所述承载力满足预定要求，则进入下一个步骤；
8.步骤5、根据步骤4的结果确定最终回顶带区域的设置，并完成对应区域的回顶支撑组件的施工。
9.进一步，若仅有待加固楼层的结构梁板的承载力不满足预定要求，则继续在待加固楼层增加回顶带区域的数量，以此增强同一楼层与下一楼层协同性，并将同一楼层荷载更多向下一楼层转移，这样减轻了同一楼层负担，又进一步挖掘了下一楼层潜力；若所述回顶支撑组件所在楼层的结构梁板出现承载力不满足预定要求，则继续在所述回顶支撑组件所在楼层增加回顶带区域的设置数量；若待加固楼层和所述回顶支撑组件所在楼层的结构
梁板的承载力均不满足预定要求，则同时增加待加固楼层和所述回顶支撑组件所在楼层回顶带区域的设置数量。
10.上述进一步方案的有益效果是：根据待加固楼层及其下一楼层的结构梁板的承载力情况有针对性的增加对应楼层的回顶带区域的设置数量，从而增加了回顶支撑组件的数量，使同一楼层与下一楼层的结构梁板协同受力，变相增加了待加固楼层及其下一楼层的结构梁板的承载力，使承载力在满足规范要求的情况下，回顶带区域的数量或回顶带区域的设置楼层尽可能少，最大幅度的降低施工措施成本。
11.进一步，步骤2采用有限元软件整体建模，梁柱采用线单元模拟，墙板采用厚板单元模拟，梁柱墙板节点均根据设计要求采用刚接节点，其中，除钢结构设计铰接节点外，混凝土结构施工阶段均应视为刚接，回顶支撑组件采用仅受压桁架单元，回顶支撑组件的上下端与结构梁板关系均采用接触单元模拟。
12.进一步，同一楼层内所述回顶带区域设置多个，每个回顶带区域呈带状，多个回顶带区域均匀分布。
13.上述进一步方案的有益效果是：呈带状的回顶带区域使待加固楼层的结构梁板与下一个楼层的结构梁板协同受力，增强待加固楼层的结构梁板的承载力的同时可减少回顶支撑组件的设置数量，进一步降低施工措施成本。
14.进一步，所述回顶带区域为多个，所述多个回顶带区域分别设置于不同楼层，不同楼层间的回顶带区域的竖向投影位置一致。
15.进一步优选的，所述回顶带区域从上至下逐层减少。
16.进一步，所述至少一个回顶带区域的宽度小于等于600mm。
17.经计算统计表明，若回顶带区域的宽度超过600mm，回顶加固的效果增加不明显，但所需的材料增加明显，故确定600mm为回顶带区域最优宽度。
18.进一步，所述至少一个回顶带区域的长度方向平行于结构梁板的结构板的长度方向。反之，若回顶带区域的长度方向垂直于结构板的长度方向，结构板被划分成的小板块的跨度并未改变，导致回顶加固的效果不明显。
19.进一步，所述回顶支撑组件包括2～3排沿回顶带区域的宽度方向间隔排列设置的支撑件。
20.进一步，每排支撑件包括：
21.多个沿着结构板长度方向间隔设置的立杆；
22.多个顶托刚性垫块，分别设置在每个立杆的顶部；及
23.多个底托刚性垫块，分别设置在每个立杆的底部；
24.其中，所述顶托刚性垫块的有效抗压刚度和所述底托刚性垫块的有效抗压刚度均大于等于所述立杆的截面有效抗压刚度。
25.上述进一步方案的有益效果是：通过顶托刚性垫块和底托刚性垫块实现立杆与结构板的刚性连接，保证了支撑件的结构强度和稳定性，通过构造措施使实际受力特征接近模型受力特征。
26.本发明的有益效果是：
27.1.本发明充分挖掘结构自身潜力，用少量施工措施解决了地下室顶板或其他结构梁板重载作用下临时加固问题，所涉及施工方法构造简单，受力明确，经济性好，特别适用
于施工期间地下室顶板堆载、走重车、汽车吊作业等临时重载作用下的加固需求。
28.2.通过回顶带区域将顶板划分为多块小跨板，板跨减小，在板厚、配筋等参数不变的前提下，顶板承载力相对增加。让部分荷载通过回顶支撑组件传给下一楼层的结构梁板，减轻顶板负荷。
29.3.通过建立整体模型，考虑多楼层的结构梁板通过回顶支撑组件衔接实现协同受力，整体参与计算，多楼层的结构梁板和回顶支撑组件组成的整体体系承载力更大，从而增加了顶板负荷能力。并通过设置立杆斜撑、水平剪刀撑等保障稳定性的构造措施使实际受力特征接近计算模型受力特征。
附图说明
30.图1为本发明结构梁板回顶加固方法的流程结构示意图。
31.图2为图1中本发明结构梁板回顶加固方法的进一步详细流程结构示意图。
32.图3为本发明结构梁板回顶加固方法中一个回顶带区域设置楼层的主视结构示意图。
33.图4为图3的俯视结构示意图。
34.图5为图3的侧视结构示意图。
35.图6为图3中顶托刚性垫块和底托刚性垫块为工字钢的放大主视结构示意图。
36.图7为图3中顶托刚性垫块和底托刚性垫块为矩形钢管的放大主视结构示意图。
37.图8为本发明结构梁板回顶加固方法中两个相平行的回顶带区域设置楼层的主视结构示意图。
38.图9为图8的俯视结构示意图。
39.图10为本发明结构梁板回顶加固方法中两个相交的回顶带区域在待加固楼层上对应位置的俯视结构示意图。
40.图11为图3中b1层和b2层均设置有回顶带区域的主视结构示意图。
41.图中；1
‑
回顶带区域；1.1
‑
立杆；1.2
‑
顶托刚性垫块；1.3
‑
底托刚性垫块；1.4
‑
水平剪刀撑；2
‑
地下室顶板；3
‑
跨板。
具体实施方式
42.以下结合附图1至附图11和具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
43.需要说明的是，结构梁板包括结构梁和结构板，本实施例的结构梁板回顶加固以地下室顶板2的回顶加固为例，以下地下室顶板层简称b0层，地下室负一层简称b1层，地下室负二层简称b2层，地下室负三层简称b3层。当然，本实施例的方法还适用于其他结构梁板的加固，并不局限于地下室顶板2的加固。
44.还需要说明的是，本发明所指的回顶带区域是指人为在结构梁板的结构板上划分的一个带状区域，是指一个平面区域。如果在b0层设置回顶带区域，回顶支撑组件则是设置在回顶带区域的下一个楼层，即b1层上，指的是回顶支撑组件设置于b0层的结构梁板与b1层的结构梁板之间。因此，本发明所指的在哪一个楼层上设置回顶支撑组件，实际上是指的是在这一楼层的结构梁板与上一楼层的结构梁板之间设置回顶支撑组件。对应的回顶支撑组件所在楼层的结构梁板指的是b1层的结构梁板。
45.结合图1、图3至图5所示的结构梁板回顶加固方法，包括以下步骤：
46.步骤1、根据地下室顶板2上的荷载初步确定至少一个回顶带区域1所设置的待加固楼层及该至少一个回顶带区域1在待加固楼层上对应的位置，至少一个回顶带区域1的竖向投影面积小于荷载作用范围，至少一个回顶带区域1内设置一组回顶支撑组件。至少一个回顶带区域1的宽度小于等于600mm。回顶带区域1设置有多个时，多个回顶带区域1均设置于同一楼层。或多个回顶带区域1分别设置于不同楼层，不同楼层间的回顶带区域1的竖向投影位置一致，同时也允许不同楼层间的回顶带区域1从上至下逐层减少。对于重型施工车辆轮压所作用的板跨内，可以在结构板面铺设一块1～2cm厚钢板，对于分散车辆轮压产生的集中荷载有很好的效果。因为重载车轮压集中荷载大，且位置不固定，就可以用钢板先把集中荷载分散一遍。
47.步骤2、建立回顶整体模型，模型包括待加固楼层的结构梁板、回顶支撑组件及回顶支撑组件所在楼层的结构梁板。模型采用有限元软件整体建模，梁柱采用线单元模拟，墙板采用厚板单元模拟，回顶支撑组件采用仅受压桁架单元，回顶支撑组件的上下端与结构梁板关系采用接触单元模拟。
48.至少一个回顶带区域1平行于地下室顶板2的长度方向。回顶支撑组件包括2～3排沿着地下室顶板2宽度方向间隔排列设置的支撑件。每排支撑件包括多个立杆1.1、多个顶托刚性垫块1.2及多个底托刚性垫块1.3。多个立杆1.1沿着地下室顶板2长度方向间隔设置。多个顶托刚性垫块1.2分别设置在每个立杆1.1的顶部。多个底托刚性垫块1.3分别设置在每个立杆1.1的底部。其中，顶托刚性垫块1.2的刚度和底托刚性垫块1.3的刚度均大于等于立杆1.1的截面刚度。
49.步骤3、根据回顶整体模型计算结果，判断待加固楼层和回顶支撑组件所在楼层的结构梁板的承载力。
50.步骤4、若承载力不满足预定要求，则继续在同一楼层增加回顶带区域1的设置数量和/或在下一个楼层增加回顶带区域1的设置数量。
51.具体的：若仅有待加固楼层的结构梁板的承载力不满足预定要求，则继续在待加固楼层增加回顶带区域1的数量，以此增强同一楼层与下一楼层协同性，并将同一楼层荷载更多向下一楼层转移，这样减轻了同一楼层负担，又进一步挖掘了下一楼层潜力；若回顶支撑组件所在楼层的结构梁板出现承载力不满足预定要求，则继续在回顶支撑组件所在楼层增加回顶带区域1的设置数量；若待加固楼层和回顶支撑组件所在楼层的结构梁板的承载力均不满足预定要求，则同时增加待加固楼层和回顶支撑组件所在楼层回顶带区域1的设置数量。
52.然后返回到步骤2；若承载力满足预定要求，则进入下一个步骤。
53.步骤5、根据步骤4的结果确定最终回顶带区域1的设置，并完成对应区域的回顶支撑组件的施工。
54.回顶带区域1的受力原理在于通过立杆1.1使上下相邻多层(b0层、b1层、
……
)的结构梁板协同受力，增加b0层的结构梁板即地下室顶板2的承载能力。若立杆1.1设置在b1层，则b0层的结构梁板与b1层的结构梁板协同受力；若立杆1.1设置在b1层和b2层，则b0层、b1层和b2层的结构梁板协同受力。立杆1.1可选择常规脚手架钢管，如扣件式钢管或盘扣架立杆1.1等，且要求按规范设置水平剪刀撑1.4、立杆斜撑等构造手段保证立杆1.1自身稳定
性。
55.如图2、图3所示，本实施例的结构梁板回顶加固的进一步具体方法，包括以下步骤：
56.s1：梳理工况，确定重载来源、重载性质和地下室顶板2荷载。如堆载和施工现场重型车辆分别属于静荷载和动荷载。梳理工况后，需要根据《建筑结构荷载规范》附录c所述方法，将施工荷载转换成均布荷载。施工现场重型车辆主要包括混凝土罐车和钢筋运输车，两种车均可根据其自重和载重，根据汽车性能参数表及《城市桥梁设计荷载标准》推算各轮轮压。如《建筑结构荷载规范》建议重载车辆，单轮有效作用面积可按0.25m
×
0.25m考虑，双轮有效作用面积按0.25m
×
0.6m考虑，若计算轴重为700kn，则双轮产生局部压强为700kn/(0.25m
×
0.6m)＝4666kpa。无论是轮压还是均布荷载，均作用于结构梁板的有限元模型上。
57.s2：根据地下室顶板2上的荷载初步确定一个回顶带区域1所设置的位置和楼层，回顶带区域1的竖向投影面积小于荷载的作用范围，回顶带区域1下方设置一组回顶支撑组件。使回顶带区域1将地下室顶板2划分为2块跨板3，本实施例中地下室顶板2即b0层结构梁板。
58.原则上，先选择b0层回顶，即在b0层设置回顶带区域1，当计算得b0层和b1层的结构梁板承载力均不够时，才考虑向下增加回顶楼层(即向下增加回顶带区域1的设置楼层)。向下增加回顶楼层时，不同楼层间的回顶带区域1的竖向投影位置一致，比如，b2层的回顶带区域1的立杆1.1要求与b1层回顶带区域1的立杆1.1的竖向投影位置一致，以保证传力连续性。当然，也允许不同楼层间的回顶带区域1从上至下逐层减少。比如，b1层的回顶带区域1的设置数量为2个，b2层的回顶带区域1的设置数量为1个，b2层上的1个回顶带区域1的竖向投优选与b1层的2个回顶带区域1之一的竖向投影位置一致。
59.因多数项目地下室主体结构施工完后，就开始穿插机电管线安装作业，很多项目中后期经常会遇到b0层走重车或堆载的情况，因此需要对b0层结构梁板以下进行回顶。确定回顶带区域1或立杆1.1位置时，尽量避开已经安装好的机电管线，以避免造成机电管线二次拆装产生施工成本。回顶带区域1设置时，宜平行于b0层结构梁板的板跨长边方向，这样效果更明显。
60.s3：建立回顶整体模型：模型包括待加固楼层的结构梁板、回顶支撑组件及回顶支撑组件所在楼层的结构梁板。由于整个回顶体系在受力过程中，除地下室主体结构外，主要是立杆1.1受压，故建模时一定要将立杆1.1建入整体模型，让其参与受力。又因为实际受力特征分析，立杆1.1仅受压，不受拉，故建模时需考虑立杆1.1与待加固楼层及下一楼层的结构梁板面接触处理，可以将立杆1.1简化为仅受压桁架单元。
61.需要说明的是，现有土木工程类专业有限元软件种类丰富，技术成熟。本实施例涉及计算方法宜采用有限元方法计算受力，建立回顶整体有限元模型，考虑结构梁板和立杆1.1共同参与受力，通过立杆1.1连通上下相邻楼层的结构梁板，使其协同受力，辅助增强了b0层结构梁板(尤其是板)的承载力。
62.建模时，地下室主体结构的梁柱可采用线单元模拟，墙板(即墙和结构板)可简化成厚板单元模拟。立杆1.1可采用仅受压桁架单元，立杆1.1的顶部和底部与结构梁板关系可采用接触单元模拟，即仅承受压力，不承受拉力。b0层结构梁板荷载取值根据实际堆载取值。计算结果取结构梁板内力(弯矩、剪力)，根据《混凝土结构设计规范》方法计算需求配
筋，与设计配筋(实际配筋)对比，对比结果用于判断承载力是否不足；取立杆1.1顶部内力(压力)，根据“脚手架安全技术规程”规定方法，计算立杆1.1承载力及稳定性。
63.s4：设置参数，主要包括材料特性设置(容重、弹性模量等)、边界条件、以及几何模型转化成有限元模型。
64.例如，要求回顶带区域1中多个立杆1.1沿回顶带区域1的长度方向间距450mm或600mm设置，间距不得大于600mm，多个立杆1.1沿垂直于回顶带区域1的长度方向间距300mm设置，即回顶带区域1宽度范围内有2排支撑件，每排支撑件包括沿回顶带区域1的长度方向间距450mm或600mm分布的多个立杆1.1，两排支撑件之间的间距为300mm。立杆1.1水平间距小于常规支模架间距，以增强局部回顶效应，构成带状回顶效应，即带状或条状的回顶带区域1。经计算统计表明，若回顶带区域1的宽度超过600mm，回顶加固的效果增加不明显，但所需的材料增加明显，故确定600mm为回顶带区域1的最优宽度。
65.利用回顶整体模型计算并判断设置有回顶带区域1的楼层(比如b0层)及设置有回顶带区域1的楼层的下方的楼层(比如b1层)的结构梁板的承载力是否均满足预定要求。若满足预定要求，则说明划板结束；若不满足预定要求，调整回顶带区域1的位置和楼层，并重新建模后计算以进行下一步判断。判断时，主要确定原施工图配筋下，每一个构件(梁、板)承载力是否满足《混凝土结构设计规范》规定。
66.如图3、图4所示，若回顶带区域1所在楼层(即b0层)的结构梁板的承载力不满足预定要求，则继续在该同一楼层即b0层增加回顶带区域1的数量以对b0层的结构梁板进一步划板，使增加的回顶带区域1进一步将b0层结构梁板划分为更多块面积更小的跨板3。
67.若回顶带区域1下方的楼层(即b1层)的结构梁板承载力不满足预定要求，则在b1层增加回顶带区域1的设置数量，并使b1层与b0层的回顶带区域1的竖向投影位置一致。
68.重复s3，即重新建立回顶整体模型(主要是更新回顶整体模型中的回顶带区域1的位置和楼层)并计算b0层、b1层和b2层的结构梁板的承载力是否均满足预定要求。循环步骤s3
‑
s4直至与设置有回顶带区域1的楼层及其下方的楼层的结构梁板的承载力均满足预定要求，则划板结束。根据结构传力规律，若相同截面(等效于刚度)前提下，结构梁板分担荷载大小比例从上到下逐渐减小。而b0层的结构梁板刚度通常高于其下方的b1层、b2层等并弱于地下室底板，因此理论规律和实践经验均表明，多层回顶时，结构梁板的承载力不足的风险仍出现在b0层和b1层。
69.s5：根据s4的结果确定最终回顶带区域1的位置，并根据该位置完成回顶带区域1的支撑件的施工。主要包括工艺设计和具体的实施步骤，工艺设计重点在于立杆1.1布置和顶托刚性垫块1.2与底托刚性垫块1.3的选用，要求选用竖向抗压截面刚度不小于立杆1.1杆身抗压有效截面刚度的顶托刚性垫块1.2与底托刚性垫块1.3，因此顶托刚性垫块1.2与底托刚性垫块1.3不应选用强度较低的木方，可采用工字钢或矩形钢管。比如，单根立杆1.1净截面面积a0，立杆1.1材料抗压刚度e0，则其竖向抗压刚度e0*a0，则顶托刚性垫块1.2和底托刚性垫块1.3的受压截面对应刚度ea不得小于e0*a0，以确保受压时立杆1.1的顶部和底部不会成为刚度薄弱点。例如，若顶托刚性垫块1.2与底托刚性垫块1.3采用工字钢，工字钢腹板厚度b，工字钢沿回顶带区域1长度方向的有效长度不大于300mm，则顶托刚性垫块1.2与底托刚性垫块1.3的等效刚度b
×
300mm≥e0*a0。当然，顶托刚性垫块1.2与底托刚性垫块1.3也可采用小块钢板垫块。无论哪种回顶方式均需保证结构梁板、顶托刚性垫块1.2、
底托刚性垫块1.3与立杆1.1之间顶紧，保证传力效果。
70.结合图3、图4、图5所示，本实施例中的回顶支撑组件包括沿着地下室顶板2宽度方向间隔设置的两排支撑件，每排支撑件包括沿着地下室顶板2长度方向间距450mm设置的多个立杆1.1，立杆1.1的数量根据地下室顶板2的尺寸而设计。
71.回顶支撑组件还包括：顶托刚性垫块1.2、底托刚性垫块1.3和水平剪刀撑1.4。
72.顶托刚性垫块1.2设置在立杆1.1的顶部，底托刚性垫块1.3设置在立杆1.1的底部。顶托刚性垫块1.2和底托刚性垫块1.3的竖向抗压截面刚度均大于等于立杆1.1的杆身抗压有效截面刚度。多个水平剪刀撑1.4连接两排支撑件，水平剪刀撑1.4还连接同一排或不同排支撑件的多个立杆1.1。
73.如图6所示，顶托刚性垫块1.2和底托刚性垫块1.3为工字钢。
74.如图7所示，顶托刚性垫块1.2和底托刚性垫块1.3为矩形钢管。
75.如图8、图9所示，b0层上设置有两个相平行的回顶带区域1，两个回顶带区域1将b0层的结构梁板划分为3块跨板3，相比于设置一个回顶带区域1而言，b0层的结构梁板被划分的跨板3数量更多，面积更小，承载力更大。实际运用时，b0层结构梁板上的回顶带区域1可以有更多条。
76.如图10所示，b0层上设置有两个相交的回顶带区域1，两条回顶带区域1将b0层的结构梁板划分为均匀的4块跨板3，相比于相平行设置的两个回顶带区域1而言，相交设置的两个回顶带区域1将b0层的结构梁板划分的跨板3数量更多，面积更小，承载力更大。
77.如图11所示，b0层和b1层上分别设置有一个回顶带区域1，且b0层和b1层上的回顶带区域1的竖向投影位置一致，适用于b1层的结构梁板承载力不足的情况。若b2层的结构梁板承载力不足时，可在b2层的同一竖立面位置再设置一个回顶带区域1。
78.以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，同样也应视为本发明的保护范围。