一种吊装机具楼面作业时结构楼面承载力计算方法

摘要

一种吊装机具楼面作业时结构楼面承载力计算方法，其特征在于包括以下步骤：a、结构楼面设计参数及吊装机具的确定，b、确定70T履带吊的基本参数，c、人工初步计算，（1）履带吊履带压强计算及楼板梁荷载计算，（2）楼板梁承载力计算，d、采用PKPM SATWE结构计算软件计算结构的吊装承载能力。本发明的吊装机具楼面作业时结构楼面承载力计算方法，利用PKPM SATWE结构计算软件计算结构的吊装承载能力，具有计算速度快、计算准确、可以真实反映结构受力形态，同时考虑风荷载等多种荷载综合作用，分项系数可根据施工经验进行适当调整，同时可以进行更为直观的结构竖向形变、应力云图等手算不具有的体现形式的优点。

说明书

技术领域

本发明涉及一种楼面承载能力的计算方法，具体地说，是一种吊装机具楼面作业时结构楼面承载力计算方法。

背景技术

在物流、电子厂房工程建设中，往往要求大跨度、大空间，尤其在多层厂房建设中的大跨度、大空间的应用已经成为主流建设。这样的结构往往具有一定的施工难度，尤其是一二层采用混凝土框架结构结构，三层或顶层采用钢桁架结构来满足大空间。因每一榀钢桁架重量均达到了40至50吨，施工难度更大，每一榀钢桁架的安装难度均非常高，均要求采用70T以上的重型履带吊上楼面进行吊装作业，钢桁架自重与吊车自重合计超过100T，这样就要求严格计算电子厂房建筑物结构承载力是否满足吊装荷载的问题。当项目工程的一、二层采用预应力预制梁结合钢筋桁架楼承板的预拼装结构，三层采用门式刚架结构，在施工三层楼板、二层柱子及三层门式钢架时，均需要采用25T汽车吊上二层、三层楼面进行吊装作业，30T拖板车上二层运送混凝土预制梁，同样要求要严格计算施工方案中的物流厂房建筑物结构承载力是否满足吊装荷载的问题。

传统手工计算及计算公式主要通过计算履带吊及汽车吊在吊装作业时所产生的等效局部荷载后，在与原结构设计荷载进行比对，若小于原结构设计荷载则通过计算，否则要重新选型履带吊或汽车吊，这种结构计算方式不能直接反应建筑结构受力状态、缺少给人的直观感应、计算速度慢、容易出现错误。若在沿海台风等地区考虑风荷载计算工况，计算难度更大。

因此已知的吊装机具楼面作业时结构楼面承载能力的计算方式存在着上述种种不便和问题。

发明内容

本发明的目的，在于提出一种利用PKPM SATWE结构计算软件的吊装机具楼面作业时结构楼面承载力计算方法。

为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：

一种吊装机具楼面作业时结构楼面承载力计算方法，其特征在于包括以下步骤：

a、结构楼面设计参数及吊装机具的确定

二层楼面范围内属于华夫板，两跨42米的钢屋架，每一榀钢屋架重量为40T，确定采用70T履带吊进行吊装，钢梁基座标高 13.675，华夫板下框架柱距均为6m，华夫板设计最小活荷载为 15kN/m2；华夫板结构为双向密肋梁，主次梁截面尺寸均为250× 800；

b、确定70T履带吊的基本参数

70T履带吊的基本参数，包括外形尺寸，最大起重量为70t，最大起重幅度为3.8m；履带吊工作幅度为6m，；履带吊吊装参数：主臂长12m、倍率为12、幅度为3.8米至6m；

c、人工计算

(1)履带吊履带压强计算及楼板梁荷载计算

履带式起重机，由于履带面积大，所以对地面压强较低，行走时压强不超过0.2MPa，起重时压强不超过0.4MPa；

不考虑结构楼面密肋布置的双向作用，按结构楼面密肋布置的单向受力核算次梁配筋，1m宽履带压力为： q

(2)楼板梁承载力计算

考虑塑性内力重分布及活荷载分项系数，吊车荷载下次梁设计弯矩为：

M＝1.4×110×6

次梁配筋结果为：

次梁实际配筋3C22，即1139mm

按单向受力计算次梁，剪力为：

V＝1.4×110×3＝462kN

250×800梁断面最大抗剪能力：

0.25×21.1MPa×250×800mm

实际抗剪能力为：

故按保守计算次梁抗剪力也不足；

d、采用PKPM SATWE结构计算软件计算结构的吊装承载能力，包括以下步骤：

(1)建立PKPM结构简化模型

根据一层顶板结构特点，按实际情况建立一层顶板结构的简化模型，一层顶板结构为3×3跨，每跨6m，次梁中心间距600mm，截面尺寸250mm×800mm，混凝土强度等级C45，楼板厚度为50mm，按保守情况考虑施工荷载2kN/m

(2)设计依据

按照行业规范、规程进行设计，包括《混凝土结构设计规范》 (GB50010-2010)、《建筑结构荷载规范》(GB50009-2012)；

(3)主要设计参数确定

根据施工实际情况，因施工周期短暂，考虑风荷载，不考虑地震荷载；根据施工经验及多次试算，恒荷载分项系数取值 1.1-1.2，活荷载分项系数取值1.2-1.4，本案分别取值为1.2与 1.4；

(4)第一PKPM SATWE结构计算软件计算工况分析：

选取边跨中部两根次梁，每根次梁施加5.4m长的110kN/m的活荷载，以模拟70履带吊车在吊起40T屋顶钢桁架过程中一侧履带受压一侧悬空的情况；

计算结果表明，密肋梁的双向作用非常显著：次梁最大纵筋配筋768mm2，箍筋40mm2/200mm，主梁纵筋955mm2，箍筋 80mm2/200mm；其中顶板结构弹性变形很小，最大值为1.94mm；

第一PKPM SATWE结构计算软件计算工况分析结果显示：在 70T履带吊在吊起40T屋顶钢桁架施工过程中一层结构顶板梁配筋面积及竖向弹性变形均小于厂房结构一层顶板梁配筋面积与竖向弹性变形的设计值，在第一工况下，70履带吊车在吊起40T屋顶钢桁架吊装过程中原结构安全；

(5)第二PKPM SATWE结构计算软件计算工况分析：

选取主梁及旁边次梁，每根次梁施加5.4m长的110kN/m的活荷载，以模拟70履带吊车在吊起40T屋顶钢桁架过程中一侧履带受压一侧悬空的情况；

计算结果表明，密肋梁的双向作用非常显著：次梁最大纵筋配筋563mm2，箍筋60mm2/200mm，主梁纵筋912mm2，箍筋 80mm2/200mm；顶板结构弹性变形很小，其最大值为1.49mm；

第二PKPM SATWE结构计算软件计算工况分析结果显示：在 70T履带吊在吊起40T屋顶钢桁架施工过程中一层结构顶板梁配筋面积及竖向弹性变形均小于厂房结构一层顶板梁配筋面积与竖向弹性变形的设计值，在第二工况下，70履带吊车在吊起40T屋顶钢桁架吊装过程中原结构安全。

本发明的吊装机具楼面作业时结构楼面承载力计算方法还可以采用以下的技术措施来进一步实现。

前述的方法，其中所述70T履带吊为中联牌QUY70履带起重机。

前述的方法，其中还包括主要设计参数外的其他参数：(1) 总信息，混凝土容重为26.00kN/m

采用上述技术方案后，本发明的吊装机具楼面作业时结构楼面承载力计算方法具有利用PKPM SATWE结构计算软件计算结构的吊装承载能力，相对于传统手工计算模式具有计算速度快、计算准确、可以真实反应结构受力形态，同时考虑风荷载等多种荷载综合作用，分项系数可根据施工经验进行适当调整，同时可以进行更为直观的结构竖向形变、应力云图等手算不具有的体现形式的优点。

附图说明

图1为本发明实施例的PKPM SATWE结构计算软件计算流程图；

图2为本发明实施例的工况一荷载布置图，活载110KN/m

图3为本发明实施例的工况一的应力比简图；

图4为本发明实施例的工况一的梁各截面主筋包络图；

图5为本发明实施例的工况二荷载布置图，活载110KN/m

图6为本发明实施例的工况二的应力比简图；

图7为本发明实施例的工况二的梁各截面主筋包络图；

图8为本发明实施例的工况二的履带吊荷载下变形示意；

图9为本发明实施例的70T履带吊吊装工况示意图。

图中：170T履带吊车，2框架柱，3双向密肋梁，4一层结构顶板，5，6屋顶钢桁架，7，8。

1-70T履带吊吊装40T屋顶钢桁架模拟施工活荷载；2-框架柱； 3-；4-；5-70T履带吊；6-40T；7-缆风绳。

具体实施方式

以下结合实施例及其附图对本发明作更进一步说明。

实施例1

本发明的吊装机具楼面作业时结构楼面承载力计算方法包括以下步骤：

步骤1、半导体厂房原结构设计参数及履带吊的确定

二层楼面范围内属于华夫板，两跨42米的钢屋架，每一榀钢屋架重量为40T，初步确定采用70T履带吊进行吊装，钢梁基座标高13.675，此部分华夫板下框架柱距均为6米。华夫板设计荷载：最小活荷载15kN/m2。屋架沿轴布置，屋顶桁架及支座结构。华夫板主结构为双向密肋梁，主次梁截面尺寸均为250X800。

步骤2、确定70T履带吊的基本参数

70T履带吊的基本参数，包括外形尺寸，最大起重量为70t，最大起重幅度为3.8m；履带吊工作幅度为6m；履带吊吊装参数： (一)主臂长12米、倍率为12、幅度为3.8米至6米，(二)主臂长15米、倍率为12、幅度为4米至6米；

步骤2、人工初步计算

1、履带吊履带压强计算及楼板梁荷载计算

履带式起重机，由于履带面积大，所以对地面压强较低，行走时一般不超过0.2MPa，起重时不超过0.4MPa。

起吊40吨屋架，如为两台50吨履带吊抬吊，则可假设不利情况为一侧履带受压，另一侧脱空，此时楼板承重70吨(50+40/2)；如为70吨履带吊，则同样情况下，楼板承重110吨(70+40)。根据履带吊参数表格，对应履带压强分别为：

可见由于履带尺寸的加大，两种情况起吊，对首层顶楼板影响不大，故按较大值0.22MPa核算。

先不考虑本案密肋布置的双向作用，按单向受力核算次梁配筋(偏保守)。1m宽履带压力为：q

2、楼板梁承载力计算

考虑塑性内力重分布及活荷载分项系数，吊车荷载下次梁设计弯矩为：

M＝1.4×110×6

此情况下配筋结果约为：

次梁实际配筋3C22，即1139mm

按单向受力计算次梁，剪力为：

V＝1.4×110×3＝462kN

250X800梁断面最大抗剪能力：

0.25×21.1Mpa×250×800mm

实际抗剪能力为：

故按保守计算次梁抗剪也不足。图9为本发明实施例的70T 履带吊吊装工况示意图。

考虑本案密肋梁的双向受力作用，进行PKPM SATWE结构计算软件计算。

步骤3、采用PKPM SATWE结构计算软件计算结构的吊装承载能力

1、建立PKPM结构简化模型

图1为本发明实施例的PKPM SATWE结构计算软件计算流程图。根据一层顶板结构特点，建立一层顶板PKPM结构简化模型，按实际情况建立首层顶板结构的简化模型，3X3跨，每跨6m，次梁中心间距600mm，截面尺寸250mmX800mm，混凝土强度等级C45，楼板厚度为50mm(对梁不利)，按保守情况考虑施工荷载2kN/m

70T履带吊在一层顶板吊装作业过程中，对一层顶板结构最不利的位置为两处：边跨跨中、边跨主梁及旁边次梁；对一层顶板最极端情况下荷载为70T履带吊车在吊装40T桁架过程中一侧履带受压一侧悬空的情况。

本案的重点在分析计算70T履带吊在最极端荷载情况下，在边跨中部、边跨主梁及旁边次梁两种工况下，一层顶板梁的结构承载能力问题，若计算结果小于一层顶板梁的结构承载能力，则70T 履带吊可以上一层顶板进行吊装40T钢桁架；若计算结果大于一层顶板梁的结构承载能力，则需要选用小于70T的履带吊重新进行计算。

2、设计依据

本案按照如下规范、规程进行设计：

1.《混凝土结构设计规范》(GB 50010-2010)

2.《混凝土结构设计规范》(GB 50010-2010)(2015年版)

3.《钢结构设计规范》(GB50017-2017)

4.《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)

5.《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)(2016年版)

6.《建筑结构荷载规范》(GB50009-2012)

7.《人民防空地下室设计规范》(GB50038-2005)

8.《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2010)

9.《高层民用建筑钢结构技术规程》(JGJ99-2015)

10.《钢管混凝土结构设计与施工规程》(CECS 28-2012)

11.《矩形钢管混凝土结构技术规程》(CECS 159:2004)

12.《型钢混凝土组合结构技术规程》(JGJ138-2001)

13.《混凝土异形柱结构技术规程》(JGJ149-2017)

14.《钢板剪力墙技术规程》(JGJ/T 380-2015)

15.《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》(GB51022-2015)

3、主要设计参数确定

本案根据施工实际情况，因施工周期短暂，故此考虑风荷载，不考虑地震荷载；根据施工经验及多次试算，恒荷载分项系数取值1.1-1.2，活荷载分项系数取值1.2-1.4，本案分别取值为1.2 与1.4。其他参数取值如下：

(一)总信息

混凝土容重(kN/m3)26.00

钢材容重(kN/m3)78.00

嵌固端所在层号 1

地上部分层数 1

墙梁跨中节点作为刚性楼板从节点是

高位转换结构等效侧向刚度比计算传统方法

墙倾覆力矩计算方法考虑墙的所有内力贡献

考虑梁板顶面对齐否

构件偏心方式传统移动节点方式

结构材料信息钢筋混凝土结构

结构体系框架结构

恒活荷载计算信息模拟施工加载1

风荷载计算信息计算风荷载

地震作用计算信息不计算地震作用

结构所在地区全国

规定水平力的确定方式楼层剪力差方法(规范方法)

扣除构件重叠质量和重量否

刚性楼板假定计算信息不强制采用刚性楼板假定

楼梯计算信息不带楼梯进行计算

采用指定的刚重比计算模型否

(二)控制信息

计算软件信息32位

线性方程组的解法Pardiso

地震作用分析方法总刚分析方法

位移输出方式简化输出

吊车荷载计算否

生成传给基础的刚度否

(三)活荷载信息

柱、墙设计时活荷载不折减

传给基础的活荷载折减

梁活荷不利布置的最高层号1

柱、墙、基础活荷载折减系数：

计算截面以上层数折减系数

1 1.00

2-3 0.85

4-5 0.70

6-8 0.65

9-20 0.60

20层以上0.55

梁楼面活荷载折减设置不折减

考虑结构使用年限的活荷载调整系数1.00

(四)调整信息

梁活荷载内力放大系数1.00

梁扭矩折减系数0.40

托墙梁刚度放大系数1.00

支撑临界角(度)20.00

梁端负弯矩调幅系数0.85

梁端弯矩调幅方法通过竖向构件判断调幅梁支座

柱实配钢筋超配系数1.15

墙实配钢筋超配系数1.15

梁刚度放大系数按2010规范取值是

梁刚度放大系数按主梁计算否

采用SAUSAGE-CHK计算的连梁刚度折减系数否

增加计算连梁刚度不折减模型下的地震位移否

混凝土刚度折减系数1.00

(五)设计信息

结构重要性系数1.00

钢构件截面净毛面积比0.85

梁按压弯计算的最小轴压比0.15

钢构件材料强度执行《高钢规》JGJ 99-2015是

按高规或高钢规进行构件设计否

执行《高钢规》JGJ 99-2015第7.3.9条和7.4.1条(长细比、宽厚比)是

框架梁端配筋考虑受压钢筋是

结构中的框架部分轴压比限值按照纯框架结构的规定采用否

剪力墙构造边缘构件的设计执行高规7.2.16-4条的较高配筋要求是

当边缘构件轴压比小于抗规6.4.5条规定的限值时一律设置构造边缘构件是

按混凝土规范B.0.4条考虑柱二阶效应否

梁按高规5.2.3-4条进行简支梁控制主梁、次梁均执行此条

主梁进行简支梁控制的处理方法分段计算

梁保护层厚度(mm)20.00

柱保护层厚度(mm)20.00

梁柱重叠部分简化为刚域：

梁端简化为刚域否

柱端简化为刚域否

钢柱计算长度系数：

X向：有侧移

Y向：有侧移

柱配筋计算原则按单偏压计算

柱剪跨比计算原则简化方式(H/2h0)

过渡层信息：

过渡层个数0

采用二阶弹性设计方法否

二阶效应计算方法不考虑

柱长度系数置1.0否

考虑结构缺陷否

墙柱配筋采用考虑翼缘共同工作的设计方法否

(六)配筋信息

钢筋级别：

梁主筋级别HRB400[360]

梁箍筋级别HRB400[360]

柱主筋级别HRB400[360]

柱箍筋级别HRB400[360]

箍筋间距：

梁箍筋间距(mm)100.00

柱箍筋间距(mm)100.00

墙水平分布筋间距(mm)200.00

梁抗剪配筋采用交叉斜筋方式时，箍筋与对角斜筋的配筋强度比1.00

HRB500轴心受压强度取400N/mm2是

(七)风荷载信息

地面粗糙度类别A

修正后的基本风压(kN/m2)0.55

X向结构基本周期(秒)0.27

Y向结构基本周期(秒)0.27

风荷载作用下结构的阻尼比(％)5.00

承载力设计时风荷载效应放大系数1.00

用于舒适度验算的风压(kN/m2)0.55

用于舒适度验算的结构阻尼比(％)2.00

考虑顺风向风振影响是

考虑横风向风振影响否

考虑扭转风振影响否

水平风体型系数：

体型分段数1

第一段：

最高层号1

X向体型系数1.30

Y向体型系数1.30

设缝多塔背风面体型系数0.50

(八)荷载组合

恒荷载分项系数γG 1.20

活荷载分项系数γL 1.40

活荷载组合系数ΨL 0.70

重力荷载代表值效应的活荷组合值系数γEG 0.50

重力荷载代表值效应的吊车荷载组合值系数0.50

风荷载分项系数γW 1.40

风荷载组合值系数ΨW 0.60

吊车荷载组合值系数0.70

温度荷载分项系数1.40

吊车荷载分项系数1.40

特殊风荷载分项系数1.40

温度作用的组合值系数：

仅考虑恒、活荷载参与组合0.60

砼构件温度效应折减系数0.30

采用自定义组合及工况否

(九)其他重要参数:

主控自由度总数5766。

4、PKPM SATWE结构计算软件计算工况分析一：

现请参阅图2-4，图2为本发明实施例的工况一荷载布置图，活载110KN/m

计算结果表明，密肋梁的双向作用非常显著：次梁最大纵筋配筋768mm2，箍筋40mm2/200mm，主梁纵筋955mm2，箍筋 80mm2/200mm。

其中履带吊荷载下变形，顶板结构弹性变形很小(最大值为 1.94mm)。

工况一PKPM SATWE计算结果显示：在70T履带吊在吊起40T 屋顶钢桁架施工过程中一层结构顶板梁配筋面积及竖向弹性变形均小于厂房结构一层顶板梁配筋面积与竖向弹性变形的设计值。故此在工况一的情况下，70履带吊车在吊起40T屋顶钢桁架吊装过程中原结构安全。

图5为本发明实施例的工况二荷载布置图，活载110KN/m

4、PKPM SATWE结构计算软件计算工况分析二：

选取主梁及旁边次梁，每根次梁施加5.4m长的110kN/m的活荷载，以模拟70履带吊车在吊起40T屋顶钢桁架过程中一侧履带受压一侧悬空的情况。

计算结果表明，密肋梁的双向作用非常显著：次梁最大纵筋配筋563mm2，箍筋60mm2/200mm，主梁纵筋912mm2，箍筋 80mm2/200mm。

其中履带吊荷载下变形示意，顶板结构弹性变形很小(最大值为1.49mm)。

工况二PKPM SATWE计算结果显示：在70T履带吊在吊起40T 屋顶钢桁架施工过程中一层结构顶板梁配筋面积及竖向弹性变形均小于厂房结构一层顶板梁配筋面积与竖向弹性变形的设计值。故此在工况二的情况下，70履带吊车在吊起40T屋顶钢桁架吊装过程中原结构安全。

本发明的吊装机具楼面作业时结构楼面承载力计算方法，得出结果为，一层顶结构设计配筋及竖向变形，满足70吨履带吊起40T 屋顶钢桁架进行吊装要求。

本发明具有实质性特点和显著的技术进步，本发明的吊装机具楼面作业时结构楼面承载力计算方法，利用PKPM SATWE结构计算软件计算结构的吊装承载能力，相对于传统手工计算模式具有计算速度快、计算准确、可以真是反应结构受力形态，同时考虑风荷载等多种荷载综合作用，分项系数可根据施工经验进行适当调整，同时可以进行更为直观的结构竖向形变、应力云图等手算不具有的体现形式。

在分析计算70T履带吊在最极端荷载情况下，在边跨中部、边跨主梁及旁边次梁两种工况下，一层顶板梁的结构承载能力问题，若计算结果小于一层顶板梁的结构承载能力，则70T履带吊可以上一层顶板进行吊装40T钢桁架；若计算结果大于一层顶板梁的结构承载能力，则需要选用小于70T的履带吊重新进行计算。

本发明的吊装机具楼面作业时结构楼面承载力计算方法在重庆万国半导体厂房原结构设计参数及履带吊的确定工程中运用，效果显著。

以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变化。因此，所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求限定。