结构加固托梁换柱支撑方案

天津市医疗废物集中处理中心地下室和
办公楼加固工程
地下室 G 轴四根框架柱加固专项支撑托换方案
编制：
审核：
批准：
北京发研工程技术有限公司
天津市医疗废物集中处理中心工程项目经理部
2014年8月1日
目录
1.编制说明 (1)
2.编制依据 (1)
2.1施工图纸 (1)
2.2设计规范 (1)
3.施工流程 (2)
3.1钢支撑施工流程 (2)
4.地下室钢支撑计算书 (2)
4.1恒载计算 (2)
4.2钢支撑稳定性计算 (4)
4.3钢支撑长细比验算 (5)
4.4支撑柱脚垫板计算 (6)
5.地下钢支撑施工方案 (6)
5.1钢支撑节点设计 (6)
5.2钢支撑剪刀撑设计 (8)
6.脚手架卸荷计算书 (9)
6.1办公楼卸荷架搭设区域 (9)
6.2办公楼地下室顶板荷载计算 (10)
7.地上工字钢卸荷计算书 (13)
7.1. 工字钢性能参数表 (13)
7.2工字钢取值 (15)
7.3工字钢选择 (15)
7.4工字钢强度验算 (15)
7.5地上工字钢支撑方案 (15)
1.编制说明
本工程位于天津市静海区，根据《天津市医疗废物集中处理中心地下
室和办公楼加固工程》施工图S-04 有 5 根框架柱需要加固，分别位于
G/7.9.10.12.14轴，其中 G/7.9.10.12 轴框架柱受损较重，需加固框架柱截面均为 700*700，地下至地上一层加固，其余层不加固。

地下加固柱为四面加固每面加大 100mm，地上一层为三面加固，室内每面各加大 100mm。

其中地下室框架柱在结构标高 0.25 处以 G 轴往南为中段纯地下室顶板，结构标
高 1.410 位置处以 G 轴往北为综合办公楼地下室顶板。

根据设计要求，受损
较重框架柱加固前，柱头损伤的混凝土应剔除，直至坚硬部位；剔凿表面应
清理干净，做好界面处理，避免出现冷缝；采用灌浆料掺微膨胀剂，采取压
力注浆等方式，结合柱加大截面灌注，确保强度和密实度；在梁柱节点范围
内应加密箍筋间距，确保施工质量 ,在剔凿施工前，应对剔凿的柱进行可靠地支撑托换，支撑方案应考虑上部各层结构和非结构构件等恒载、活荷载，支
撑系统应进行承载力和稳定性计算。

为此，我公司经过多次方案论证，认为
采用钢管支撑托换卸荷法既能满足结构水平构件受力荷载也能保证结构纵向
受力荷载。

2.编制依据
2.1 施工图纸
2.1.1 根据建设单位提供的天津市医疗废物集中处理中心地下室和办公楼加
固工程的施工图纸
图纸名称图纸楼号出图日期
结构施工图S-01—S-132014 年 4 月 30 日2.2 设计规范
序号名称编号
1混凝土结构设计规范GB50010-2010
2混凝土结构加固设计规范GB50367-2006
3钢结构设计规范GB50017-2003 3.施工流程
3.1 钢支撑施工流程
现场测量钢支撑下料制作 ,钢支撑端头板安垫板安装装
支撑钢管安装楔入楔铁第三方纵向水平
观测
4.地下室钢支撑计算书
4.1 恒载计算
4.1.1 以办公楼地下室G/9 轴框架柱竖向受力荷载计算为例。

4.1.2 地下室 G/9 轴阴影部位框架柱竖向受力荷载计算。

G/9 轴地下室柱主要承受结构自重荷载，受力分析如下：
①G/9 轴受力面积： 7.9×8.4=66.36m2
②单层每平米按 12KN/m 2
③p=12×7.9×8.4=796.32kn/m2
G/9 总受力图计算
9/G 总 P 应力 =796.32+12×7.4/2×8.4×4=2288.16 kn/m2根据现场实际情况，每根框柱可设置三根钢支撑托换卸荷。

P cr=2288.16/3=763Kn
根据欧拉公式： Pcr=π2 *E*I/(uL) 2
763*103 N=π2 *E*I/(uL) 2
=π2 *2.1*10 5*I/(2*7000) 2
I=763*10 3*4*49*10 6*10 4/3.142*2.1*10 5
=7215cm4
4.2 钢支撑稳定性计算
已知 I 截面惯性距为 7215cm4，安全系数取 1.5
钢管截面惯性矩为： 7215*1.5=10822.5cm4
根据钢结构设计手册查表外径325mm 钢管壁厚 12mm 满足本次支撑要求。

4.3 钢支撑长细比验算
4.3.1.根据《钢结构设计规范》GB50017-2003 第
5.3.8 条
项次构件名称容许长细比
柱、桁架和天窗架结构
1柱的缀条、吊车梁或吊车桁架以下的柱间150
支撑
支撑（吊车梁或吊车桁架以下的柱间支撑
2除外）200
用以减少受压构件长细比的杆件
钢支撑长 6.8 米、钢柱直径 325mm，壁厚 12mm，一端固定，一端自由。

计算如下：
计算如下： D=32.5cm，d=31.3cm，l
，
=2 =680cm
长细比公式：
l 0 i
l 0
l =680×2=1360
i
I A
I —构件的截面惯性矩。

对于圆管截面的惯性矩为
A —圆管截面 A=
(D 2
d 2 )
4
I
( D 4 d 4 )
64
可得回转半径 i= I A = D 2
d 2
√
4
= 2035.94/4=11.28
l 0
i
=1360/11.28=120.567≤150
满足稳定性
4.4 支撑柱脚垫板计算
支撑柱为外径 325mm 刚管，柱脚钢材为 Q235 钢， N=796.32kN ，基础
梁混凝土采用 C40，考虑了局部受压的有利作用后用抗压强度设计值f c =15.5N/mm 2，钢材抗压性能见下表；
钢材
抗
抗拉、抗压和抗
端面承压（刨平顶
厚度或直径
剪
牌号
弯 f
紧） f ce
（mm ）
f v
≤16 215 125 ＞16~40
205
120
Q235钢
325
＞40~60 200 115 ＞60~100
190
110
地下室砼局部压强验算σ =N/A=2288*10 3/3/600*600=2.1Mpa<fc
首层梁局部压强验算σ =（ 2288-796.32）*10 3/3/500*500=5.5Mpa<fc
5.地下钢支撑施工方案
5.1 钢支撑节点设计
5.1.1 地下室钢管支撑平面分布图及节点做法；
5.2 钢支撑剪刀撑设计
6.脚手架卸荷计算书
6.1 办公楼卸荷架搭设区域
办公楼 B1 层-4 层卸荷主要是将框架柱区域承受的板、梁、填充墙、屋面做法等自重荷载通过脚手架层层卸荷，将此区域内的板梁填充墙屋面做
法等荷载通过脚手架层层传递至筏板面层，由筏板分摊此区域的荷载，这
样，框架柱只承受自重荷载，大大减轻了框架柱分摊的荷载。

6.2 办公楼地下室顶板荷载计算
以办公楼下室 9-10/F-G 轴荷载受力区为例计算脚手架稳定性。

6.1.1 办公楼卸荷部位参数
办公楼满堂红钢管卸荷脚手架架横向间距或排距(m):1.2；纵距 (m):1.2；步距 (m):地下 1.8m，地上 1.5m
卸荷支架搭设高度 (m):地下 6.8m，地上 3.2m；
采用的钢管 (mm):Φ48×3.；5板底支撑连接方式 :方木支撑；
板顶面铺脚手板；
立杆承重连接方式 :双扣件，取扣件抗滑承载力系数:0.80；
6.1.2 静荷载标准值包括以下内容：
(1)木顶撑的自重 (kN) ：
NG1=0.119 kN
(2)屋面材料自重 (kN) ：
NG2=4.2*8.4*0.5*0.8=141.12KN
(3)钢筋混凝土楼板自重 (kN) ：
NG3=4.2*8.4*0.15*2.5=132.3KN
(4)钢筋混凝土梁自重 (kN) ：
NG4=4.2*0.6*0.3*2.8*2+0.6*0.3*8.4*2.8=84.67KN
(5)填充墙自重 (kN) ：
NG5=3.2*8.4*0.24*1.2=221.18KN
经计算得到，静荷载标准值；
NG=(0.2+141.12+132.3+84.67+221.18)/4.2*8.4=579.47/35.28=16.425KN/ m2；
6.1.3 施工产生的活荷载
活荷载标准值 NQ=2.000kN
③.不考虑风荷载时 ,立杆的轴向压力设计值计算公式
N=1.20NG+1.40NQ=1.2*16.425+1.4*2=22.51KN/m 2
N应力 =22.51*1.2*1.2=32.414KN
6.1.4.立杆的稳定性计算公式
σ=N/( φA) ≤[f]
N---- 立杆的轴心压力设计值 (kN) ：N=32.414kN；
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=4.89 cm2；
W---- 立杆净截面模量 (抵抗矩 )(cm3)：W=5.08 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/mm 2；
L0----计算长度 (m)；
根据《扣件式规范》，立杆计算长度 L0有两个计算公式 L 0=kuh 和
L 0=H+2a，为安全计，取二者间的大值，即 L0=H+2a；
H=立杆水平步距 H=1500
k---- 计算长度附加系数，取 1.155；
μ----考虑脚手架整体稳定因素的单杆计算长度系数，取 1.7；
a----立杆上端伸出顶层横杆中心线至模板支撑点的长度；a=0.085 m；
6.1.5 长细比验算
得到计算结果立杆计算长度L0=H+2a=1500+2*0.085=1670mm
λ=L 0/i=1670/15.8=105.696；（查表长细比系数为0.428）
长细比λ=105.696<250 满足要求
Q235-A 钢轴心受压构件的稳定系数φ
λ0123456789
0 1.0000.9970.9950.9920.9890.9870.9840.9810.9790.976
100.9740.9710.9680.9660.9630.9600.9580.9550.9520.949 200.9470.9440.9410.9380.9360.9330.9300.9270.9240.921 300.9180.9150.9120.9090.9060.9030.8990.8960.8930.889 400.8860.8820.8790.8750.8720.8680.8640.8610.8580.855 500.8520.8490.8460.8430.8390.8360.8320.8290.8250.822 600.8180.8140.8100.8060.8020.7970.7930.7890.7840.779 700.7750.7700.7650.7600.7550.7500.7440.7390.7330.728 800.7220.7160.7100.7040.6980.6920.6860.6800.6730.667 900.6610.6540.6480.6410.6340.6250.6180.6110.6030.595 1000.5880.5800.5730.5660.5580.5510.5440.5370.5300.523 1100.5160.5090.5020.4960.4890.4830.4760.4700.4640.458 1200.4520.4460.4400.4340.4280.4230.4170.4120.4060.401
1300.3960.3910.3860.3810.3760.3710.3670.3620.3570.353 1400.3490.3440.3400.3360.3320.3280.3240.3200.3160.312 1500.3080.3060.3010.2980.2940.2910.2870.2840.2810.277 1600.2740.2710.2680.2650.2620.2590.2560.2530.2510.248 1700.2450.2430.2400.2370.2350.2320.2300.2270.2250.223 1800.2200.2180.2160.2140.2110.2090.2070.2050.2030.201 1900.1990.1970.1950.1930.1910.1890.1880.1860.1840.182 2000.1800.1790.1770.1750.1740.1720.1710.1690.1670.166 2100.1640.1630.1610.1600.1590.1570.1560.1540.1530.152 2200.1500.1490.1480.1460.1450.1440.1430.1410.1410.139 2300.1380.1370.1360.1350.1330.1320.1310.1300.1290.128 2400.1270.1260.1250.1240.1230.1220.1210.1200.1190.118 2500.117—————————
当λ>250 时 , φ=7320/ λ2
6.1.6 架体稳定性验算
计算得出长细比lo/i 轴心受压立杆的稳定系数φ=0551.；
钢管立杆受压应力计算值；σ=32414/(0.551 489)=120×.30N/mm2；
立杆稳定性计算σ =120.30N/mm2 小于钢管立杆抗压强度设计值
[f]=205 N/mm2 ，满足要求！
7.地上工字钢卸荷计算书
7.1.工字钢性能参数表
参考数值
尺寸 /mm
型号截面面积 /cm2理论质量 /(kg/m)X ～ X Y-Y
h b d t r r1Ix/cm4Wx/cm3ix/cm Ix:Sx Iy/cm4Wy/cm3iy/cm 1010068 4.57.6 6.5 3.414.34511.26124549 4.148.5933.09.72 1.52 12.612674 5.08.47.0 3.518.11814.22348877.5 5.2010.846.912.7 1.61 1414080 5.59.17.5 3.821.51616.890712102 5.7612.064.416.1 1.73 1616088 6.09.98.0 4.026.13120.5131130141 6.5813.893.121.2 1.89 1818094 6.510.78.5 4.330.75624.14316601857.3615.412226.0 2.00 20a2001007.011.49.0 4.535.57827.92923702378.1517.215831.5 2.12 20b2001029.011.49.0 4.539.57831.0692*******.9616.916933.1 2.06 22a2201107.512.39.5 4.842.12833.07034003098.9918.922540.9 2.31 22b2201129.512.39.5 4.846.52836.52435703258.7818.723942.7 2.27 25a2501168.013.010.0 5.048.54138.105502040210.221.628048.3 2.40 25b25011810.013.010.0 5.053.54142.03052804239.9421.330952.4 2.40 28a2801228.513.710.5 5.355.40443.492711050811.324.634556.6 2.50
第14页
7.2 工字钢取值
《钢结构设计规范》 GB50017-2003 表 3.4.1-1
钢材抗拉、抗压和抗端面承压（刨平顶
抗剪 fv
牌号厚度或直径（mm）弯 f紧） fce
≤16215125
＞16~40205120
Q235钢325
＞40~60200115
＞60~100190110
7.3 工字钢选择
根据以上两表地上选用3 根20a 工字钢，地下选用25a工字钢，材质为Q235 钢,依据《钢结构设计规范》 GB50017-2003 表 5.1.1-1 对本次选用刚性支撑验算公式如下：σ =N/An ≤f
7.4 工字钢强度验算
工 20a 立柱构件强度计算最大应力 p=12*7.4/2*8.4*4=1492KN
σ=N/An=1492*10 3/3/3557.8=140Mpa≤f
地上工 20a 立柱构件强度验算满足。

根据计算得出，地上一层每根加固柱距梁端部 1.2 米处需支撑三根工字
钢 20a 替代砼柱纵向受力荷载，二层至四层加固同轴柱也需在同位置支
撑工 20a，确保钢支撑竖向受力，轴心力不偏移。

7.5 地上工字钢支撑方案
7.5.1 现场实际测量每根增大截面柱梁底距顶板上皮净距尺寸后在截取
工字钢上下端部焊接端头板，地上钢支撑分布图如下。

7.5.2 工字按现场实测尺寸下料，使用线坠或者铅垂仪从柱头和梁端部交接处，以柱为基点向梁方向返 1.2 米，用线坠往地面返点，为工字钢的定位点，并画出定位线。

7.5.2 为防止工字钢在安装时倾倒，先用膨胀螺栓将垫板与混凝土面固定，工字钢顶部端头板用膨胀栓与梁或者顶板处固定。

工字钢底部端头板
与垫板保持 2cm 用底部锚板临时固定，待三根工字梁均安装到位后在加设撑杆，撑杆为 75×8 角钢，节点作法见下图。

④.为保证结构不受扰动，一层至四层钢支撑卸荷时，必须垂直于地
下室钢支撑，禁止错位支撑，防止轴心位移。

⑤.一层至四层钢支撑定位支撑方式同地下室，根据计算结果，地上部分钢支撑使用工 20a。