98.6m長實腹式屋面鋼梁吊裝施工技術(shù)
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鄭 娟1，智曰忠2
（1．揚州市職業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，江蘇 揚州 225009；2．江蘇揚建集團(tuán)有限公司，江蘇 揚州 225000）
[摘要]針對揚州國際會展中心三期工程98. 6m超長實腹式屋面鋼梁安裝高度高、跨度大、工序復(fù)雜、工期緊迫等特點，合理進(jìn)行起重機(jī)械配置，選用可靠的安裝方法，精心組織施工，確保了安裝質(zhì)量和進(jìn)度，取得了較好的社會經(jīng)濟(jì)效益。
[關(guān)鍵詞]鋼結(jié)構(gòu)；安裝工程；吊裝；鋼絲繩；胎架
[中圖分類號] TU746.3 [文章編號]1002-8498(2016)09-0028-04
1 工程概況
揚州國際會展中心三期工程位于揚州市新城西區(qū)，該工程建筑總面積51 769. 7m2，其中酒店地上1 1層，地下2層，采用框架．剪力墻結(jié)構(gòu)體系；展廳地上2層，地下2層，采用框架結(jié)構(gòu)體系，頂部屋面為鋼結(jié)構(gòu)主次梁結(jié)構(gòu)。
2工程特點
本工程展廳頂部屋面在③~⑦軸處共有5根98. 6m長實腹式鋼梁ZGL-1，每根梁總重520kN，實際跨度57. 6m；在
軸共有6根單段吊裝57. 6m長實腹式鋼梁ZGL-2，每根梁總重323kN（見圖1）；ZGL-1及ZGL-2立面如圖2所示。還有跨度16. 8m及以下鋼梁，梁高在500~1400mm，整體屋面鋼結(jié)構(gòu)總噸位約1 000t。本工程屋面為斜弧形鋼結(jié)構(gòu)屋面，最大高度22. 7m，最小高度14. 2m，底部有2層地下室。
3施工難點
1)工廠制作后運輸較困難 本工程鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件在工廠分段制作，構(gòu)件尺寸較大，如ZGL-1第3段，長25. 4m、高1.9m，重15. 4t，由于受道路平面轉(zhuǎn)彎半徑、上空高度和運輸途中穩(wěn)定性等限制，構(gòu)件運輸具有一定難度。
2)吊裝場地受限 本工程有2層地下室，地下室頂板上不允許有大量堆載和大型起重機(jī)械上頂板行走吊裝。且本工程場地東側(cè)、南側(cè)、西側(cè)均無汽車式起重機(jī)的站位位置，汽車式起重機(jī)布置受限。
3)構(gòu)件截面大、起重高度大 屋面最高高度22. 7m，最低高度14. 2m，單段梁長25. 4m，高1.9m，給現(xiàn)場吊裝、吊裝后鋼梁的穩(wěn)定性控制以及安裝過程中鋼梁精度的控制均帶來較大困難。
4)現(xiàn)場施工工序混雜 在吊裝屋面鋼結(jié)構(gòu)梁時，旁邊的酒店部分框架一剪力墻結(jié)構(gòu)仍在施工，各種工序相互交錯，涉及的工種較多，必須進(jìn)行合理安排、優(yōu)化工序。
此外，工程吊裝現(xiàn)場構(gòu)件大小不一，需有各類不同起重機(jī)相互配合，如何合理安排起重機(jī)，避免互相產(chǎn)生干擾也比較困難。
4 吊裝方案優(yōu)化
4.1方案優(yōu)化
為保證98. 6m長實腹式鋼梁ZGL-1在吊裝過程中不產(chǎn)生受扭變形、吊裝質(zhì)量滿足設(shè)計及規(guī)范要求和吊裝過程中安全無誤，項目部編制了多個吊裝方案。
1)方案1 高空拼裝、分段累積就位。屋面鋼梁分段運輸至現(xiàn)場后，在屋面主次鋼梁下方，預(yù)先搭設(shè)臨時支架，分段將屋面主次鋼梁吊裝就位、高空焊接或螺栓連接。經(jīng)驗收合格后，拆除下側(cè)臨時支架。但該工程屋面鋼梁較高，搭設(shè)臨時支架工作量大，導(dǎo)致該方案費用高、工期長。
2)方案2展廳內(nèi)逐根拼裝起吊。屋面鋼梁分段運輸至現(xiàn)場后，在地下室頂板組裝成整體，利用2臺履帶式起重機(jī)整體抬吊。本工程場地狹小，只能安裝跨度較小的鋼梁，對于98. 6m長實腹式鋼梁ZGL-1，沒有操作空間。
3)方案3跨外吊裝、胎架上整體拼裝、雙機(jī)抬吊就位。吊裝時用2臺汽車式起重機(jī)同時起吊，每臺汽車式起重機(jī)分別用吊具捆綁2個點進(jìn)行吊裝，同時在起吊過程中用鋼絲繩和手拉葫蘆進(jìn)行平衡調(diào)整。本工程場地東側(cè)、南側(cè)、西側(cè)汽車式起重機(jī)和鋼構(gòu)件布置受限。鋼構(gòu)件僅可以布置在場地北側(cè)國展一期工程南廣場上，而98. 6m長實腹式鋼梁ZGL-1為南北向布置，雙機(jī)抬吊比較困難。
4)方案4跨外吊裝、胎架上整體拼裝、單機(jī)吊裝就位。吊裝時用1臺汽車式起重機(jī)在跨外起吊，汽車式起重機(jī)用吊具捆綁4個點進(jìn)行吊裝，同時用鋼絲繩和手拉葫蘆進(jìn)行平衡調(diào)整。
根據(jù)本工程特點，經(jīng)設(shè)計、監(jiān)理和施工單位有關(guān)技術(shù)專家討論比較，最終選用吊裝方案4進(jìn)行吊裝。
4.2施工流程
為保證吊裝過程中構(gòu)件的安全穩(wěn)定，采用如下吊裝流程：構(gòu)件分段進(jìn)場→胎架準(zhǔn)備→胎架上整體拼裝→柱頂找平→大型汽車式起重機(jī)跨外吊裝→臨時固定→測量校正→主梁支座焊接最終固定→大型汽車式起重機(jī)不脫鉤，小型汽車式起重機(jī)跨內(nèi)吊裝次梁→反復(fù)循環(huán)直至所有鋼梁安裝結(jié)束→驗收。
4. 3施工區(qū)域劃分
因本工程屋面鋼梁跨度較大，為使下側(cè)柱受力合理，采用焊接十字型鋼和H型鋼勁性混凝土柱，綜合考慮鋼柱和屋面梁的吊裝，將該工程分為3個吊裝區(qū)域，具體如圖3所示。
4. 4地下室頂板加固
鋼結(jié)構(gòu)次梁需利用小型汽車式起重機(jī)在跨內(nèi)進(jìn)行吊裝。在地下室頂板上劃定汽車式起重機(jī)作業(yè)行走區(qū)，經(jīng)設(shè)計院驗算認(rèn)可，汽車式起重機(jī)必須在規(guī)定加固區(qū)域的路基板上行走，行走質(zhì)量嚴(yán)格控制在540kN（行走時將壓重去除），如圖4所示。吊裝時，汽車式起重機(jī)支腿必須支撐在勁性混凝土柱頂。
4.5施工斷面布置
利用大型汽車式起重機(jī)跨外吊裝主鋼梁，小型汽車式起重機(jī)跨內(nèi)吊裝次鋼梁。
5設(shè)計計算
5.1 汽車式起重機(jī)選擇
起重量、起重高度和起重半徑為選擇起重機(jī)型 號的3個主要工作參數(shù)。
5.1.1 大型汽車式起重機(jī)選用
大型汽車式起重機(jī)作業(yè)半徑須達(dá)到70m以上，98. 6m長實腹式鋼梁ZGL-1重520kN。選用QUY500型500t履帶式起重機(jī)，主吊臂長48m，塔式副臂長48m。作業(yè)半徑70m時，額定吊裝荷載為588kN;主機(jī)后配重160t，車身壓重40t，超起配重56. 7t。根據(jù)規(guī)范規(guī)定，履帶式起重機(jī)額定吊裝荷載控制在588×0.9=529. 2kN>520kN，滿足鋼梁ZCL-1吊裝要求。
5.1.2 小型汽車式起重機(jī)選用
在地下室頂板上吊裝鋼柱、次梁及支撐，該部分構(gòu)件最大質(zhì)量為9. 7t，最大作業(yè)距離為24m。選用130t汽車式起重機(jī)，查其性能表得24m作業(yè)范圍里，最大起吊能力為10. 5t>9.7t，滿足該部分構(gòu)件的吊裝要求。
5.2 500t履帶式起重機(jī)對道路基礎(chǔ)的計算
QUY500型500t履帶式起重機(jī)進(jìn)場吊裝作業(yè)的區(qū)域為一期廣場，地面為250mm厚混凝土硬化路面。500t履帶式起重機(jī)分解運輸至一期廣場，道路滿足要求。500t履帶式起重機(jī)直接組裝在鋪設(shè)的路基箱板上，路基箱板面積為1. 2m×12m×10塊，有效承壓面積為1 44m2。500t履帶式起重機(jī)主機(jī)、帶基本臂總重為370t(3 700kN)，加支臂48m、副臂48m及超起臂、塔臂等重為56t( 560kN)，自身配重40t、后配重140t，500t履帶式起重機(jī)總重為606t(6 060kN)，加鋼梁重52t( 520kN)，則最后總重為658t(6 580kN)。6 580/144m2= 45. 7kN/m2 ,250mm厚混凝土硬化路面滿足要求，無須進(jìn)行二次處理。
5.3 500t履帶式起重機(jī)對地下室墻板的計算
吊裝時地下室外墻土體回填至室外地平面，地下室底板標(biāo)高為-9.300m，室外停機(jī)面標(biāo)高為1. 200m，室外停機(jī)面距基坑底部深度為10. 5m；履帶式起重機(jī)設(shè)在距基坑邊28. 3m，路基箱板總寬12m。履帶式起重機(jī)及構(gòu)件質(zhì)量對地面的作用力與地下室墻體底板的夾角arctan[ (28.3- 6)/10.5]=650，大于土體的應(yīng)力擴(kuò)散角。履帶式起重機(jī)及構(gòu)件質(zhì)量的側(cè)向壓力對地下室混凝土墻板無影響。
5.4 130t汽車式起重機(jī)對地下室頂板、柱的計算
130t汽車式起重機(jī)行走區(qū)域需進(jìn)行加固，300mm厚原混凝土板下地下1層和地下2層模板支撐不拆除，形成整體受力，在地下1層補增斜撐形成桁架；300mm厚原混凝土板上鋪200mm厚黃砂墊層，最上側(cè)再鋪設(shè)1. 5m×9.0m路基板。130t汽車式起重機(jī)行走時，需在規(guī)定的加固區(qū)域路基板上行走，行走質(zhì)量嚴(yán)格控制在54t（行走時將壓重去除）。
130t汽車式起重機(jī)吊裝時，支腿必須支撐在勁性混凝土柱頂。130t汽車式起重機(jī)自重54. 9t，配重30t，鋼梁構(gòu)件重9.7t，總重約100t；汽車式起重機(jī)支腿支在勁性混凝土柱頂，按大臂與汽車式起重機(jī)本身呈45 0夾角考慮，汽車式起重機(jī)最大壓力為：1000kN/2= 500kN。
地下室頂板設(shè)計活荷載10kN/m2，墊層0. 3m，混凝土地坪0. 2m，柱距為7.Sm×8.4m，(10 +0.3×23 +0.2×24)×7.5×8.4=1367.1kN>500kN,故勁性混凝土柱安全性滿足要求。
5.5鋼絲繩選擇
選擇繩索夾角為550，1/sin550=1.22，520kN/4根×1. 22=158. 6kN，選用新鋼絲繩ɸ48，6×37，鋼絲繩公稱抗拉強度1870MPa，根據(jù)《～般用途鋼絲繩》GB/T20118-2006可知，鋼絲繩最小破斷拉力∑S0 =1 270kN，新鋼絲繩合用程度100%，6x37鋼絲繩之間荷載不均勻系數(shù)a=0. 82，用于機(jī)動起重設(shè)備，安全系數(shù)K =6。
鋼絲繩容許拉力P= a0∑S0/K=0.82×1 270/6 =173. 6kN >158. 6kN，滿足安全要求。
130t汽車式起重機(jī)鋼絲繩采取2點捆綁起吊，選擇繩索夾角為600，1/sin600=1.15，97kN/2根×1. 15= 55. 8kN。選用新鋼絲繩ɸ30，6×37，鋼絲繩公稱抗拉強度1870MPa，根據(jù)《一般用途鋼絲繩》可知，鋼絲繩最小破斷拉力∑S0= 496kN，新鋼絲繩合用程度100%，6x37鋼絲繩之間荷載不均勻系數(shù)a=0. 82，用于機(jī)動起重設(shè)備，安全系數(shù)K=6。鋼絲繩容許拉力P=a0∑S0/K=0.82×496/6=67. 8kN>55. 8kN，滿足安全要求。
6起拱組裝
6.1組裝胎架
首先在場地上放出制作大樣，而后安裝鋼胎架，需確保鋼胎架頂面高低差在±3mm，屋面主鋼梁起拱值達(dá)到L/300（L為跨距）。
6.2組裝方法
構(gòu)件應(yīng)與編號一一對應(yīng)，做出標(biāo)記，首先進(jìn)行預(yù)拼裝。拼裝的允許偏差：預(yù)拼裝單元總長±5. 0m，預(yù)拼裝單元彎曲矢高111 500且≤10. 0mm，對口錯邊< t/10且≤3.0mm，坡口間隙≤1.0mm。預(yù)拼裝驗收合格后，在構(gòu)件上標(biāo)出上下定位中心線、交線中心線、標(biāo)高基準(zhǔn)線等必要標(biāo)記，便于按預(yù)拼裝結(jié)果進(jìn)行安裝。
鋼梁組裝采取由下到上、從中間到兩邊的組裝順序。整榀拼裝完，測繪其標(biāo)高點，調(diào)整拱度、跨度及其他尺寸，保證土建預(yù)埋件與螺栓一致后方可采用手工電弧焊方法電焊固定。完成焊接后進(jìn)行探傷，合格后進(jìn)行油漆補刷，成品合格后，再進(jìn)入吊裝準(zhǔn)備。
7 吊裝
7.1 測量
將所有預(yù)埋件及所需構(gòu)件連接的軸線與標(biāo)高等進(jìn)行測量，根據(jù)測量數(shù)據(jù)調(diào)整所有鋼柱埋件的軸線與標(biāo)高，必須符合設(shè)計要求。
7.2構(gòu)件捆綁
吊件必須捆綁平穩(wěn)牢固，棱角缺口部位應(yīng)設(shè)襯墊，防止鋼梁邊切斷鋼絲繩，吊位應(yīng)正確。捆綁吊物選擇繩索夾角要適當(dāng)，鋼梁ZGL-1和鋼梁ZGL-2采用4點起吊，并在鋼梁上焊接起吊吊耳，每個吊耳平均分布受力；其余構(gòu)件采用2點起吊。為保證鋼絲繩均勻受力，吊鉤必須采用錨鉤。
7.3試吊
試吊前嚴(yán)格檢查各施工機(jī)具、索具的質(zhì)量，經(jīng)安全系統(tǒng)確認(rèn)后才能進(jìn)行吊裝，不合格的嚴(yán)禁使用。所有工作準(zhǔn)備就緒后開始試吊，將構(gòu)件吊離地面0. 3m以后，檢查汽車式起重機(jī)的狀態(tài)、綁繩質(zhì)量、構(gòu)件變形等，無誤后方可正式吊裝。
7.4 吊裝
先用500t履帶式起重機(jī)起吊③軸線ZGL-1，安裝就位后與鋼柱預(yù)埋錨栓用螺母預(yù)緊固，并用鋼絲繩和手拉葫蘆在ZGL-1與地下室頂板預(yù)埋錨件之間拉纜風(fēng)繩做臨時固定，對ZGL-1進(jìn)行校正，校正結(jié)束后，擰緊螺母并用電焊固定，500t履帶式起重機(jī)不脫鉤，用2臺130t汽車式起重機(jī)將①~③軸線之間的次梁安裝完成。
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