某大型鋼桁架吊裝方案的計算與分析

紀(jì) 花，李九陽

（1.長春工程學(xué)院機電工程學(xué)院；2.土木工程學(xué)院，長春130012）

1 工程概況

該工程位于某市繁華地段，屬于某工程項目組團中的鋼結(jié)構(gòu)部分，鋼結(jié)構(gòu)總工程量為315t，桁架及牛腿等鋼構(gòu)件均為工廠預(yù)制，采用50mm厚Q235DZ鋼板制作，運至現(xiàn)場后吊裝、組裝。其中最大的構(gòu)件是兩榀鋼桁架，分別位于①軸、?軸上，單榀桁架重約95t，安裝跨度28.2m，總共分成3段，長度分別為7.8m、12.6m、7.8m，桁架底標(biāo)高20.87m，置于3根直徑1.4m的鋼筋混凝土柱上，下部空曠；桁架頂標(biāo)高25.27m，施工完畢與主體部分連接形成穹頂，由于該桁架體積大、重量大、位置高，而施工場地又比較狹小，東面是主要街路，南面是胡同，后面相關(guān)建筑已先期做完，平面位置見圖1，因此施工難度相當(dāng)大。從桁架的卸車、吊裝、拼接等每個環(huán)節(jié)都需要周密的考慮與細(xì)致的計算。下面對?/①～⑤軸桁架從吊裝的角度進行方案的分析與計算。

圖1 平面位置圖

2 吊裝機具的選擇

施工機具的選擇是整個吊裝方案的重點，機具選擇適當(dāng)與否決定了吊裝的成敗，根據(jù)構(gòu)件及場地的現(xiàn)狀，考慮到汽車式起重機的靈活、機動的特點，決定選用液壓傳動汽車式起重機，雙機抬吊，吊裝機型號的選擇需滿足以下幾方面的因素。

2.1 構(gòu)件吊裝高度

構(gòu)件吊裝高度（H）＝吊鉤及鋼絲繩高度（H1＝3.0m）＋構(gòu)件高度（H2）＋構(gòu)件底至地面高度（H3）＋安裝間隙（H4＝0.3m），即H＝H1＋H2＋H3＋H4＝3.0＋4.4＋20.87＋0.3＝28.57m。

2.2 吊裝重量及起吊荷載

吊裝重量（Q）＝吊鉤及鋼絲繩重量（Q1＝3t）＋最大構(gòu)件重量（Q2）＋卡具及其他重量（Q3＝2t），即Q＝Q1＋Q2＋Q3＝3.0＋95＋2＝100t。根據(jù)現(xiàn)場情況，起重機只能在 ?軸兩端站位，考慮到鋼桁架的吊裝采用焊接吊裝環(huán)，吊裝環(huán)焊接于桁架的上弦桿，為了避免桁架上弦桿節(jié)間受力引起受彎，吊裝環(huán)的位置尚應(yīng)考慮桁架的節(jié)點間距，吊點分別設(shè)在距構(gòu)件重心10.1m、12.6m處，受力圖見圖2。

圖2 受力圖

Q＝100t，根據(jù)平衡，計算起吊荷載：P1×10.1＝（Q－P1）×12.6，P1＋P2＝Q，所以P1＝55.5t，P2＝44.5t。

2.3 起吊回轉(zhuǎn)半徑

根據(jù)構(gòu)件重量、吊裝高度及現(xiàn)場狀況，對?軸桁架的吊裝采用2臺QY16、QY34型汽車式起重機，雙臺整吊。其中在⑤軸處選用QY164型汽車式起重機，在①軸處選用QY164型汽車式起重機。為保證吊裝安全，對每臺吊車按性能參數(shù)乘以0.85的折減系數(shù)。⑤軸處QY16型起重機，根據(jù)起重機性能參數(shù)：回轉(zhuǎn)半徑7m，吊車出桿30.4m，吊裝重量56t×0.85＞44.5t，①軸處 QY34型起重機，根據(jù)起重機性能參數(shù)：回轉(zhuǎn)半徑14m，吊車出桿34m，吊裝重量70t×0.85＞55.5t。QY16、QY34型汽車式起重機部分性能參數(shù)見表1和2。

表1 QY16（160t）吊車性能參數(shù)

表2 QY34（340t）吊車性能參數(shù)

3 吊點受力計算

3.1 吊裝點焊縫長度計算

吊裝鼻子承受的最大荷載為55.5t，擬采用50mm厚Q345D鋼板制作，一級全熔透側(cè)面角焊縫，焊角尺寸hf＝10mm，焊縫強度fwf＝160N/mm2，則所需焊縫長度為考慮焊縫質(zhì)量，為安全起見，取焊縫長度lw＝600mm。

3.2 吊裝環(huán)截面尺寸確定

考慮吊裝承受動力荷載，取動力荷載分項系數(shù)1.4，鋼材強度設(shè)計值fy＝295N/mm2，所需吊裝環(huán)截面面積為根據(jù)吊裝要求，吊裝環(huán)上需開直徑為150mm的圓孔，根據(jù)鋼板的構(gòu)造要求，擬采用圖3所示截面（鋼板厚50mm），則吊裝環(huán)孔削弱處上部凈截面面積為：A凈＝（400－150）×50＝12 500mm2＞2 634mm2，滿足要求。在吊裝時在吊裝環(huán)兩側(cè)各焊接2塊50mm厚400mm×300mm的加勁板，防止側(cè)向傾覆。

圖3 吊裝環(huán)截面圖

3.3 吊裝繩子選擇及卡環(huán)確定

起吊時，吊裝繩夾角約為35°，根據(jù)上述計算，吊點承受的動力荷載為77t，選用50t雙股吊裝繩，每股吊裝繩承受的拉力驗算如下，滿足要求，卡環(huán)選用63t卡環(huán)，也滿足要求。

4 地面受力計算

采用汽車式起重機方便靈活，但其壓腳承受較大的壓力，必須采用牢固的地面，以避免側(cè)翻、傾覆和不均勻沉降。下面就QY34型汽車式起重機做詳細(xì)的計算，QY16型汽車式起重機與此計算方法相同，不再贅述。

4.1 QY34型汽車式起重機支腳豎向壓力計算

QY34型汽車式起重機自重160t，吊裝構(gòu)件及索具等自重約為60t，根據(jù)汽車式起重機的外形尺寸、出桿長度、支腳縱、橫向間距，按照滿吊時不向前傾覆計算出前面2個支腳承受的壓力，空吊時不向后傾計算出后面2個支腳承受的壓力，后面2個支腳承受的壓力大于前面2個支腳的壓力，取后面2個支腳壓力的1/2作為單個支腳的豎向壓力，取值為82.5t。

4.2 支腳處地面驗算

考慮汽車式起重機支腳壓力較大，為防止地面沉陷，地面采用300mm厚鋼筋混凝土硬化地面，硬化地面底部45°擴散角之內(nèi)采用素土夯實，查得素填土的地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值為fk＝115MPa，設(shè)計值f＝1.1fk＝1.1×115＝126.5MPa，則單個支腳豎向壓力所需底面積6.85m2，為避免4個支腳不均勻沉降，將4個壓腳基礎(chǔ)連在一起，考慮受力，并考慮支腳縱向間距6.25m、橫向間距6m以及場地條件，以站位圓心為對角線交點固化7×7＝49m2面積（起重機站位見圖1），基礎(chǔ)底板按構(gòu)造要求配置φ12＠200的構(gòu)造鋼筋。

5 鋼桁架的吊裝

鋼桁架在現(xiàn)場拼裝成整體后，采用QY160和QY340汽車式起重機同時起吊，構(gòu)件吊裝前先復(fù)核構(gòu)件及柱軸線尺寸，各項無誤后開始起吊。根據(jù)上述分析起重機的性能和構(gòu)件的重量，QY160起重機出桿30.4m，回轉(zhuǎn)半徑7m，吊裝高度28.57m，QY340起重機出桿34m，回轉(zhuǎn)半徑14m，吊裝高度28.57m。桁架吊裝起來后，技術(shù)人員必須統(tǒng)一信號，保證2臺起重機同時出桿，將構(gòu)件移至安裝位置，與?軸線重合，然后垂直水平上升，直至安裝高度，并在構(gòu)件兩端栓好纜繩，為了便于安裝定位，采用螺栓連接與焊接相結(jié)合的方法，將桁架對接就位后，先采用高強螺栓將桁架臨時固定，然后將桁架上下翼緣焊接，焊好后再將高強螺栓拆除。為保證安全與防風(fēng)，鋼桁架安裝前，在高空連接處底部和內(nèi)側(cè)搭設(shè)腳手架，（腳手架的搭設(shè)與其他構(gòu)件相同），底部腳手架的高度比桁架底部低1m，四周采用腳手架設(shè)置護欄，并用密網(wǎng)圍好。焊接時，采用多層多道焊接方法減少焊接殘余應(yīng)力，減小變形，構(gòu)件焊接完畢，吊車松鉤，吊裝完畢。

6 結(jié)語

施工方案是工程施工的依據(jù)，科學(xué)、準(zhǔn)確的設(shè)計、計算施工方案是施工安全的重要保證，任何一個環(huán)節(jié)的疏漏都有可能造成工程事故。本文僅從桁架吊裝的吊點設(shè)計、壓腳地面基礎(chǔ)的計算等幾個方面分析了大型鋼桁架的吊裝施工中應(yīng)注意的問題，對工程施工具有一定的意義。

［1］GB 50205—2009，鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范［S］.

［2］盧循.建筑施工技術(shù)［M］.上海：同濟大學(xué)出版社，2002.