大型鋼結(jié)構(gòu)樓蓋吊裝施工

吳拾金 潘 武 程熱香

1.洪宇建設(shè)集團(tuán)公司 南昌 330001 ；2.江西建工第二建筑有限責(zé)任公司 南昌 330001

1 工程概況

江西省撫州市城市規(guī)劃藝術(shù)展示中心B區(qū)主樓為一地下1 層，地上13 層大型建筑，建筑總高度74 m，建筑面積63 430 m2。其平面呈方形，72 m×72 m，除中部42 m×54 m部分的2～4層為鋼結(jié)構(gòu)樓蓋外，其他為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。在外部13 層主體結(jié)構(gòu)施工完成后，開始中間鋼結(jié)構(gòu)樓蓋的施工。

鋼結(jié)構(gòu)樓蓋的2層（標(biāo)高+12 m）、3層（標(biāo)高+20 m）、4層（標(biāo)高+28 m）與外圍鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)連成一體。主鋼梁跨度54 m、寬1.2 m、高3.3 m（端部高2.8 m），單根質(zhì)量約136 t，每層有5 根，共15 根。鋼梁與次鋼梁之間采用高強(qiáng)度螺栓連接，鋼梁上面澆筑混凝土樓板。鋼結(jié)構(gòu)工程總質(zhì)量約2 500 t，材質(zhì)為Q345B，其中焊接箱形鋼梁2 080 t，焊接H型鋼逾400 t。

2 主要施工流程

施工準(zhǔn)備→運(yùn)輸→拼接→焊接→吊裝→涂裝→驗(yàn)收

3 施工過程

3.1 吊裝策劃

主要施工方法是：

1）所有構(gòu)件工廠制作，主鋼梁每榀分5 節(jié)，以便于運(yùn)輸。

2）現(xiàn)場(chǎng)用1 500 kN履帶吊卸貨，室內(nèi)搭設(shè)拼裝操作臺(tái)，對(duì)主鋼梁進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)拼裝。

3）在標(biāo)高30 m處安裝QE90/15+90、跨度為52 m的橋式吊車1 臺(tái)。

4）邊拼裝、邊吊裝，相互穿插，完成吊裝作業(yè)。

在工程內(nèi)部30 m高程處架設(shè)橋吊，橋吊兩端主鉤各設(shè)置900 kN固定起重設(shè)備，用于吊裝主鋼梁。橋吊上移動(dòng)小車副鉤中點(diǎn)最大吊重為150 kN，用于吊裝次鋼梁。

主鋼梁分節(jié)制作，在拼裝平臺(tái)上組裝，其余鋼梁都是整體制作[1,2]。鋼梁拼裝在L、K軸線間搭設(shè)的臺(tái)車拼裝平臺(tái)上進(jìn)行，拼裝平臺(tái)設(shè)置間距為3.06 m的2 條軌道，軌道長(zhǎng)度75 m，在0 m層上貫穿展示中心，一側(cè)穿出展示中心到建筑物外的施工道路上。由于0 m層下還有地下室，0 m層混凝土樓面承受不了鋼梁拼裝時(shí)的質(zhì)量，所以拼裝平臺(tái)下的0 m層混凝土樓面采用φ200 mm×8 mm鋼管及32a#工字鋼加固，支撐在地下室的底板面上。

鋼梁拼裝還需制作10 輛臺(tái)車，拼裝時(shí)，在展示中心外施工道路上利用1 500 kN履帶吊下車，然后固定鋼梁，利用臺(tái)車運(yùn)輸至展示中心相應(yīng)的位置，再依次利用臺(tái)車運(yùn)輸其余各段。鋼梁運(yùn)輸?shù)较鄳?yīng)位置后應(yīng)把臺(tái)車固定，方便兩節(jié)鋼梁對(duì)接。吊裝平、剖面見圖1、圖2。

3.2 橋吊安裝

橋吊的軌道設(shè)在懸挑的工字鋼上，在橋吊安裝前，首先應(yīng)進(jìn)行懸挑軌道梁下混凝土梁的加固，加固采用兩φ325 mm×8 mm鋼管支撐，支撐從地下室底板面起，一直支撐到懸挑軌道梁下，鋼管緊靠混凝土柱子，垂直方向每隔4 m采用1 個(gè)抱箍把支撐鋼管和混凝土柱子連接固定，抱箍采用160 mm×14 mm和125 mm×10 mm角鋼制造，支撐鋼管間采用螺栓連接，每根鋼管支撐應(yīng)頂緊上下混凝土梁。

圖1 吊裝平面示意

圖2 吊裝剖面示意

橋吊由專業(yè)生產(chǎn)工廠制造完成并分節(jié)運(yùn)輸?shù)桨惭b現(xiàn)場(chǎng)，同樣采用1 500 kN履帶吊下車，然后利用臺(tái)車運(yùn)輸至工程鋼梁拼裝平臺(tái)上拼裝。

橋吊安裝前，先進(jìn)行橋吊懸挑梁和軌道梁安裝。橋吊桁架吊裝前，在40 m高程平臺(tái)上布置4 臺(tái)50 kN卷?yè)P(yáng)機(jī)，再利用懸挑梁作為500 kN定滑輪組固定點(diǎn)，通過500 kN定滑輪組和動(dòng)滑輪組吊裝橋吊至安裝高程。

橋吊吊裝完成后，要進(jìn)行電氣安裝，電氣設(shè)備安裝調(diào)試合格后再進(jìn)行空負(fù)荷試驗(yàn)，空負(fù)荷試驗(yàn)應(yīng)檢查橋吊的各項(xiàng)性能及運(yùn)行穩(wěn)定性是否符合設(shè)備設(shè)計(jì)及規(guī)范要求?？肇?fù)荷試驗(yàn)包括：

1）操縱機(jī)構(gòu)的操作方向應(yīng)與起重機(jī)的各機(jī)構(gòu)的運(yùn)轉(zhuǎn)方向相符；

2）分別開動(dòng)各機(jī)構(gòu)的電動(dòng)機(jī)，應(yīng)運(yùn)轉(zhuǎn)正常，大車和小車運(yùn)行時(shí)不應(yīng)卡軌；

3）各制動(dòng)器能夠準(zhǔn)確及時(shí)地動(dòng)作，各限位開關(guān)及安全裝置的動(dòng)作應(yīng)準(zhǔn)確、可靠；

4）當(dāng)?shù)蹉^放到最低位置時(shí)，卷筒上的鋼絲繩的圈數(shù)不應(yīng)少于2 圈（固定圈除外）；

5）每項(xiàng)試驗(yàn)不少于5 次，并且動(dòng)作應(yīng)準(zhǔn)確無誤。

3.3 運(yùn)輸

采用1 500 kN履帶吊將單節(jié)鋼梁吊至倒運(yùn)臺(tái)車上面，用手拉鏈條葫蘆和鋼絲繩將鋼梁穩(wěn)固在臺(tái)車上，穩(wěn)固后再通過卷?yè)P(yáng)機(jī)將臺(tái)車牽引至拼裝位置并固定臺(tái)車。

3.3.1 1 500 kN履帶吊工況選擇

每榀主鋼梁分5 節(jié)，最大、最重1 節(jié)鋼梁質(zhì)量為29.3 t、長(zhǎng)12 m、寬1.2 m、高3.3 m。1 500 kN履帶吊的臂長(zhǎng)為24 m，最大的起吊幅度約為7 m，當(dāng)起吊幅度為14 m時(shí)，最大的起重質(zhì)量為44.1 t，起重荷載約為最大起重質(zhì)量的67%，所以，1 500 kN履帶吊完全可滿足鋼梁吊運(yùn)的要求。

3.3.2 起重鋼絲繩的選型

為確保鋼梁吊裝時(shí)平穩(wěn)安全，采取焊接吊耳板式兩點(diǎn)（每點(diǎn)為雙根鋼絲繩）吊裝法。由吊裝示意圖作出鋼絲繩受力分析圖，如圖3所示。

圖3 鋼梁吊裝及受力分析示意

根據(jù)單節(jié)鋼梁的質(zhì)量進(jìn)行吊具選擇：吊物質(zhì)量M物=29.3 t，吊具質(zhì)量M吊具=0.3 t；

單根鋼絲繩受力為85.5 kN，取鋼絲繩的安全系數(shù)K=6，最大拉力是：N=6×85.5=513 kN，選用φ36 mm（6×37）鋼絲繩，鋼絲繩的破斷拉力為705 kN＞513 kN，滿足吊裝要求。

鋼絲繩長(zhǎng)度為L(zhǎng)1=2×5.8+2×1.7=15 m，共需2 根（已考慮接頭長(zhǎng)度）。

3.3.3 卸扣選型

根據(jù)最大起重載荷為171 kN，選用250 kN弓形卸扣，每個(gè)吊點(diǎn)使用1 個(gè)，共4 個(gè)。

3.4 拼接

待單榀鋼梁的每節(jié)構(gòu)件倒運(yùn)至拼裝平臺(tái)上的相應(yīng)位置后，采用手拉葫蘆和千斤頂將其對(duì)接接頭部位調(diào)節(jié)至組裝要求位置，對(duì)接過程中必須嚴(yán)格控制好其整體直線度、平面度以及相應(yīng)的上拱度，待所有尺寸滿足規(guī)范的驗(yàn)評(píng)要求后，再采取點(diǎn)焊連接方式臨時(shí)固定。

3.5 焊接

鋼梁對(duì)接焊縫的焊縫質(zhì)量等級(jí)要求為一級(jí)。焊接前應(yīng)將焊口附近50 mm范圍內(nèi)鐵銹、油污等雜物清除干凈，電焊條應(yīng)烘焙。施焊時(shí)，焊縫內(nèi)部質(zhì)量和外觀質(zhì)量應(yīng)滿足圖紙?jiān)O(shè)計(jì)和規(guī)范規(guī)定要求，焊后及時(shí)清除藥皮及飛濺物。

3.6 吊裝

每榀鋼梁加工尺寸及焊接質(zhì)量應(yīng)符合圖紙?jiān)O(shè)計(jì)和驗(yàn)評(píng)規(guī)范要求后方可吊裝，吊裝采用900 kN+900 kN橋吊，將整榀鋼梁抬吊至安裝位置。單榀鋼梁質(zhì)量為136 t、共15 榀，長(zhǎng)54 m、寬1.2 m、高3.3 m，起吊最大高度為30 m；根據(jù)橋吊的性能參數(shù)，完全可以滿足鋼梁吊裝工況要求。

3.6.1 吊裝順序

由于K～1/J軸為橋吊拆卸通道，K～1/J軸的次鋼梁不能利用橋吊安裝，K～1/J軸次鋼梁在橋吊拆除后利用設(shè)置在40 m層的50 kN卷?yè)P(yáng)機(jī)安裝；L～K軸為拼裝平臺(tái)位置，所有鋼梁都通過拼裝平臺(tái)起吊，所以L～K軸的次鋼梁也到最后安裝。鋼樓蓋的主、次梁吊裝順序總體上是由下至上，具體程序如下：

2層樓蓋主鋼梁吊裝→2層樓蓋次鋼梁吊裝→3層樓蓋主鋼梁吊裝→3層樓蓋次鋼梁吊裝→4層樓蓋Q～P軸次梁吊裝排放到相應(yīng)位置的3層鋼梁上→4層樓蓋P軸主鋼梁吊裝→4層樓蓋Q～P軸次梁吊裝→P～K軸線的4層主、次鋼梁按前3 個(gè)步驟重復(fù)進(jìn)行→完成3 層的全部吊裝作業(yè)。

3.6.2 吊耳板設(shè)計(jì)

1）根據(jù)鋼梁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，為確保鋼梁平穩(wěn)、安全吊裝，采取焊接吊耳板式兩點(diǎn)吊裝法，卷?yè)P(yáng)式吊鉤直接穿在鋼梁的吊耳上。

2）吊耳受力分析：由吊裝示意作出受力分析，如圖4所示。

圖4 單榀主鋼梁吊裝及受力分析示意

3）吊耳板強(qiáng)度驗(yàn)算。單個(gè)吊耳受力F=846 kN；單塊吊耳板受力F=507.6 kN。

按局部緊接承壓條件，計(jì)算得吊耳板需要厚度t≈25.6 mm。

因此，吊耳板選用厚40 mm的Q345B鋼（圖5），滿足要求。

圖5 吊耳示意

4）剖面強(qiáng)度驗(yàn)算。1-1剖面：[σ] =F拉/A≈39.7 MPa ＜[σ]容許= 230 MPa；

2-2剖面：吊耳孔壁拉應(yīng)力σk≈91.5 MPa＜144 MPa，吊耳滿足要求。

5）吊耳板焊縫長(zhǎng)度驗(yàn)算。取焊角高度為24 mm，焊縫長(zhǎng)度L≈175 mm；

吊耳板與箱形鋼梁腹板的T形焊縫要求全熔透，焊縫質(zhì)量等級(jí)一級(jí)，并對(duì)其四周20 mm的角焊縫圍焊，焊縫長(zhǎng)度為670 mm。

3.6.3 吊裝試驗(yàn)

首先進(jìn)行靜負(fù)荷試驗(yàn)，在第1根鋼梁吊裝前，利用鋼梁進(jìn)行吊裝試驗(yàn)，橋吊緩慢起升，在橋吊質(zhì)量顯示器顯示鋼梁質(zhì)量的20%、40%、60%、80%、100%及110%時(shí)分別懸停不小于10 min，并檢查橋吊軌道懸挑梁下混凝土梁、加固鋼柱、懸挑梁尾部固定情況。待一切設(shè)備、設(shè)施等無異常后，方可進(jìn)行動(dòng)負(fù)荷試驗(yàn)。110%靜負(fù)荷試驗(yàn)采用加載10%鋼梁質(zhì)量的配重來實(shí)現(xiàn)。在110%試驗(yàn)卸去負(fù)荷后，應(yīng)再次仔細(xì)檢查軌道梁、懸挑梁、懸挑梁下混凝土梁及橋吊金屬結(jié)構(gòu)，應(yīng)無裂紋、焊縫開裂、油漆脫落及其他影響安全的損壞和松動(dòng)等缺陷。

在靜負(fù)荷試驗(yàn)合格后進(jìn)行動(dòng)負(fù)荷試驗(yàn)，起吊高度約200 mm，大車行駛距離為1.5 m左右，保證鋼梁不離開拼裝平臺(tái)的臺(tái)車上方，在進(jìn)行動(dòng)負(fù)荷試驗(yàn)時(shí)，檢查一切設(shè)備、設(shè)施等是否正常。動(dòng)負(fù)荷試驗(yàn)主要驗(yàn)證橋吊各機(jī)構(gòu)制動(dòng)器的功能。如果各部件能完成其功能試驗(yàn)，并在隨后進(jìn)行的目測(cè)檢查中，沒有發(fā)現(xiàn)機(jī)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的構(gòu)件損壞，連接處也沒出現(xiàn)松動(dòng)或損壞，則認(rèn)為本試驗(yàn)結(jié)果合格。

3.6.4 吊裝

吊裝前，檢查所有的安全防護(hù)措施是否到位以及準(zhǔn)備工作是否全部完成，待吊裝條件全部滿足要求后，方可開始起吊。首先，將橋吊移動(dòng)至拼裝平臺(tái)的上方，把吊裝鋼絲繩穿好掛在吊鉤上面。接著，橋吊的2 臺(tái)卷?yè)P(yáng)機(jī)同時(shí)起吊，當(dāng)起吊提升至離地面500 mm時(shí)，懸空停留約15 min進(jìn)行試吊，待一切設(shè)備、設(shè)施等無異常后，方可進(jìn)行下面操作：開動(dòng)橋吊，移動(dòng)鋼梁吊至安裝位置的正下方，到位后緩慢上升，當(dāng)鋼梁接近就位點(diǎn)時(shí)，先將稍低的一端鋼梁與柱的鋼牛腿用螺栓連接定位，此時(shí)只需穿上定位螺栓即可，待另一端稍微落鉤后同樣穿好定位螺栓，待所有螺栓穿入擰緊、水平方向定位板焊接牢固后方可卸鉤。其他節(jié)鋼梁吊裝工序與第1榀類似。在吊裝時(shí)，2 臺(tái)卷?yè)P(yáng)機(jī)起吊過程中，應(yīng)該密切注意兩吊點(diǎn)起升的同步性。

3.7 次梁安裝方法

除了主鋼梁質(zhì)量為136 t外，其余次梁的質(zhì)量較輕，最大質(zhì)量為3.3 t。所有次梁都制作成整體，再運(yùn)輸?shù)桨惭b現(xiàn)場(chǎng)，采用1 500 kN履帶吊倒運(yùn)下車，卸車后利用臺(tái)車運(yùn)至展示中心內(nèi)。

吊裝步驟：吊裝前，檢查所有的安全防護(hù)措施是否到位以及準(zhǔn)備工作是否全部完成，待吊裝條件全部滿足要求后，方可開始起吊。首先，將橋吊開動(dòng)，行走至鋼梁擺放位置，且將其吊鉤落至掛鉤點(diǎn)，把吊裝鋼絲繩穿好掛在吊鉤上面。接著，橋吊小車啟動(dòng)起吊，起吊后檢查吊點(diǎn)和鋼絲繩受力情況，一切無誤后，起吊至最高高度，滿足起吊后鋼梁能夠跨越最上層主鋼梁，再通過開動(dòng)橋吊，使次梁吊裝到位。當(dāng)次梁接近就位點(diǎn)時(shí)，先將稍低的一端鋼梁用螺栓連接定位，此時(shí)只需穿上4 個(gè)螺栓即可，待另一端稍微落鉤后同樣穿好4 個(gè)定位螺栓，待所有螺栓穿入擰緊后，方可卸鉤。

所有的次梁連接都采用高強(qiáng)螺栓連接，高強(qiáng)螺栓安裝注意事項(xiàng)：

1）高強(qiáng)螺栓在施工前必須有材質(zhì)證明書（質(zhì)量保證書），必須在使用前作復(fù)試。

2）高強(qiáng)螺栓設(shè)專人管理并妥善保管，不得亂扔亂放。在安裝過程中，不得碰傷螺栓，防止污染，以防扭距系數(shù)發(fā)生變化。

3）高強(qiáng)螺栓要防潮、防腐蝕。

4）安裝螺栓時(shí)，應(yīng)用光頭撬棍及沖釘對(duì)正上下（或前后）連接板的螺孔，使螺栓能自由投入。

5）若連接板螺栓孔的誤差較大時(shí)應(yīng)檢查分析，若屬調(diào)整螺孔無效或剩下局部螺孔位置不正，可使用電動(dòng)絞刀或手動(dòng)絞刀進(jìn)行打孔。

6）在同一連接面上，高強(qiáng)螺栓應(yīng)按同一方向穿入，高強(qiáng)螺栓安裝后，應(yīng)當(dāng)天終擰完畢。

4 結(jié)語(yǔ)

由于多方面的原因，本工程不得不在全部外圍的鋼筋混凝土框架完成之后，再來策劃內(nèi)部3 層大型鋼結(jié)構(gòu)樓蓋的吊裝方法。因?yàn)橹麂摿嚎缍却?、質(zhì)量重，所以吊裝任務(wù)成了本工程的極大難點(diǎn)，直接影響到后續(xù)工程的施工。在此情況下，利用現(xiàn)有的成熟吊裝技術(shù)和吊裝設(shè)備，充分考慮到已建工程的有利因素，經(jīng)過精密的計(jì)算，針對(duì)工程的具體特點(diǎn)，提出了完整的施工方案，該方案經(jīng)專家論證后實(shí)施，最終安全、順利和成功地解決了這一難題，為完成工程任務(wù)做出了貢獻(xiàn)。這是應(yīng)用建筑新技術(shù)的成功案例，推進(jìn)了該地區(qū)建筑新技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了較好的社會(huì)效益[3,4]。