大跨徑圓形管桁架吊裝法

代祖發(fā)

【摘要】本文給合我單位組織施工的“廣西貴港綜合體育館屋面管桁架吊裝”工程實例，著重論述了大跨徑圓形管桁架吊裝法的安全驗算、施工方法和過程監(jiān)測。

【關(guān)鍵詞】管桁架；大跨徑；大型吊具；安全驗算

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021. 26.092

大跨徑圓形管桁架吊裝，利用現(xiàn)場土建基礎(chǔ)及管桁架鋼筋混凝土柱，場館內(nèi)地形及周邊施工道路及場地，詳勘各部位地質(zhì)條件，根據(jù)管桁架自身質(zhì)量及跨度，確定大型吊裝機械及輔助吊具，精確規(guī)劃吊車行走路線，確定管桁架各部位堆場及拼裝位置，中心支撐支架位置。在確保工期情況下，拼裝與吊裝密切配合有條不紊，不堵不陷，在有限的空間內(nèi)將管桁架吊裝就位。步步銜接、不浪費資源，節(jié)約成本。本文以“廣西貴港綜合體育館屋面管桁架吊裝”這一工程實例論述大跨徑懸空管桁架吊裝法的施工方法、施工步驟和技術(shù)要求，為今后同類型的施工提供參考和借鑒。

1、概況

本工程鋼結(jié)構(gòu)為鋼管桁架屋蓋，總跨度124米，由徑向36榀平面主桁架（長度58.2-62m，重量9.7-12t）、環(huán)向16榀平面次桁架、桁架間支撐及系桿和支座間桁架組成，工程量960t（含焊縫重量）。

徑向貫通主桁架平面投影長度62m，高2.5m，上、下弦桿為Φ245×10（或Φ245×12）鋼管，豎腹桿Φ152×5鋼管，支座處有局部斜腹桿Φ152×10鋼管，支座處的角錐柱為內(nèi)環(huán)Φ194×12鋼管、外環(huán)Φ194×10鋼管。徑向主桁架通過Φ650×25的焊接球固定在滑動支座上，下方是內(nèi)外環(huán)支撐柱。

2、吊具選擇及安全驗算

2.1 總體布置

本工程位于貴港市荷城路北側(cè)，總建筑面積19121.80m2，與荷城路用磚砌圍護墻隔離，墻內(nèi)有6米寬環(huán)形施工道路，此處路正中有一梯道上環(huán)形通道，使環(huán)形路不能貫通。環(huán)形路基層為灌注樁樁頭混凝土，路面為C20混凝土200mm厚，能滿足運輸為吊裝要求。環(huán)形路南外側(cè)為項目部辦公區(qū)，不能作為構(gòu)件堆場及拼裝場地，環(huán)形路西南內(nèi)側(cè)為泥漿池回填場地，因泥漿未清凈且未進行壓實，不能用作拼裝及吊裝場地。環(huán)形路北外側(cè)為游泳館辦公樓，與環(huán)形路之間的距離約30米，此區(qū)域為回填土場地，且未整平壓實，鋼結(jié)構(gòu)工程需充分利用本塊場地來拼裝和吊裝，減少館內(nèi)施工壓力。所以必須整平壓實。環(huán)形路西側(cè)無拼裝場地，作為進入場館的出入口，沿環(huán)形路內(nèi)側(cè)為排水明溝，外側(cè)為施工用電纜溝，為保證大型吊車的站位要求，需將施工電纜移至內(nèi)側(cè)，電纜溝需回填壓實。

館內(nèi)西側(cè)有85米*30米硬化場地，可滿足23線-28線鋼結(jié)構(gòu)的拼裝吊裝工作。正館內(nèi)面積60米*35米硬化場地，主要用于內(nèi)環(huán)鋼結(jié)構(gòu)件的拼裝吊裝。

2.2 吊裝機械選擇及吊裝方法

2.2.1主桁架吊裝方法：23軸、24軸主桁架及其之間的環(huán)桁架及支撐分兩段整體拼裝后采用350噸汽車吊在館內(nèi)進行吊裝；其余主桁架，均采用兩榀主桁架及其之間的環(huán)桁架及支撐整體拼裝完成后采用350噸履帶吊在館外環(huán)形道路上進行吊裝。

2.2.2剩余環(huán)桁架、支撐及屋面檁條的吊裝方法：大部分剩余環(huán)桁架及支撐采用塔吊（QTZ5512）進行吊裝，圓心部分采用50噸汽車吊在館內(nèi)進行吊裝。

2.2.3鋼絲繩的選用

1）鋼絲繩受力分析

把每個分段簡化為一剛體，取最重鋼桁架39噸計算，單側(cè)鋼絲繩承重為19.5噸，每一股鋼絲繩受的自重為9.75t計算，鋼絲繩選用？47.5，L=24m及33m各2根。

2）吊裝鋼絲繩選擇

鋼絲繩允許拉力[Fg]=ΔFg/K，選用6×37直徑為47.5mm，鋼絲強度極限為1400N/mm的鋼絲繩作為鋼箱梁分段的起重繩，查表得：鋼絲破斷拉力總和為1180KN（滿足要求），查詢依據(jù)為：《建筑施工起重吊裝安全技術(shù)規(guī)范》（JGJ276-2012）。

2.2.4卸扣的選用

每個鋼桁架均設(shè)置四個吊點，按最大節(jié)段重量39噸計算，鋼絲繩與鋼桁架夾角為61.0°，則單個卸扣最大承載力為：39/4/sin61°=11.14噸，采用4只T8級15噸卸扣。

2.3 吊裝安全驗算

350噸履帶吊主要吊裝除23、24軸主桁架以外的兩榀主桁架及其間環(huán)桁架及支撐整體拼裝后的吊裝單元，吊裝總重約為39噸，最大工作半徑為32m。

2.3.1安全驗算

查350噸履帶吊36m主臂+42m副臂，額定起重量為42噸>39噸。滿足要求。

2.3.2吊裝場地、吊車行走路線道路硬化及安全驗算

1）吊車行走路線定為內(nèi)沿直徑140.8米，外沿直徑164.8米，即現(xiàn)有外腳手架外沿以外12米的環(huán)形區(qū)域作為吊裝行走路線，環(huán)形路面加固處理，計劃采用250-400mm石灰石回填壓實，高度600mm，再做找平穩(wěn)定層厚200mm，采用（中砂比20mm～40mm碎石）按3：7級配鋪墊壓實，面層澆筑C20混凝土厚200mm。

2）吊裝點共設(shè)置8個，環(huán)狀布置，1和2吊點旁邊無環(huán)形路，由行走路線連成整體，并在吊點位置加寬，如圖示，以利轉(zhuǎn)桿，此位置應(yīng)試挖泥漿池邊緣，應(yīng)確保邊緣距吊裝路線邊緣3米以上。與8-9線現(xiàn)有砂石堆場及攪拌機應(yīng)移開，井架可不移走。10-13線環(huán)形路外為今年剛回填場地且有游泳館建筑基礎(chǔ)高聳的外露鋼筋，不能作為吊車行走場地，故吊點3和吊點4應(yīng)開挖內(nèi)側(cè)，連成整體，5、6、8吊點均長31.2米，寬10米，7吊點長19.8米，寬10米，內(nèi)側(cè)行走路線，計劃做吊點場地面加固處理，采用250-400mm石灰石回填壓實，高度600mm，再做穩(wěn)定層厚200mm，采用（中砂比20mm～40mm碎石）按3：7級配鋪墊壓實，面層澆筑C20混凝土厚200mm。

3）1和2吊點及5-8軸行走路線路基處理后與現(xiàn)有地面層標(biāo)高一致，外架不存在護坡，其他6個吊點地基處理后標(biāo)高下降，應(yīng)用混凝土空心砌塊或燒結(jié)磚砌筑以護坡，保證外腳手架基礎(chǔ)的穩(wěn)定。

2.4 地耐力及抗傾覆驗算

2.4.1外環(huán)施工道路地耐力驗算：

徐工QUY350履帶吊空載狀態(tài)下重293t，履帶踏板面寬1.20m，接地長度8.70m。吊物重量最大為6.6t×1.15（動載系數(shù)）=7.59t。

根據(jù)吊車性能表中顯示：350t起重機空載行走時對地面的地耐力為12.70t/m2。

考慮吊車對地面的不均勻受力，取不均勻受力系數(shù)1.3，則：

P=5.69×1.3=7.40t/m2

因此350t履帶式起重機在基本型主臂標(biāo)準(zhǔn)工況下吊裝時需要使用路基板，地耐力達到8.00t/m2以上時，就可以滿足履帶吊使用要求。吊裝前需要對場地進行平整及部分換填（開挖擾動及虛填區(qū)域）處理，加固處理后需要對地面承載力進行檢測，地耐力大于8.00t/m2方可進行單件重量為6～7t的鋼桁架進行吊裝施工作業(yè)。

2.4.2抗傾覆

為保證履帶吊在吊裝過程中的穩(wěn)定，需進行抗傾覆驗算，即需使穩(wěn)定力矩大于傾覆力矩。外環(huán)主桁架在現(xiàn)場拼裝時，作業(yè)半徑相對較小，選擇50噸、25噸汽車吊（徐工QAY50型、徐工QAY25型）各一臺配合拼裝，同時50噸、25噸汽車吊也可以用來補缺主桁架之間的次構(gòu)件。

2.4.3臨時支撐設(shè)計及安全驗算

2.4.3.1圓心處臨時支撐設(shè)計

1）根據(jù)桁架的自重及現(xiàn)場的地質(zhì)條件，臨時支撐采用鋼管格構(gòu)柱+H型鋼橫梁+立柱調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)。

臨時支撐主結(jié)構(gòu)六肢均采用？426x12的Q235鋼管。其橫斷截面中心等邊六邊形，邊長為4000mm，頂部采用雙排40a工字鋼與鋼管焊接，雙排40a工字鋼上焊接直徑為180mm壁厚大于等于12mm的鋼管立柱，立柱高度結(jié)合臨時支撐鋼管高度、桁架設(shè)計標(biāo)高、設(shè)計預(yù)拱等確定。各承力鋼管橫斷面及側(cè)面的連接均采用[20a連接，加強結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。

2）支撐頂部設(shè)置平臺，外六邊形采用雙I40a工字鋼，內(nèi)部支撐及平臺梁采用I40a，周邊設(shè)置1.2米高剛性欄桿，平臺鋪δ6mm花紋鋼板，雙I40a工字鋼正上方用Φ180*12鋼管立柱支撐桁架，桁架加固撐支撐在雙I40a工字鋼上。

3）圓心支撐基礎(chǔ)澆筑中心直徑10000mm，寬度2000mm，1000mm深的C30素混凝土的圓環(huán)；鋼管柱與混凝土基礎(chǔ)采用預(yù)埋件及預(yù)埋螺栓連接。每個鋼管柱底部設(shè)置8根M48，長1500mm的地腳螺栓并埋設(shè)30mm厚800mm×800mm的鋼板。

2.4.3.2圓心處臨時支撐安全驗算

圓心處臨時支撐安全驗算考慮兩個最不利工況進行驗算。

1）內(nèi)環(huán)桁架全部安裝完畢后，圓心處所有重量均由臨時支撐承擔(dān)，即為最大承重工況。

圓心處臨時支撐承擔(dān)的荷載為鋼結(jié)構(gòu)自重421.550t的二分之一210.775t，每個臨時支撐承擔(dān)的荷載為210.775t÷6=35.129t?？紤]動力系數(shù)1.4。則單肢設(shè)計荷載為N=35.129×10×1.4=491.81kN，總設(shè)計荷載為：491.81kN×6=2950.86kN結(jié)合風(fēng)荷載進行驗算。

2）內(nèi)環(huán)桁架剛開始安裝（即第一、二片內(nèi)桁架及其環(huán)桁架安裝完畢）時，沒有形成穩(wěn)定的剛性體，且圓心與其他支座或臨時支撐均存在高差，引起水平推力。即為初始最不利工況。

單片桁架重約6.6噸，單個臨時支撐承受兩片桁架和環(huán)桁架。重量約為6.6×2+2.5=15.7噸。考慮動力系數(shù)1.4。則總設(shè)計荷載為N=15.7×10×1.4÷2=109.9kN。單肢設(shè)計荷載為109.9÷6=18.31KN。

2.4.3.3臨時支墩基礎(chǔ)安全驗算

根據(jù)上表所示，圓心處臨時支撐承擔(dān)的荷載為鋼結(jié)構(gòu)自重421.550t的二分之一210.775t。圓心臨時支墩總重約為61.32噸。采用鋼管柱格構(gòu)柱，混凝土基礎(chǔ)為外徑10000m，內(nèi)徑6000m，深1m的C30素混凝土，混凝土支承面積為

3.14*5^2-3.14*3^2=50.24m2，其承受的壓力為（210.775+61.32）*10/50.24=54.16kPa。C30素混凝土抗剪強度約30MPa>50.06kPa，滿足承載力要求?；炷磷灾貫?.4*50.24*1= 120.5776t，故要求地基承載力為：

（210.775+61.32+120.576）*10/50.24= 78.16KPa。

3、桁架拼裝

3.1 主桁架拼裝

主桁架運至現(xiàn)場后根據(jù)安裝位置卸在相應(yīng)拼裝場地，主桁架為平面結(jié)構(gòu)，可水平拼裝，焊接球支座角錐柱與主桁架要求在地面拼裝成整體后吊裝。用枕木搭設(shè)支墩式拼裝胎架，根據(jù)現(xiàn)場構(gòu)件堆放及拼裝需要，需用500根枕木（220×160×2500mm）。另制作鋼馬凳80個（按8榀考慮，10個/榀），長4米，高1米，材料均用鋼管Φ152*10，20a工字鋼。拼裝場地要求堅實、碎石鋪面，胎架要求標(biāo)高一致，根據(jù)就近拼裝原則，胎架應(yīng)成整體，上榀桁架拼裝完后可吊動移動至下一榀桁架拼裝位置。桁架采用25噸汽車吊配合50噸汽車吊進行拼裝。考慮吊裝半徑和構(gòu)件跨度，每一榀主桁架宜在地面拼裝成兩個吊裝段，高空對接成整榀桁架的方式安裝。桁架拼裝應(yīng)重點保證弦管對接焊縫質(zhì)量、側(cè)彎、矢高、長度等幾何尺寸滿足設(shè)計及規(guī)范要求。

鋼馬凳按同時拼裝8榀桁架計算，每榀桁架使用馬凳10個，馬凳鋼柱采用鋼管Φ152*10制作，馬凳橫梁用20a工字鋼，連接全為焊接。

3.2 桁架整體拼裝

1）整體拼裝流程主桁架→環(huán)桁架→支撐

2）整體拼裝胎架設(shè)計

本工程分5個拼裝場地，共設(shè)5處整體組裝胎架模子。每個組裝胎架模子設(shè)置4個胎架。

4、管桁架的吊裝流程

1）安裝圓心臨時支撐，在24軸內(nèi)環(huán)柱及22軸內(nèi)環(huán)柱之間的圈梁上搭設(shè)臨時支撐，用著23軸桁架就位時的臨時承重結(jié)構(gòu)。在館內(nèi)拼裝23軸、24軸主桁架及兩榀主桁架之間的環(huán)形桁架、支撐等構(gòu)件。

2）采用350噸汽車吊在館內(nèi)將23軸、24軸主桁架外環(huán)分段整體吊裝就位。

3）采用350噸汽車吊在館內(nèi)將23軸、24軸主桁架及內(nèi)環(huán)段分批吊裝就位。

4）采用350噸履帶吊將5軸、6軸主桁架及其之間的環(huán)形桁架、支撐拼裝后整體吊裝就位。

5）采用350噸履帶吊將7軸、8軸主桁架及其之間的環(huán)形桁架、支撐拼裝后整體吊裝就位，按照對稱安裝的原則，采用350噸履帶吊將25軸、26軸主桁架及其之間的環(huán)形桁架、支撐拼裝后整體吊裝就位。

6）采用塔吊及汽車吊將24～25軸以及6～7軸之間的環(huán)桁架及支撐吊裝就位。

7）采用350噸履帶吊將27軸、28軸主桁架及其之間的環(huán)形桁架、支撐拼裝后整體吊裝就位；按照對稱安裝的原則，采用350噸履帶吊將9軸、10軸主桁架及其之間的環(huán)形桁架、支撐拼裝后整體吊裝就位；采用塔吊及汽車吊將26～27軸以及8～9軸之間的環(huán)桁架及支撐吊裝就位。

8）采用350噸履帶吊將27軸、28軸主桁架及其之間的環(huán)形桁架、支撐拼裝后整體吊裝就位；按照對稱安裝的原則，采用350噸履帶吊將9軸、10軸主桁架及其之間的環(huán)形桁架、支撐拼裝后整體吊裝就位；采用塔吊及汽車吊將26～27軸以及8～9軸之間的環(huán)桁架及支撐吊裝就位。

9）采用350噸履帶吊將11軸、12軸主桁架及其之間的環(huán)形桁架、支撐拼裝后整體吊裝就位；按照對稱安裝的原則，采用350噸履帶吊將29軸、30軸主桁架及其之間的環(huán)形桁架、支撐拼裝后整體吊裝就位；采用塔吊及汽車吊將10～11軸以及28～29軸之間的環(huán)桁架及支撐吊裝就位。

10）采用350噸履帶吊將31軸、32軸主桁架及其之間的環(huán)形桁架、支撐拼裝后整體吊裝就位；按照對稱安裝的原則，采用350噸履帶吊將13軸、14軸主桁架及其之間的環(huán)形桁架、支撐拼裝后整體吊裝就位。

11）同理，將剩余屋面鋼桁架均吊裝完畢。

5、施工監(jiān)測

鋼結(jié)構(gòu)安裝過程中，必須進行施工監(jiān)測。

本方案采取如下監(jiān)測措施：

1）班組日常進行安全檢查，項目每周進行安全檢查，公司每月進行安全檢查，所有安全檢查記錄必須形成書面材料。

2）日常檢查、巡查重點部位：

a.鋼結(jié)構(gòu)安裝的監(jiān)測，采用變形測量系統(tǒng)。本工程變形監(jiān)測系統(tǒng)包括全站儀、棱鏡、電腦等部件。桁架梁撓度變形和支座水平位移主要采用全站儀進行測量，利用棱鏡的反射和折射定律測出實際位移。在主桁架下弦布置6個測點（5、9、15、23、30、36軸線中心點位置）。

b.安全防護措施是否符合規(guī)范要求。

3）鋼結(jié)構(gòu)安裝過程中對各臨時支撐進行檢查，隨時觀測臨時支撐的變形。如果發(fā)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)安裝大于安裝允許數(shù)值，要及時停止施工，采取措施保證安全后再施工。

4）鋼結(jié)構(gòu)安裝前，施工單位必須組織、監(jiān)理單位、建設(shè)單位及相關(guān)專家對專項方案進行審查論證備案。

5）監(jiān)測結(jié)果報告必須包括監(jiān)測項目及允許值、報警值、監(jiān)測數(shù)據(jù)處理分析、監(jiān)測結(jié)果評述。

6）監(jiān)測頻率：鋼結(jié)構(gòu)安裝過程中應(yīng)實施實時觀測，一般監(jiān)測頻率不超過30-50分鐘一次，（監(jiān)測人員必須注意做好自身的安全防護工作）。

結(jié)語：

大跨徑圓形管桁架吊裝法，主要是針對大型場館建設(shè)在鬧市區(qū)，作業(yè)空間受限，且因前期地下部分施工造成場地條件惡劣，又必須實施大型吊具的場合，通過通盤考慮，充分研究現(xiàn)場實際情況，采取具體部位制定具體實施方案且有機連成整體的一種鋼結(jié)構(gòu)安裝方法。本文較為詳細地敘述了吊具選擇及相關(guān)安全驗算、管桁架的吊裝方法、施工監(jiān)測等，具有較強的指導(dǎo)性。今后大家如遇到同類工程施工，希望本文能提供一些參考和借鑒。

參考文獻：

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[2]魏清.大跨度鋼管桁架三段法吊裝工藝[J].安徽建筑，2007（03）：44-46.