屋面大跨度吊掛鋼連廊整體吊裝施工技術(shù)

韓華綠 田慶亮

0 引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，商業(yè)綜合體的建設(shè)逐漸增多。商業(yè)綜合體的建設(shè)中常存在連接各樓幢的高空大跨度鋼連廊，而高空大跨度鋼連廊的安裝問題是建設(shè)的主要難點(diǎn)?，F(xiàn)有的高空大跨度鋼連廊施工主要是根據(jù)鋼連廊的安裝高度、跨度、構(gòu)件重量、鋼連廊結(jié)構(gòu)形式，采用高空散裝法和整體提升法施工。高空散裝法主要是采用搭設(shè)施工平臺(tái)后將構(gòu)件吊裝至安裝標(biāo)高進(jìn)行拼裝[1-2]，該方法高空吊裝、組裝、焊接工作量大增加了安全風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)。整體提升法主要是采用地面拼裝為整體，然后利用超大利用“超大型構(gòu)件液壓提升技術(shù)”進(jìn)行提升安裝[3-7]，該方法雖然在安裝時(shí)降低了安全風(fēng)險(xiǎn)，但提升技術(shù)的應(yīng)用對(duì)鋼連廊結(jié)構(gòu)有較高要求且費(fèi)用較高。

本文針對(duì)商辦樓項(xiàng)目存在的場(chǎng)地狹小、大型設(shè)備難以進(jìn)出場(chǎng)、吊掛鋼連廊難以采用整體提升等問題，對(duì)屋面大跨度吊掛鋼連廊整體吊裝施工技術(shù)進(jìn)行研究，并利用Midas 軟件進(jìn)行施工驗(yàn)算，確定該技術(shù)的可行性。

1 工程概況

1.1 總體工程概況

某商辦樓項(xiàng)目位于上海市長(zhǎng)寧區(qū)，總建筑面積約23 700m2。本工程為鋼框架結(jié)構(gòu)，地下室三層為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，柱采用勁性鋼骨柱，地上五層為鋼框架結(jié)構(gòu)，屋面層包含一吊掛鋼連廊，結(jié)構(gòu)總高度29.05m。

圖1 商辦樓效果圖

圖2 商辦樓鋼結(jié)構(gòu)模型圖

1.2 鋼連廊工程概況

本文主要介紹屋面層鋼連廊部分，屋面層鋼連廊跨度約32.7m，連廊結(jié)構(gòu)頂標(biāo)高23.5m，連廊主梁為兩根H1600mm×800mm×28mm×55mm 型鋼，單根主梁深化后重約50t，主梁之間連系桿為HN500mm×200mm×10mm×16mm 型鋼；屋面連廊下層為吊掛結(jié)構(gòu)，吊柱及鋼梁均為H 型鋼。

圖3 鋼連廊立面圖

圖4 鋼連廊模型圖

2 場(chǎng)地條件

本項(xiàng)目位于市區(qū)，項(xiàng)目場(chǎng)地較為狹長(zhǎng)，項(xiàng)目西側(cè)為安西路及密集居民區(qū)，項(xiàng)目東側(cè)為待建場(chǎng)地及歷史保留建筑，大型車輛及施工機(jī)械進(jìn)出較為困難，安排在夜間8 點(diǎn)之后進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)。項(xiàng)目東側(cè)現(xiàn)有設(shè)備用房，東側(cè)圍墻邊存在消防管線，施工前進(jìn)行管線摸排，做好保護(hù)措施。

圖5 現(xiàn)場(chǎng)情況示意

圖6 施工平面布置

3 總體施工方案及施工難點(diǎn)

3.1 總體施工方案

本工程鋼連廊主梁分段運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)，在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置臺(tái)架采用130t 汽車吊進(jìn)行拼裝。主梁現(xiàn)場(chǎng)拼裝完成后采用500t 汽車吊進(jìn)行整體吊裝，在主梁安裝就位后再安裝次梁及吊柱。汽車吊站位于工地圍墻東側(cè)外圍，消防泵房北側(cè)。汽車吊站位吊裝場(chǎng)地路面已硬化。500t 汽車吊在消防管道保護(hù)區(qū)內(nèi)開行時(shí)下部墊路基箱板擴(kuò)散荷載，500t 汽車吊一側(cè)支腿立于圍護(hù)樁頂，另一側(cè)立于硬化路面。

3.2 施工難點(diǎn)

（1）施工場(chǎng)地小。本工程場(chǎng)地較為狹長(zhǎng)，周圍為市區(qū)道路、密集居民區(qū)以及歷史保留建筑，大型車輛及施工機(jī)械進(jìn)出較為困難。

（2）施工場(chǎng)地周圍管線多。本工程場(chǎng)地周圍存在設(shè)備用房、消防管線等，現(xiàn)場(chǎng)施工限制多，如何在施工前進(jìn)行管線摸排，做好保護(hù)措施是本工程難點(diǎn)之一。

（3）鋼結(jié)構(gòu)噸位大。單根鋼梁重約50t，對(duì)提升設(shè)備的選取、提升設(shè)施的復(fù)核驗(yàn)算以及現(xiàn)場(chǎng)施工方案的制定等要求嚴(yán)格。

4 關(guān)鍵施工技術(shù)

4.1 連廊鋼構(gòu)件現(xiàn)場(chǎng)拼裝

連廊主梁為32.7m，為超長(zhǎng)鋼構(gòu)件，需采用分段運(yùn)輸?shù)姆椒ㄟ\(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)。連廊主梁加工運(yùn)輸分為10.5m、11.7m、10.5m 三段，梁寬800mm，分段重量為16.3t、17.4t、16.3t，分段圖如圖7。

圖7 主梁分段圖

施工場(chǎng)地周圍空間狹小，拼裝場(chǎng)地采用臨時(shí)租借場(chǎng)地的方式設(shè)置在工地圍擋東側(cè)硬化道路上，拼裝場(chǎng)地為33m×5m，滿足構(gòu)件長(zhǎng)度要求。拼裝場(chǎng)地地基采用分層壓實(shí)，鋪設(shè)100mm 厚硬化路面的處理方式，保證地基承載力達(dá)到100kPa。拼裝胎架采用H 型鋼馬凳，每個(gè)馬凳高1m，長(zhǎng)5m，拼裝胎架馬凳采用HN300mm×150mm 型鋼制作。胎架在工廠加工完成，現(xiàn)場(chǎng)采用130t 汽車吊安裝及拆卸胎架。構(gòu)件拼裝采用130t 汽車吊（帶45t 配重）進(jìn)行拼裝，拼裝工況構(gòu)件采用1.2 倍放大系數(shù)，最大吊重為19.56t，最大工作半徑為16m。

圖8 拼裝場(chǎng)地平面圖

圖9 拼裝場(chǎng)地立面圖

圖10 拼裝工況吊裝平面圖

圖11 拼裝工況吊裝立面圖

4.2 連廊主梁整體吊裝分析及驗(yàn)算

連廊主梁整體吊裝采用500t 超起工況進(jìn)行吊裝。汽車吊站位于工地圍墻東側(cè)外圍，消防泵房北側(cè)。汽車吊站位吊裝場(chǎng)地路面已硬化。吊裝施工區(qū)域設(shè)置安全隔離，設(shè)置警示標(biāo)志。

為了減小汽車吊對(duì)消防管道保護(hù)區(qū)地面的影響，采取500t 汽車吊在消防管道保護(hù)區(qū)內(nèi)開行時(shí)下部鋪設(shè)路基箱板進(jìn)行荷載擴(kuò)散。整體吊裝采用500t 汽車吊64t 超起工況進(jìn)行吊裝，吊裝工況構(gòu)件采用1.2 倍放大系數(shù)，最大吊重為60t，最大工作半徑為22m，吊裝時(shí)500t 汽車吊站位為一側(cè)支腿立于圍護(hù)樁頂（支腿下部采用1×5m 路基箱板擴(kuò)散荷載），另一側(cè)立于硬化路面（支腿下部采用2×5m 路基箱板擴(kuò)散荷載）。鋪設(shè)路基箱板時(shí)，路基箱板必須設(shè)置于支腿中心位置，避免地基、路面直接受載。

吊裝前在鋼梁兩側(cè)設(shè)置纜風(fēng)繩，用于吊裝過程中構(gòu)件穩(wěn)定措施，鋼梁落位后與鋼梁兩端支座鋼板點(diǎn)焊固定后，吊機(jī)才可松鉤。

圖12 整體吊裝工況吊裝平面圖

圖13 整體吊裝工況吊裝立面圖

由于主梁長(zhǎng)度約32.7m，為了確保吊裝過程中各項(xiàng)數(shù)據(jù)能滿足規(guī)范要求，用midas GEN 2019 軟件進(jìn)行主梁吊裝過程分析驗(yàn)算，以計(jì)算得出最大應(yīng)力、最大合位移及最大應(yīng)力比等。

最大應(yīng)力為5.3，滿足要求。最大合位移1.37mm，滿足施工要求。最大應(yīng)力比0.027，滿足要求。

模型描述：根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖進(jìn)行CAD 建模；

荷載：結(jié)構(gòu)自重由軟件自動(dòng)計(jì)算；

邊界：吊點(diǎn)處為鉸接支座。

圖14 吊點(diǎn)位置立面圖

圖15 最大應(yīng)力圖

圖16 最大合位移圖

4.3 汽車吊支腿地基承載力驗(yàn)算

整體吊裝時(shí)500t 汽車吊一側(cè)支腿立于圍護(hù)樁頂，另一側(cè)立于硬化路面，需對(duì)地基承載力進(jìn)行驗(yàn)算。取整體吊裝最不利工況驗(yàn)算，即500t 汽車吊自重96t，配重165t，構(gòu)件自重50t，吊裝半徑22m 工況。在吊裝過程中，支腿荷載主要由兩部分組成，N=G1+G2。G1為500t 汽車吊自重和配重，G2為構(gòu)件自重。

圖17 汽車吊平面示意圖

第一部分N1由汽車吊自重和起吊重量產(chǎn)生，可認(rèn)為各支腿平均承擔(dān)。即：

第二部分N2由偏心彎矩M 產(chǎn)生，當(dāng)?shù)醣叟cY 軸成β 角度：時(shí)，偏心彎矩可以分解成X、Y 平面內(nèi)，分量為：

其中力矩：

（1）在Mx作用下，B 為支腿2、4 及支腿1、3 之間的距離，有側(cè)面支腿2、4 及1、3 的支反力共同平衡，各支腿反力為：

（2）在My作用下，A 為支腿3、4 及支腿1、2 之間的距離，有側(cè)面支腿3、4 及1、2 的支反力共同平衡，各支腿反力為：

通過計(jì)算可知，在汽車吊工作時(shí)，當(dāng)?shù)醣叟c水平方向的夾角為45°時(shí)，支腿2 處反力最大，此時(shí)可求得各個(gè)支腿的反力如下所示：

4.3.1 圍護(hù)樁承載力驗(yàn)算

由上述計(jì)算結(jié)果可知：500t 汽車吊整體吊裝過程中，支腿2 反力最大，達(dá)1 317.8kN，支腿2 立于圍護(hù)樁之上，本項(xiàng)目此位置圍護(hù)樁為鉆孔灌注樁，樁徑1 200mm，樁頂上部圍檁梁尺寸1 300mm×800mm；此時(shí)按最不利工況考慮，單個(gè)支腿反力全部作用于一根圍護(hù)樁頂：1 317.8/（0.6×0.6×3.14）=1 165.2kPa；圍護(hù)樁樁頂標(biāo)高-1.8m，樁底標(biāo)高-35.8m，根據(jù)地勘報(bào)告，圍護(hù)樁已打入粉砂層，此土層樁端土極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值為1 500kPa ＞1 165.2kPa，滿足要求。

故現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)汽車吊1、2 支腿下部墊1×5m 路基箱板擴(kuò)散荷載，使支腿荷載向相鄰圍護(hù)樁傳遞，該方法安全可行。

4.3.2 硬化路面承載力驗(yàn)算

由上述計(jì)算結(jié)果可知：500t 汽車吊整體吊裝過程中，支腿3、4 立于場(chǎng)地東側(cè)硬化路面上，最大反力762kN，3、4 支腿下墊2×5m 路基箱板擴(kuò)散荷載，此時(shí)對(duì)地基的荷載為：

故現(xiàn)場(chǎng)此區(qū)域地基分層壓實(shí)，保證地基承載力達(dá)到100kPa，并對(duì)地基承載力進(jìn)行檢測(cè)，壓實(shí)后鋪設(shè)100mm 厚硬化路面，該方法安全可行。

5 結(jié)語

本文介紹了屋面層連廊施工關(guān)鍵技術(shù)，包括在狹小場(chǎng)地的連廊鋼構(gòu)件現(xiàn)場(chǎng)拼裝、連廊主梁整體吊裝分析及驗(yàn)算及汽車吊支腿地基承載力驗(yàn)算。通過Midas 軟件對(duì)施工過程驗(yàn)算等，對(duì)屋面層連廊整體吊裝進(jìn)行分析驗(yàn)算，證明該方法的安全性、合理性及可行性。對(duì)今后狹小場(chǎng)地的超重構(gòu)件吊裝以及重型吊裝機(jī)械使用提供一定的借鑒經(jīng)驗(yàn)。