狹小空間下鋼結(jié)構(gòu)的吊裝方法

陳小東（1.中鐵建設(shè)集團(tuán)有限公司，北京 100040；2.中鐵建設(shè)集團(tuán)華東工程有限公司，江蘇 昆山 215332）

社會(huì)的快速發(fā)展，致使大多數(shù)建筑物的使用功能已無法滿足現(xiàn)狀使用要求，因此改建工程和擴(kuò)建工程日益增多。鋼結(jié)構(gòu)具有自重輕、施工速度快、工業(yè)化程度高、對現(xiàn)有建筑物使用干擾小等優(yōu)點(diǎn)，使其成為改擴(kuò)建工程中應(yīng)用較為廣泛的結(jié)構(gòu)。但改擴(kuò)建工程中一般存在施工場地狹小，無法使用常規(guī)機(jī)械進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)吊裝作業(yè)現(xiàn)象，因此施工過程中常常會(huì)結(jié)合現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境特點(diǎn)，發(fā)明使用一些自制的吊裝裝置。

1 工程概況

某高鐵站房進(jìn)行改擴(kuò)建，改擴(kuò)建中原建筑物與新建筑物之間通過設(shè)置鋼連廊進(jìn)行連通。本連廊鋼梁均為 H 型鋼梁，大部分長度為 6.6 m 左右，重量約為 2 t，其中最重的鋼梁截面形式為 H 600×200×12×16，長度為 11.7 m，重量為 3.21 t。連廊梁上鋼柱均為矩形方鋼管，其截面形式主要為 BOX 200×200×14×14，長度約為 3.72 m，重量約為330 kg。鋼梁截面形式見表 1。

表1 鋼梁截面形式

2 研究背景

原建筑物圍護(hù)結(jié)構(gòu)為幕墻玻璃，且原建筑物與新建建筑物在 0 m 標(biāo)高處距離僅為 2.4 m，無法使用汽車吊進(jìn)行吊裝。為保證原建筑物使用安全，保證旅客生命安全，減少施工對現(xiàn)有站房使用的影響，項(xiàng)目部特針對此種工況發(fā)明設(shè)置了一種適合在狹小空間下的吊裝裝置。

3 裝置原理

3.1 吊裝裝置設(shè)計(jì)原理

原建筑物與新建建筑物之間距離較小，無法使用常規(guī)的機(jī)械吊裝，且鋼連廊上方無施工吊點(diǎn)，綜合以上情況，現(xiàn)場考慮采用 5 t 卷揚(yáng)機(jī)作為動(dòng)力系統(tǒng)，并自制鋼扒桿作為鋼構(gòu)件的吊點(diǎn)，形成一種鋼扒桿吊裝裝置。

鋼扒桿采用兩根截面尺寸為 Φ219 mm×16 mm，材質(zhì)為 Q345B 的圓鋼管通過坡口全熔透焊縫焊接成一個(gè)形狀類似“7”的簡易鋼扒桿，圓鋼管根部通過銷軸(φ 30）與現(xiàn)有樓板埋件上的耳板連接，耳板厚度為 2 cm，耳板與埋件采用坡口全熔透焊接。鋼扒桿在吊裝中通過 5 t 手拉葫蘆與現(xiàn)有結(jié)構(gòu)鋼梁連接固定，起到調(diào)節(jié)角度和固定作用，兩側(cè)拉設(shè)纜風(fēng)繩，扒桿活動(dòng)的角度為 60o～85o 之間。通過有限元計(jì)算，“鋼扒桿”吊裝裝置最大起重重量為 3.2 t。圖 1 為鋼扒桿結(jié)構(gòu)形式，圖 2 為鋼扒桿根部與下部樓板連接節(jié)點(diǎn)圖。

圖1 鋼扒桿結(jié)構(gòu)形式

圖2 鋼扒桿根部與下部樓板連接節(jié)點(diǎn)圖

4.2 吊裝裝置可行性分析

4.2.1 桿件受力分析

采用有限元軟件 Midas 建模，且對扒桿仰角 60° 和 85° 均建立了對應(yīng)的模型，扒桿采用 Q345B 級 P 219×16 圓管，荷載考慮結(jié)構(gòu)自重 DL 與吊物產(chǎn)生重量 LL，荷載組合考慮 1.3DL＋1.5LL；鋼扒桿仰角 60° 時(shí)最大應(yīng)力為 241.1 N/mm2，最大設(shè)計(jì)應(yīng)力比分布為 0.80，拉索軸力為 49.5 N，底腳最小反力 FX=84.17 kN，F(xiàn)Y=0.11 kN，F(xiàn)Z=111.37 kN，F(xiàn)XYZ=139.60 kN，底腳最大反力 FX=84.17 kN，F(xiàn)Y=0.11 kN，F(xiàn)Z=111.37 kN，F(xiàn)XYZ=139.60 kN；鋼扒桿仰角 80° 時(shí)最大應(yīng)力為 210.6 N/mm2，最大設(shè)計(jì)應(yīng)力比分布為 0.66，拉索軸力為 44.1 N，底腳最小反力 FX=54.02 kN，F(xiàn)Y=0.08 kN，F(xiàn)Z=133.26 kN，F(xiàn)XYZ=143.79kN，底腳最大反力 FX=54.02 kN，F(xiàn)Y=0.08 kN，F(xiàn)Z=133.26 kN。

圖3 鋼扒桿受力模型圖

根據(jù)模型分析，拉索的承載力需在考慮安全系數(shù)后 ≥5 t；采用 Q 345 B 級 P 219×16 圓管作為扒桿可滿足強(qiáng)度和穩(wěn)定要求；拉索所生根的主鋼結(jié)構(gòu)可滿足強(qiáng)度和穩(wěn)定要求；扒桿底部傳遞于樓板的最大作用力設(shè)計(jì)值為水平力 Fx=84.2 kN，豎向力 Fz=133.3 kN，兩者屬于不同的工況。

4.2.2 樓板承載力校核

根據(jù)第 4.2.1 節(jié)分析，已知扒桿將傳遞水平力和豎向力于樓板，且由于銷軸與樓板間存在 90 mm 的高差及樓板自身厚度 150 mm，因此水平力將對樓板產(chǎn)生的彎矩，扒桿仰角60° 時(shí)：Ma 1=84.2×(90＋150/2）/1 000=13.9 kN.m。扒桿仰角 85° 時(shí)：Mb 1=54.0×(90＋150/2）/1 000=8.91 kN.m。

扒桿通過耳板與端板傳遞于樓板，端板寬度為 250 mm，端板中心距樓板邊緣 600 mm，樓板跨度為 2 m，則根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB50009-2012)，可確定局部荷載的有效分布寬度為：b= bcy＋0.7l =250＋150＋0.7×2 000=1 800 mm；豎向力對樓板產(chǎn)生的絕對最大彎矩，扒桿仰角 60° 時(shí)：Ma 2=111.4×0.6×1.4/2=46.8 kN.m；仰角85° 時(shí)：Mb 2=133.3×0.6×1.4/2=56.0 kN.m。

則兩者彎矩組合，樓板承受的最大絕對彎矩為：

M=56.0＋8.91/2=60.5 kN.m

樓板為壓型鋼板組合樓板，壓型鋼板采用 YX 65-170-510-0.91，板底于每肋間配置一根 φ14，板頂配置雙向 φ 14 @ 150 鋼筋。偏于安全壓型鋼板受力僅考慮底部平直部分的鋼板，則 1.8 m 寬度樓板的彎矩承載力為：

可見樓板承載力滿足要求。

5 吊裝流程

在現(xiàn)有完成 13.6 m 混凝土樓面上設(shè)置四個(gè)“鋼扒桿”，位置與構(gòu)件吊點(diǎn)位置在一條直線上，扒桿吊裝過程中只作為垂直運(yùn)輸及吊裝的吊點(diǎn)（左右方向不移動(dòng)），左右兩個(gè)側(cè)方向通過雙向纜風(fēng)繩保持固定。

單個(gè)鋼平臺分成三到四個(gè)分段進(jìn)行吊裝，吊裝采用單點(diǎn)吊裝，構(gòu)件從下個(gè)樓層平面直接垂直起吊，起吊及構(gòu)件平移過程中，左右兩側(cè)通過人工拉設(shè)纜繩保證構(gòu)件不在空中回旋，最大分段吊重 3.2 t，具體詳見圖 4。

圖4 鋼連廊吊裝平面示意圖

步驟一：從 0 m 層搭設(shè)操作腳手將 4 號連廊的埋件種植在 T2 登機(jī)長廊的 4.2 m 層的混凝土梁上，并安裝鋼牛腿和單向滑移支座。操作腳手的步距為 1.5 m，縱距為 1.8 m，橫距為 1.2 m。

步驟二：在 13.6 m 層樓板上安裝 4 個(gè)鋼扒桿，進(jìn)行4.2 m 層連廊框架的下部鋼框架吊裝，先將主梁吊裝就位，然后根據(jù)次梁吊點(diǎn)位置調(diào)節(jié)鋼扒桿的角度進(jìn)行次梁吊裝作業(yè)。吊裝完成后在其平臺鋼梁上搭設(shè)操作腳手，進(jìn)行 4.2 m層上部鋼框架吊裝。

步驟三：在已吊裝完成的 4.2 m 層連廊框架的上部鋼梁上搭設(shè)操作腳手進(jìn)行 13.6 m 層連廊框架的吊裝，先將主梁吊裝就位，然后根據(jù)次梁吊點(diǎn)位置調(diào)節(jié)鋼扒桿的角度進(jìn)行次梁吊裝作業(yè)。鋼結(jié)構(gòu)全程施工過程中，采用石棉布對原建筑物玻璃進(jìn)行保護(hù)工作。壓型鋼板待上下兩個(gè)連廊吊裝完成后，腳手拆除后鋪設(shè)。

圖5 施工示意圖

6 結(jié) 語

根據(jù)本工程空間狹小且鋼連廊上部無吊點(diǎn)的特點(diǎn)，項(xiàng)目部采用這種可旋轉(zhuǎn)的鋼扒桿吊裝裝置代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機(jī)械進(jìn)行吊裝，這種裝置具有可拆卸、吊點(diǎn)位置可調(diào)節(jié)、移動(dòng)方便、循環(huán)使用等特點(diǎn)，有效的解決了場地狹小無法使用汽車吊吊裝的問題，保證了施工工期，也減少了吊裝機(jī)械成本。

這種裝置的應(yīng)用為日后相似工程的吊裝作業(yè)提供了一定的借鑒意義。