國內(nèi)目前網(wǎng)架下懸掛吊車的現(xiàn)狀和研究

杜書源

（山東華科規(guī)劃建筑設(shè)計(jì)有限公司，山東 聊城 252000）

0 引言

隨著我國建筑工藝技術(shù)的快速發(fā)展和進(jìn)步，網(wǎng)架施工的方式在我國的民用建筑和工業(yè)建筑中的應(yīng)用變得越來越普遍。尤其是對于工業(yè)建筑而言，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)具有重量輕、剛度大、工期短等眾多優(yōu)勢，能夠顯著節(jié)約工業(yè)建筑的建設(shè)成本和施工難度。并且構(gòu)建的建筑網(wǎng)架，耐用性能好，還可以隨著建筑的需求進(jìn)行靈活的組裝變換。在工業(yè)建筑當(dāng)中對工藝的需求，要在網(wǎng)架結(jié)構(gòu)下懸掛輕量級吊車或者電葫蘆，以便于后續(xù)生產(chǎn)工作的進(jìn)行。網(wǎng)架與懸掛吊車的節(jié)點(diǎn)栓接方式、支座處理、荷載計(jì)算等都是影響網(wǎng)架下懸掛吊車安全和質(zhì)量的關(guān)鍵。而在目前國內(nèi)，對于網(wǎng)架下懸掛吊車的使用范圍又非常寬泛，因此研究相關(guān)的技術(shù)對于促進(jìn)我國工業(yè)建筑的施工發(fā)展具有積極的意義[1]。

1 國內(nèi)應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢

隨著我國科技的發(fā)展和經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展的要求，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)在我國建筑行業(yè)中的地位逐漸提高。這主要是因?yàn)榫W(wǎng)架結(jié)構(gòu)具有以下優(yōu)點(diǎn)。

1.1.1 重量輕

相比起傳統(tǒng)房屋廠房建設(shè)中所使用的梁柱結(jié)構(gòu)或者預(yù)制板房結(jié)構(gòu)，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的突出優(yōu)勢就是重量輕。因?yàn)榫W(wǎng)架結(jié)構(gòu)是采用全鋼材質(zhì)制造組裝而成的，利用螺栓和焊接固定，所以不需要使用水泥混凝土等作為加固手段，這就大大減輕了網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的重量，在建筑施工當(dāng)中，尤其是工業(yè)建筑施工時，重量減輕就意味著施工的成本會降低，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的施工主要工序就是網(wǎng)架地面錯位組裝和高空吊裝，最大的施工成本就是網(wǎng)架自身的成本和吊車安裝及吊裝定位成本。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)施工相比于傳統(tǒng)的混凝土結(jié)構(gòu)施工，既節(jié)約了施工的成本和資源，也節(jié)約了施工的時間。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)能夠快速安裝成功并且投入使用，能夠縮短工業(yè)建筑建設(shè)的工期，加快工程建設(shè)速度[2]。

1.1.2 剛度大

網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的剛度主要由網(wǎng)架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和鋼材質(zhì)以及網(wǎng)架的栓接方式所決定的。從目前國內(nèi)工業(yè)建筑的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)施工建設(shè)情況來看，我國的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)剛度普遍較大，能夠承載一定的懸掛設(shè)備，網(wǎng)架下懸掛吊車也是在這樣的背景下發(fā)展起來。在實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)過程中，往往需要在廠房中安裝吊裝設(shè)備，如輕型吊車和電葫蘆，如果為了安裝吊車再重新搭建鋼梁結(jié)構(gòu)的話，會明顯增加工業(yè)建筑的施工建設(shè)成本，因此將吊車直接安裝懸掛在網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的鋼軌上成為目前國內(nèi)采用的普遍形式。而網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的剛性大是能夠承載懸掛吊車的關(guān)鍵。

1.1.3 便利性強(qiáng)

網(wǎng)架結(jié)構(gòu)懸掛吊車因?yàn)樽陨淼闹亓枯p、造型靈活、安裝施工簡便等優(yōu)勢，在便利上比起傳統(tǒng)的大型塔吊具有更強(qiáng)的屬性。在施工過程中，便利性是影響設(shè)備價值的重要因素之一。對于網(wǎng)架下懸掛吊車，要達(dá)到同等水平的吊裝能力，傳統(tǒng)施工需要使用大型起重設(shè)備才可以實(shí)現(xiàn)，而大型起重設(shè)備的安裝工藝復(fù)雜、施工周期長，并且還涉及許多環(huán)境因素的協(xié)調(diào)與改造，整體便利性遠(yuǎn)低于網(wǎng)架下懸掛吊車。以網(wǎng)架下懸掛吊車的自身屬性而言，建設(shè)吊車的時間只會占據(jù)整個施工周期的極少部分，并且拆裝都較為簡單，環(huán)境適應(yīng)性也更強(qiáng)，可以在不同環(huán)境中根據(jù)需求調(diào)整網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，從而達(dá)到不同的效果，這一優(yōu)勢也是傳統(tǒng)吊車無法滿足的[3]。

1.2 網(wǎng)架下懸掛吊車的適用范圍

網(wǎng)架下懸掛吊車主要應(yīng)用在大中跨，多跨中，因?yàn)榫W(wǎng)架結(jié)構(gòu)具有施工建設(shè)靈活的特點(diǎn)，所以可以拼接建設(shè)較大面積的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，這就使得網(wǎng)架結(jié)構(gòu)可以應(yīng)用在跨度大的工業(yè)建筑中，由于工業(yè)建筑，尤其是流水線廠房，都是很大面積的建筑，如采用混凝土頂板施工，建設(shè)施工的成本和時間會大大增加，大面積混凝土施工還會導(dǎo)致安全風(fēng)險增加，此外，由于工業(yè)生產(chǎn)的技術(shù)在不斷進(jìn)步與更新，工業(yè)廠房的流水線可能會發(fā)生變化，使廠房的功能區(qū)劃會產(chǎn)生差異，而采用網(wǎng)架結(jié)構(gòu)施工的廠房，可以較為簡便地對廠房結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，將廠房的功能分區(qū)進(jìn)行轉(zhuǎn)變。

1.3 國內(nèi)網(wǎng)架下懸掛吊車的應(yīng)用問題

盡管國內(nèi)網(wǎng)架下懸掛吊車的應(yīng)用已經(jīng)較為普遍，但是在實(shí)際的應(yīng)用過程中，仍舊存在著一些問題[4]。

1.3.1 施工建設(shè)技術(shù)不夠先進(jìn)

網(wǎng)架下懸掛吊車的技術(shù)在我國的工業(yè)建筑中應(yīng)用時間已經(jīng)超過了20年，但當(dāng)前使用的網(wǎng)架下懸掛吊車的結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)和20年之前沒有顯著的差異，只是在材料和承重上有了進(jìn)一步的優(yōu)化，并沒有更多有技術(shù)含量的創(chuàng)新，而網(wǎng)架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是影響其使用壽命和承載重量的關(guān)鍵，當(dāng)前網(wǎng)架下懸掛吊車普遍為輕型吊車，所能夠吊運(yùn)的重量也比較小。但是我國的生產(chǎn)技術(shù)在不斷發(fā)展，對于廠房內(nèi)的吊車起重設(shè)備的吊運(yùn)重量要求在不斷提高，因此當(dāng)前國內(nèi)的網(wǎng)架下懸掛吊車在設(shè)計(jì)上還不夠先進(jìn)，逐漸無法滿足我國工業(yè)廠房生產(chǎn)的需求。

1.3.2 施工管理欠缺

網(wǎng)架下懸掛吊車的建設(shè)施工，由于技術(shù)比較簡單且專業(yè)性較強(qiáng)，一般的施工管理人員無法判斷施工建設(shè)的質(zhì)量和問題，所以對于施工建設(shè)的管理較為松懈，主要依靠施工人員的自覺，這就使得在網(wǎng)架下懸掛吊車的建設(shè)過程中存在著一定的建設(shè)松懈和安全隱患，比如某些螺栓沒有擰緊等細(xì)節(jié)問題。而在安裝完成投入使用過后，對于網(wǎng)架下懸掛吊車的管理也存在一定的問題。首先，吊車的高負(fù)荷運(yùn)作會影響網(wǎng)架鋼材的疲勞情況，鋼材在長期的使用過程中會產(chǎn)生疲勞現(xiàn)象，而螺栓等零部件如果長期處于高負(fù)荷的運(yùn)作狀態(tài)下，會產(chǎn)生一定程度的機(jī)械磨損，從而縮短網(wǎng)架下懸掛吊車的使用壽命。再加上在實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)過程中，對于吊車的管理不夠嚴(yán)格，吊車操作員可能出現(xiàn)不標(biāo)準(zhǔn)的操作，或者違規(guī)操作，都會導(dǎo)致網(wǎng)架的性能和使用壽命受到影響。管理欠缺是目前國內(nèi)應(yīng)用網(wǎng)架下懸掛吊車過程中存在的主要問題。對于長期處于高負(fù)荷狀態(tài)下工作的網(wǎng)架下懸掛吊車，需要定期進(jìn)行保養(yǎng)和維護(hù)，以延長吊車的使用壽命，降低事故發(fā)生率，但是在國內(nèi)對于這種維護(hù)保養(yǎng)存在很大的問題，尤其是對于生產(chǎn)任務(wù)重的工廠而言，除硬性規(guī)定的年檢和維護(hù)保養(yǎng)以外，基本上沒有多余的機(jī)器維護(hù)保養(yǎng)，只有發(fā)生設(shè)備故障，影響生產(chǎn)時才會對其進(jìn)行維修保養(yǎng)。這使得設(shè)備的小故障小問題不斷累積，最終導(dǎo)致吊車和網(wǎng)架出現(xiàn)故障，影響其使用壽命[5]。

1.3.3 網(wǎng)架懸掛吊車功能受限

當(dāng)前國內(nèi)應(yīng)用網(wǎng)架下懸掛吊車的另一個問題就是沒有將網(wǎng)架懸掛吊車的優(yōu)勢充分發(fā)揮出來。受到施工材料和施工工藝的限制，目前國內(nèi)所使用的網(wǎng)架懸掛吊車在功能上只是相對普通懸掛吊車和塔吊有一定的優(yōu)勢，但是網(wǎng)架懸掛吊車本身強(qiáng)度大、便利性強(qiáng)的優(yōu)勢沒有充分得到體現(xiàn)，網(wǎng)架懸掛吊車很多時候仍舊被作為傳統(tǒng)吊車的升級版，而不是單獨(dú)的新技術(shù)使用。這種功能上的限制就使得原本利用網(wǎng)架懸掛吊車可以大幅縮短的工期和提高的施工質(zhì)量都沒有完全實(shí)現(xiàn)，工程的整體施工建設(shè)效率并沒有因?yàn)榫W(wǎng)架懸掛吊車的應(yīng)用而得到顯著提升。

2 網(wǎng)架下懸掛吊車的技術(shù)要點(diǎn)

2.1 節(jié)點(diǎn)的連接形式及構(gòu)造處理

在國內(nèi)的網(wǎng)架下懸掛吊車使用最多的是輕級工作制單梁吊車或者電葫蘆，這種吊車的起重范圍通常為1～5t。該類型吊車的軌道為工字鋼梁，而該類吊車與鋼梁的聯(lián)結(jié)方式為先將帶有端板的鋼管與螺栓球焊接在一起，然后用螺栓將端板與工字鋼梁聯(lián)結(jié)起來。這種連接方式最大的優(yōu)勢就是操作簡單，工序十分簡單，不需太多的成本投入，只要焊接和螺栓就可以完成，能夠快速進(jìn)行吊車的懸掛。缺點(diǎn)是這種連接方式的穩(wěn)定性不夠好，尤其是需要水平吊運(yùn)的吊車，采用這種連接方式在水平工作時，會產(chǎn)生很大的次應(yīng)力，從而導(dǎo)致螺栓松動或者機(jī)構(gòu)變形，影響吊車懸掛的使用壽命，嚴(yán)重的甚至?xí)?dǎo)致吊車懸掛脫落，造成嚴(yán)重的安全事故。為解決這個問題，當(dāng)前普遍采用雙螺栓連接方式。即在原有的端板和工字鋼梁連接處加一組螺栓，這樣就能夠提供一定的水平運(yùn)動力，從而減輕水平吊運(yùn)時對端板的次應(yīng)力，能夠較好地保護(hù)吊車懸掛。并且這種連接方式還能夠在水平方向提供輕微的轉(zhuǎn)動和位移，以增加網(wǎng)架下懸掛吊車的工作范圍。

2.2 網(wǎng)架下懸掛吊車的荷載作用機(jī)制

網(wǎng)架下懸掛吊車的荷載作用機(jī)制分為吊車荷載和網(wǎng)架荷載兩個部分，吊車部分的荷載又分為水平荷載和垂直荷載兩個組成部分。在吊車工作的時候，為了將貨物或者材料吊離地面，需要給吊臂施加動力，這主要通過吊車自身的液壓動力系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，而將被吊物體吊起的過程中，物體本身的重力會給吊車施加一個垂直的荷載，這個垂直荷載傳遞到吊臂上，會給吊臂產(chǎn)生一部分水平荷載，而在吊運(yùn)的過程中，物體受到慣性影響，會給吊車施加另一部分水平的荷載。由于吊車和網(wǎng)架是通過鋼質(zhì)端板連接在一起的，鋼質(zhì)端板屬于硬性材質(zhì)，不會對力產(chǎn)生較大的緩沖作用，會直接將吊車受到的力傳遞給鋼梁，再加上鋼梁自身的重力，所以鋼梁也會受到垂直和水平兩種荷載。

對于網(wǎng)架來講，鋼梁的荷載只是網(wǎng)架的下恒荷載的一部分，網(wǎng)架自身由于設(shè)計(jì)和安裝的工藝，以及自身重力，還會受到上弦恒載和上弦活載，還包括下弦恒載，還應(yīng)該考慮前面所述的豎向荷載和水平荷載的作用，并按承載力極限狀態(tài)進(jìn)行荷載效應(yīng)組合，再將設(shè)計(jì)值施加到吊車作用的下弦節(jié)點(diǎn)上。

2.3 節(jié)點(diǎn)疲勞破壞

鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在系統(tǒng)上存在著無可避免的疲勞情況，因?yàn)殇摬氖怯操|(zhì)材料，對受到力的緩沖作用較小，會受到工作過程中各種力的直接影響，而鋼材本身的硬度，彈性限度都是有限的。所以在鋼結(jié)構(gòu)中，必然會出現(xiàn)機(jī)械磨損和材料疲勞。網(wǎng)架下懸掛吊車的性能疲勞主要取決于連接節(jié)點(diǎn)的疲勞性能，因?yàn)殇摿汉途W(wǎng)架的弦梁本身都是采用一體化制造成形，密度均勻，對力的分散作用較好，而節(jié)點(diǎn)的密度不均勻，彼此之間存在縫隙，容易因?yàn)橥饬Χ鴮?dǎo)致節(jié)點(diǎn)疲勞，而節(jié)點(diǎn)的疲勞問題又主要取決于高強(qiáng)螺栓與桿件的連接。

懸掛吊車作用下網(wǎng)架的疲勞破壞主要有以下4種形式：①破壞形式為高強(qiáng)螺栓在栓桿與螺栓球表面下第一個絲扣相咬合的螺紋處斷裂，在第一個絲扣咬合處的螺栓在吊車工作的過的過程中，會受到貨物的重力和水平的次應(yīng)力，高強(qiáng)螺栓的彈性限度非常小，所以在長期高強(qiáng)度的吊運(yùn)工作中，容易超出自身的承受能力而發(fā)生斷裂，這是無可避免的，要解決這個問題只能通過更換高強(qiáng)螺栓的材質(zhì)，選擇更加耐用的材料，或者優(yōu)化端板與螺栓球的聯(lián)結(jié)方式，增加一組螺栓，這樣施加在單組螺栓上的力就會小一些，從而增加高強(qiáng)螺栓的使用壽命。②破壞形式為高強(qiáng)螺栓栓桿根部疲勞斷裂，這種斷裂方式和第一種的原因是差不多的，在實(shí)際的網(wǎng)架下帶懸掛吊車工作過程中，第一種斷裂方式會引起螺栓帽的破壞，而這一種只是栓桿斷裂，更換一個高強(qiáng)螺栓就可以解決。③破壞形式是吊點(diǎn)肋板與底板連接角焊縫疲勞斷裂，在吊車的工作工程中，經(jīng)常需要吊運(yùn)重量較大的物體，受到物體重力的影響，吊點(diǎn)肋板和底板連接角的焊縫可能會發(fā)生疲勞斷裂的情況，取決于焊接材料的選用和焊接工藝，這是焊接組件的系統(tǒng)性疲勞，不能從根本上解決，只能通過更換更好的焊接材料和先進(jìn)的焊接工藝，降低這種疲勞斷裂發(fā)生的頻率，延長焊縫的使用壽命，增強(qiáng)焊縫的連接穩(wěn)定性；④破壞形式是懸掛吊車軌道與吊點(diǎn)的連接的螺栓斷裂，吊車軌道與吊點(diǎn)的連接是通過高強(qiáng)螺栓實(shí)現(xiàn)的，由于吊車經(jīng)常處于高強(qiáng)度工作的狀態(tài)，所以如果不能經(jīng)常性地維護(hù)和保養(yǎng)螺栓，就會發(fā)生吊點(diǎn)螺栓斷裂的問題。

2.4 支座處理

在網(wǎng)架下懸掛吊車中，支座處理主要的目的是為了釋放水平荷載產(chǎn)生的位移。在網(wǎng)架模型的簡化過程中，還是讓豎直方向固定，水平方向?yàn)閺椈芍ё恍枰阎ёO(shè)計(jì)成能夠抵抗水平荷載的模型。通常國內(nèi)的網(wǎng)架下懸掛吊車使用的是板式橡膠墊支座，其具有較好的彈性和足夠的豎向剛度，能夠承受吊車產(chǎn)生的垂直荷載。支座的處理主要就是對支座進(jìn)行嵌合與安裝，將其安裝到吊車合適的位置，并調(diào)整支座的方向形狀和大小。

3 結(jié)語

網(wǎng)架下懸掛吊車在國內(nèi)的應(yīng)用范圍非常廣泛，無論是民用建筑還是工業(yè)建筑都有較多的使用，尤其是工業(yè)建筑中，因?yàn)榫W(wǎng)架結(jié)構(gòu)本身具有重量輕，剛度大和靈活性強(qiáng)的特點(diǎn)，所以能夠適應(yīng)多種工業(yè)建筑的安裝需求。并且因?yàn)樵S多工業(yè)工藝中，都需要使用吊車，而網(wǎng)架下懸掛吊車能夠節(jié)省建設(shè)成本，增強(qiáng)穩(wěn)定性。在國內(nèi)的應(yīng)用比較普及。但是國內(nèi)對于網(wǎng)架下懸掛吊車的技術(shù)還不夠先進(jìn)，管理也存在問題。從技術(shù)上看，網(wǎng)架下懸掛吊車主要涉及節(jié)點(diǎn)連接形式、荷載機(jī)制，疲勞破壞和支座處理4個方面。在今后的網(wǎng)架下懸掛吊車的使用過程中，需要注意這些技術(shù)點(diǎn)，以建設(shè)更有質(zhì)量的工業(yè)建筑。