高空钢桁架整体吊装可行性研究孙攀

高空钢桁架整体吊装可行性研究孙攀

孙攀

江苏华美建设投资集团有限公司建筑分公司江苏徐州221000

摘要：现如今，钢桁架因其跨度大，施工工期较短等优点已经被广泛的应用到了工业建筑之中。虽然钢桁架的施工技术已经相当成熟，但因其自重大，高空作业量多等特点，仍然需要对钢桁架的吊装施工过程进行严格的控制，本文以某热电厂输煤系统钢栈桥吊装施工为例，通过吊装验算及施工过程控制，验证钢桁架整体吊装可行性。

关键词：钢桁架高空作业吊装验算整体吊装

1工程概况

某热电厂输煤系统采用钢桁架结构，共包括三跨桁架和三个支架柱。

桁架：第一跨桁架下支座标高为30.213m，上支座标高为36.335m，跨度为25.5m，宽度6.6m，重量约46T；第二跨桁架下支座标高为36.839m，上支座标高为45.098m，跨度为34.5m，宽度6.6m，重量约62T；第三跨下支座标高为46.803m，上支座标高为50.439m，跨度为15.145m，宽度6.6m，重量约26T。

支架柱：第一根支架柱高度约为35m，重量约为93T；第二根支架柱高度约42m，重量约为80T，第三根支架柱高度约为52m，重量约为182T。

考虑到汽车吊的灵活性及适用性强的特性，本次吊装采用两台汽车吊进行施工，双机吊装时，需考虑到抗臂问题，应按下图方法计算所需吊车最短臂长，然后根据吊车起重性能验算选择长度及回转半径，每段钢桁架的施工作业使用的起重机均应根据最不利的施工条件进行选择。

2钢桁架吊装验算

吊装机械的选择是本工程施工的重点，是保证吊装安全的重要因素，对吊装安全性进行验算也是现场施工的重要保障。本文选取跨度及重量最大的第二跨桁架进行验算。

2.1确定钢桁架吊装施工高度

（1）汽车吊钢丝绳与挂钩长度：D1=3.5m

（2）吊点为桁架上弦，因此取桁架高度：D2=5.6m

（3）钢桁架经停时距连接牛腿距离：D3=1m

（4）地面至牛腿上支座距离：D4=45.098m

（5）汽车吊高度D5=3m

即可得构件吊装高度：

H=D1+D2+D3+D4-D5=52.198m

2.2确定钢桁架重量

（1）吊钩及吊耳重量T1=3T

（2）钢桁架重量T2=62T

吊车起重重量：

T=T1+T2=65T

因采用双机进行抬吊，每台吊车承担重量为32.5T，依照规范考虑多台起重机抬吊时不均匀分配系数1.2，即每台吊车实际承担重量为39T。

2.3汽车吊选择

考虑到现场场地实际工业面条件，汽车式起重机回旋半径R=12m，即吊装角度：tanθ=H/R=4.35，即θ=77°，吊臂伸长：L=R/cos77=53.3m。

徐工400T汽车式起重机装配120T平衡重起重性能表

据吊车性能起重表，吊车在臂长57.4m，工作半径12m的情况下理论可吊起重量为39.8T＞39T，即2台QAY400T配重120T的汽车吊满足施工需求。

2.4钢丝绳的选择

此段钢桁架考虑不均匀系数1.2，即吊装重量按照78T进行计算，每台吊车拥有两个吊点，两条钢丝绳之间的夹角约为60°，据下式可知每根钢丝绳在吊装时所受的拉力：

G=Q/（n*cosα）=390/（2*cos30°）=225KN

钢丝绳断裂拉力ΣS0可执行下式，即：

ΣS0=G×K/B=225*6/0.82=1646KN

G--每根钢丝绳所受的拉力（kN）；

K--钢丝绳使用安全系数，取K为6。

B---考虑钢丝绳之间荷载不均匀系数0.82。

破断拉力：1646*102.04=167957.84kg

钢丝绳选用受力表

简支梁受理及弯矩示意图

根据钢丝绳的力学性能表选择6*37系列钢芯钢丝绳，钢丝绳公称抗拉强度为170kg/mm2，直径≥17.5mm。

2.5吊装焊缝计算

吊点所受荷载为390KN，吊耳采用60mm厚钢板制作，即焊脚高度为15mm，Q345的钢材焊缝强度为200N/mm2，计算焊缝强度：

L=390000/（2*15*200）=65mm

实际施工中，为使安全系数更高，吊耳焊缝长度取：L=200mm。

2.6吊装位置计算

双机抬吊，钢桁架吊装受力可以简化为简支梁计算，受均布荷载作用，左右吊点弯矩应与中心弯矩值相等。

MA=MB=MC

MA=MB=qL2/2

MC=q（L+2x）2/2-qL2/2

简化公式可知X=（1.414L-L）/2，即X=0.207L，本工程，桁架跨度34.5m，即吊点位置选在X=7.1415m，吊装稳定。

3支架柱吊装验算

本项目第三根支架柱高度约52m，总重量约182T，为此工程支架柱中最高、最重段，因此选取此支架柱进行验算。

计划对该支架柱分两段进行地面拼装，然后依次吊装，于空中进行对接，下段高度按32m计算，重量约为112T，上段重量约70T。

考虑到下段支架柱施工难度较大，我们决定采用三机抬吊法，采用两台主机及一台辅机，两台主机主要是承受支架柱的重量并将支架柱吊装就位，辅机的作用即在起吊时辅助支架柱立起，在支架柱立起后即可撤走辅机，由两台主机将支架柱就位。上段支架柱验算与下段支架柱类似，因此本文仅验算下段支架柱吊装的可行性。

3.1确定支架柱吊装施工高度

汽车吊钢丝绳与挂钩长度：D1=3.5m

吊点为下段支架柱上端，因此取下段支架柱高度：D2=32m

汽车吊高度：D3=3m

即可得构件吊装高度：

H=D1+D2-D3=32.5m

3.2确定下段支架柱重量

吊钩及吊耳重量：T1=3T

钢桁架重量：T2=112T

吊车起重重量：

T=T1+T2=115T

因采用双机进行抬吊，每台吊车承担重量为57.5T，依照规范考虑多台起重机抬吊时不均匀分配系数1.2，即每台吊车实际承担重量为69T。

3.3汽车吊选择

根据现场实际作业面条件，吊车回旋半径R=12m，即吊装角度tanθ=H/R=2.7，即θ=70°，吊臂伸长L=R/cos70=35m。

徐工400T汽车式起重机装配120T平衡重起重性能表

吊车在臂长36.4m，工作半径12m的情况下理论起吊重量为78T＞69T，即2台QAY400T配重120T的汽车吊满足施工需求，下部辅机因仅用于辅助就位不承重，因此可选择50T汽车吊进行作业。

3.4钢丝绳的选择

此段钢桁架考虑不均匀系数1.2，即吊装重量按照112T进行计算，每台吊车拥有两个吊点，两条钢丝绳之间的夹角约为60°，据下式可知每根钢丝绳在吊装时所受的拉力：

G=Q/（n*cosα）=560/（2*cos30°）=323KN

钢丝绳断裂拉力总和可执行下式，即：

ΣS0=G×K/B=323*6/0.82=2365.8KN

G--每根钢丝绳所受的拉力（kN）；

K--钢丝绳使用安全系数，取K为6。

B---考虑钢丝绳之间荷载不均匀系数0.82。

破断拉力2365.8*102.04=241406.23kg

钢丝绳选用受力表

根据钢丝绳的力学性能表选择6*37系列钢芯钢丝绳，钢丝绳公称抗拉强度为170kg/mm2，直径≥65mm。

因下段支架柱上端要与上段支架柱下端进行焊接，所以吊装不设置吊耳，钢丝绳直接绑扎在支架柱上，采用护角器避免钢丝绳与钢构件直接接触，以防止钢构件过重导致钢丝绳断裂或支架柱变形。

4施工工艺

本项目钢制输煤栈桥施工采用地面拼装，然后整体吊装的施工工艺。对钢构件应进行编号，分类堆放整齐，在施工前应复核土建基础地脚螺栓及预埋件的尺寸，基础间应弹出中心线，作为以免安装时出现偏差。

钢制输煤栈桥采用25T汽车吊于地面组装时辅助施工，在钢桁架组装完毕之后，用上述方法确定吊点的位置并于桁架上弦焊接吊耳，两台400T汽车式起重机同时起吊，将桁架水平吊起至离地面约2m处进行试吊，然后提升至5m处，将桁架调整平衡，最后抬升至支架柱牛腿位置处，人员在做好安全防护的前提下，于牛腿安装滑动支座，待钢桁架就位后进行焊接作业。

支架柱上、下段均在地面拼装完毕，然后首先起吊下段支架柱，至支架柱完全立起后，撤离辅机50T汽车吊，支架柱下端与基础上地脚螺栓连接，人员于下部先进行栓接作业，然后进行焊接固定，待焊接冷却后，解开吊绳，然后吊装支架柱上段，支架柱上段与下端支架柱对齐后施工人员进行焊接作业。

5结语

吊装作为钢桁架施工的重中之重，应科学、严密的进行吊装计算，本工程通过对吊装机具选择、吊点及焊缝等验算，确定了钢桁架整体吊装的可行性，大幅度提高了吊装的安全性，对类似工程的施工具有一定的参考价值。

参考文献：

《钢结构工程施工规范》GB50755-2012中国建筑工业出版社

《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205-2001中国建筑工业出版社

《钢结构设计规范》GB50017-2003中国建筑工业出版社

《实用钢铁材料便查手册》中国电力出版社

作者简介：孙攀（1992-），男，江苏省徐州市人，2014年毕业于徐州工程学院，现为江苏华美建设投资集团有限公司建筑分公司助理工程师。