大跨度斜坡鋼屋架雙機抬吊施工工藝

□文/楊金凱 李鑫博

大跨度斜坡鋼屋架雙機抬吊施工工藝

□文/楊金凱 李鑫博

文章結(jié)合工程實例介紹了大跨度鋼屋架雙機抬吊工藝及施工過程中需要注意的事項，同時通過兩種吊裝方式進行同步安裝，對保證鋼屋架施工質(zhì)量和設(shè)計目標的實現(xiàn)起到事前控制作用。

鋼結(jié)構(gòu)；大跨度；坡度；雙機抬吊

1　工程概況

黃驊港綜合港區(qū)冀海散雜貨碼頭工程位于黃驊港綜合港區(qū)內(nèi)，其用于儲存品種大豆的倉庫為66 m跨鋼屋架散裝單層平房倉，占地面積11 928.89 m2，建筑高度22.3 m，有效倉容12.5萬m3，其結(jié)構(gòu)形式為鋼筋混凝土剪力墻＋排架，其中屋面為斜坡鋼排架結(jié)構(gòu)，共60榀。屋面鋼桁架上檐口高度22.000 m，下檐口高度為7.500 m，坡度約為24°，跨度為30 m，見圖1。單榀鋼桁架最大質(zhì)量約3.3 t，雙榀鋼桁架最大質(zhì)量約8 t。屋面采用單層壓型鋼板保溫隔熱，面積共12 194 m2。

圖1　單榀桁架結(jié)構(gòu)剖面

2　鋼屋架吊裝特點分析

1）平房倉單榀屋架吊裝吊重較輕，但最大吊裝高度達到22 m，吊裝高度較高。

2）由于平房倉鋼屋架上檐口標高為22.000 m，下檐口標高為7.500 m，高差14.5 m，單榀屋架吊裝傾斜角度為24°。汽車吊選用為本次鋼結(jié)構(gòu)吊裝的重點。

3）吊裝過程汽車吊易發(fā)生傾覆、歪斜，同時若鋼絲繩抗拉強度無法滿足施工要求，容易發(fā)生吊裝構(gòu)件墜落傷人，為保證桁架結(jié)構(gòu)吊裝安全，需驗算地基承載力、鋼絲繩安全系數(shù)等。

4）平房倉屋面鋼桁架安裝過程是由平面體系向空間體系轉(zhuǎn)換的過程。在施工過程中分階段連接各榀桁架的系桿、水平支撐等形成多冗余的的空間結(jié)構(gòu)體系。

3　鋼結(jié)構(gòu)吊裝總體安排

3.1機械選型

1）鋼結(jié)構(gòu)堆放場地桁架拼裝選用2臺25 t汽車吊。

2）單榀桁架吊裝時，廒間內(nèi)選用70 t汽車吊1臺，山墻外選用25 t汽車吊1臺。將桁架吊裝到位，見圖2和圖3。

圖2　汽車吊平面布置

圖3　汽車吊立面布置

3）雙榀桁架吊裝時，廒間內(nèi)選用70 t汽車吊1臺，山墻外選用70 t汽車吊1臺。將桁架吊裝到位，見圖4和圖5。

圖4　汽車吊平面布置

圖5　汽車吊立面布置

4）系桿安裝采用2臺25 t汽車吊，汽車吊布置在平房倉山墻外和相鄰廒間內(nèi)，兩側(cè)分別吊裝，見圖6。

圖6　系桿吊裝平面布置

5）起吊吊索安全性計算。2臺70 t汽車吊吊裝雙榀鋼桁架時，采用四點起吊。使用2根鋼絲繩，按照結(jié)構(gòu)四角節(jié)點起吊，起吊總質(zhì)量8 t，單根鋼絲繩長為14 m，鋼絲繩與構(gòu)件水平夾角65°，假定單根鋼絲繩受力按照8 t計算，最大受力為1.7 t。選用抗拉強度為185 000 N/mm2,鋼絲繩斷裂拉力16.5 t，最小選用公稱直徑為15.5 mm的鋼索。

3.2場地安排

鋼結(jié)構(gòu)進場前，平房倉周邊鋼結(jié)構(gòu)存放及加工場地共設(shè)置3處，分別在東側(cè)臨邊設(shè)置2處，距平房倉6 m，尺寸均為40 m×15 m；西側(cè)設(shè)置1處，在設(shè)備存放場地西側(cè)，尺寸為50 m×30 m，預(yù)先將拼裝場地清理干凈并整平。同時平房倉東西兩側(cè)沿線10 m范圍內(nèi)及4個廒間內(nèi)進行雙榀屋架組裝，見圖7。汽車吊行走及吊裝占位區(qū)域采用500 mm厚3∶7灰土處理、壓實，壓實系數(shù)≮0.93。

圖7　鋼結(jié)構(gòu)加工場地布置

3.2.1計算依據(jù)

1）根據(jù)GB50007—2011《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》的要求

式中：Pk為相應(yīng)于荷載效應(yīng)標準組合時，基礎(chǔ)底面處的平均壓力值，kPa；fa為修正后的地基承載力特征值，根據(jù)地質(zhì)報告，fa=100 kPa；Fk為相應(yīng)于荷載效應(yīng)標準組合時上部結(jié)構(gòu)傳至基礎(chǔ)頂面的豎向力值，平房倉雙榀鋼桁架鋼結(jié)構(gòu)取吊裝最大質(zhì)量8 t，250 t履帶吊最大配重時自質(zhì)量為45 t；Gk為基礎(chǔ)自重和基礎(chǔ)上的土重，kN；A為基礎(chǔ)底面面積，根據(jù)汽車吊支腿墊板參數(shù)，70 t汽車吊與地面接觸面為1 m×1 m×4 m。

2）70 t汽車吊所需承載力，計算得Pk=（45+8）× 10/（1×1×4）=132.5（kPa）＞100 kPa。因此，原地面遠遠無法滿足汽車吊行駛及吊裝的承載力要求，必須采用灰土進行換填處理。

3.2.2灰土換填厚度驗算

1）計算依據(jù)。根據(jù)GB50007—2011及JGJ 79—2012《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》相關(guān)要求，換填厚度z應(yīng)根據(jù)需置換軟弱土的深度或下臥土層的承載力確定并符合式（3）要求

式中：pz為相應(yīng)于荷載效應(yīng)標準組合時，墊層地面處的附加壓力值，kPa；pcz為墊層底面處土的自重壓力值，kPa；faz為墊層底面處經(jīng)深度修正后的地基承載力特征值，kPa。

墊層底面處的附加壓力值pz可分別按式（3）和式（4）計算

式中：b為矩形基礎(chǔ)或條形基礎(chǔ)底面的寬度，m；l為矩形基礎(chǔ)底面的長度，m；Pk為相應(yīng)于荷載效應(yīng)標準組合時，基礎(chǔ)底面處的平均壓力值，kPa；pc為基礎(chǔ)底面處土的自重壓力值，kPa；z為基礎(chǔ)底面下墊層的厚度，m；θ為墊層的壓力擴散角，（°），宜通過試驗確定，當(dāng)無試驗資料時，可按表1采用。

表1　壓力擴散角θ

2）70 t汽車吊換填厚度驗算。汽車吊在平房倉外側(cè)起吊8 t構(gòu)件時，取換填厚度0.5 m，pz=[1×1×（132.5-20×0.5）]/[（1+2×0.5×tg28）×（1+2×0.5×tg28）]=122.5/ 2.35=52（kPa），pcz=20×0.5=10（kPa）。

faz=fa+ηdγm（d+z-0.5）=100+1×20×（0.5+0.5-0.5）=110（kPa）

式中：ηd為基礎(chǔ)寬度和埋深的地基承載力修正系數(shù)，取1.0；γm為基礎(chǔ)底面以上土的加權(quán)平均重度，取20 kN/m3；z為換填厚度，取0.5 m；d為埋深，m。

pz+pcz=52+10=62（kPa）＜faz

因此，當(dāng)采用70 t汽車吊吊裝鋼結(jié)構(gòu)時，換填0.5 m可滿足要求且70 t汽車吊站位位置鋪設(shè)至少2 cm厚鋼板，保證履帶吊吊裝時地基承載力滿足要求。

3.3空間安排

3.3.1施工階段安排

平房倉安裝過程中按照單個廒間依次施工，東、西兩側(cè)鋼結(jié)構(gòu)堆放場地分別提供東、西兩側(cè)廒間的鋼結(jié)構(gòu)拼裝與焊接。鋼桁架按照4個階段安裝，分2種方式進行，即單榀桁架吊裝、雙榀組裝吊裝。單榀桁架吊裝每個階段使用1臺70 t汽車吊和1臺25 t汽車吊，雙榀組裝吊裝每階段使用2臺70 t汽車吊，施工順序見圖8。

3.3.2平房倉二次倒運

吊裝時，為保證吊裝工效及桁架吊裝角度，預(yù)先使用70 t汽車吊將拼裝好的鋼結(jié)構(gòu)倒運至廒間內(nèi)，見圖9。

圖8　平房倉施工階段安排

3.3.3吊裝順序

平房倉單廒間內(nèi)桁架吊裝按照從內(nèi)向外吊裝，桁架吊裝完成5～6榀后，開始安裝系桿，系桿安裝采取流水施工，吊裝使用2臺25 t汽車吊進行，廒間內(nèi)焊工使用曲臂升降機頂升至桁架節(jié)點處焊接施工。

4　雙機抬吊工藝

施工工藝流程見圖10。

4.1加工場地選擇

鋼結(jié)構(gòu)進場前，平房倉周邊鋼結(jié)構(gòu)存放及加工場地共設(shè)置3處，分別在東側(cè)臨邊設(shè)置2處，西側(cè)設(shè)置1處，在設(shè)備存放場地西側(cè)，預(yù)先將拼裝場地清理干凈并整平。同時平房倉東西兩側(cè)沿線10 m范圍內(nèi)及4個廒間內(nèi)進行雙榀屋架組裝。

4.2鋼結(jié)構(gòu)拼裝

平房倉每個廒間頂部屋架15榀，共計60榀，每榀長度32.355 m。考慮運輸及安裝要求，每榀屋架分為3段進場，在現(xiàn)場鋼結(jié)構(gòu)場地進行預(yù)拼裝。每處鋼結(jié)構(gòu)場地設(shè)置拼裝平臺，采用300 mm×175 mmH型鋼作為平臺架，見圖11。預(yù)拼裝時應(yīng)保證屋架總長及起拱尺寸要求，保證拼裝焊接質(zhì)量。

圖10　平房倉施工工藝流程

圖11　拼裝平臺平面布置

4.3鋼結(jié)構(gòu)屋架倒運及吊裝

4.3.1單榀屋架吊裝方案

按照4個廒間工作面進行屋架安裝，采用70 t汽車吊將整榀屋架倒運至廒間內(nèi)。在倒運過程中，確保整榀屋架鋼結(jié)構(gòu)不碰撞平房倉土建等成品結(jié)構(gòu)。

屋架安裝時采用1臺25 t汽車吊和1臺70 t汽車吊配合吊裝。計劃平房倉外安排1臺25 t汽車吊，廒間內(nèi)安排1臺70 t汽車吊。2臺汽車吊將屋架吊起，隨后廒間內(nèi)70 t汽車吊將屋架抬高，進行屋架就位。安裝第一榀屋架時，在松開吊鉤前進行初步校正；對準屋架支座中心線及定位軸線定位，調(diào)整屋架垂直度，將屋架支座螺栓緊固。第二榀屋架同樣方法吊裝就位好后，兩側(cè)系桿安裝，用以固定兩榀屋架，隨后流水施工，將各廒間頂部屋架安裝完成。

4.3.2雙榀屋架組裝吊裝方案

鋼結(jié)構(gòu)屋架在平房倉廒間內(nèi)及平房倉東西兩側(cè)25 m寬沿線范圍內(nèi)進行雙榀組合拼裝，將兩榀屋架間的系桿、水平及垂直支撐、檁條進行地上安裝。雙榀組裝吊裝總質(zhì)量約8 t。

雙榀屋架安裝時采用2臺70 t汽車吊配合吊裝。計劃平房倉外安排1臺70 t汽車吊，廒間內(nèi)安排1臺70 t汽車吊。兩臺汽車吊將屋架吊起，隨后廒間內(nèi)70 t汽車吊將雙榀屋架抬高，進行屋架就位。在汽車吊松開吊鉤前進行初步校正；對準屋架支座中心線及定位軸線定位，調(diào)整屋架垂直度，將屋架支座螺栓緊固。

4.4檁條、支撐系統(tǒng)安裝

每個廒間頂部屋架安裝完成5～6榀后，可開始進行檁條、系桿及水平支撐等的安裝。采用2臺25 t汽車吊進行檁條、系桿的同步安裝，隨后進行水平支撐的安裝。檁條吊運時，采用多件同時吊運。水平支撐為單桿件進場，在安裝前需進行預(yù)拼裝，待拼裝件驗收合格后，利用25 t汽車吊進行4點起吊，及時固定安裝。水平系桿采用汽車吊將水平系桿運送至屋面底部，操作工人在曲臂升降機上安裝水平系桿。

5　結(jié)語

目前鋼結(jié)構(gòu)在工業(yè)建筑中被大量應(yīng)用，但是由于其體積大、質(zhì)量重，所以大型鋼結(jié)構(gòu)的吊裝成為鋼結(jié)構(gòu)施工中的重點。為保證鋼結(jié)構(gòu)安全、快捷的施工，在吊裝過程中必須充分考慮鋼結(jié)構(gòu)的吊裝方式及合理的安全保證措施，確保在不影響周邊建筑及施工安全的情況下，順利完成鋼結(jié)構(gòu)吊裝。

本文結(jié)合實際工程，通過對場地空間條件、吊裝的選型及安全驗算、整體的吊裝順序等的周密安排，確保平房倉大跨度鋼屋架在安全、快捷的條件下順利完成。

[1]吳現(xiàn).鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架的分塊吊裝工藝及其應(yīng)用[J].福建工程學(xué)院學(xué)報，2010，(S1)：168-170.

[2]郝軍和，郝志敏.大跨度鋼結(jié)構(gòu)桁架整體拼裝施工雙機抬吊技術(shù)[J].包鋼科技，2010，36（6）：69-71.

[3]田軍果.大跨度鋼屋架雙塔機抬吊吊裝施工技術(shù)[J].施工技術(shù)，2008，(S1)：306-308.

□DOI編碼：10.3969/j.issn.1008-3197.2016.05.005

□李鑫博/中交一航局第四工程有限公司。

□TU758.11

□C

□1008-3197（2016）05-13-04

□2016-05-04

□楊金凱/男，1985年出生，工程師，中交一航局第四工程有限公司，從事港口與航道工程施工管理工作。