鋼結(jié)構(gòu)廠房吊裝作業(yè)鋼絲繩選型分析

劉 航

（中鐵十四局集團(tuán)房橋有限公司，北京）

1 背景

根據(jù)國家市場(chǎng)監(jiān)管總局關(guān)于2022 年全國特種設(shè)備安全狀況的通告內(nèi)容，全國起重機(jī)械事故發(fā)生25起，死亡23 人，位列特種設(shè)備事故起數(shù)的第二位。公司作為預(yù)制構(gòu)件混凝土生產(chǎn)企業(yè)，生產(chǎn)過程大多在工廠內(nèi)完成，主要的作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)為起重吊裝、臨時(shí)用電、營(yíng)區(qū)消防等，尤其是吊裝作業(yè)因其每日工作使用時(shí)間較長(zhǎng)、吊裝頻次較高，起吊重量從幾噸到幾十噸不等，錯(cuò)誤的受力計(jì)算校核將使吊索的安全系數(shù)成倍的降低，給工程施工帶來很大的安全風(fēng)險(xiǎn)[1-3]，因此在吊裝作業(yè)前對(duì)受力分析和驗(yàn)算具有重要意義。

2 工程概況

2.1 本工程主要情況

新建南通至寧波高速鐵路線路起自鹽城至南通高速鐵路南通西站，經(jīng)江蘇省張家港市、常熟市、蘇州市及浙江省嘉興市、寧波市，終至寧波樞紐寧波站。線路全長(zhǎng)約309.8 km，通蘇嘉甬鐵路管片廠位于江蘇省蘇州市吳江區(qū)汾湖鎮(zhèn)莘西村梁山蕩，承接新建南通至寧波高速鐵路Ⅰ標(biāo)段及Ⅱ標(biāo)段隧道盾構(gòu)管片總計(jì)8039 環(huán)的生產(chǎn)任務(wù)，廠區(qū)主要包括辦公生活區(qū)、管片生產(chǎn)區(qū)、鋼筋加工區(qū)、水養(yǎng)池、管片存放區(qū)和混凝土拌合區(qū)等。

2.2 本工程鋼結(jié)構(gòu)工程概況

鋼結(jié)構(gòu)工程主要為新建24 m×410 m 管片生產(chǎn)車間廠房，最大高度12.6 m；水泥罐體包封鋼結(jié)構(gòu)工程，平面尺寸26.1 m×17.7 m，屋頂高度為20 m，建筑性質(zhì)為工業(yè)廠房。

生產(chǎn)車間為單層門式鋼架結(jié)構(gòu)，跨度為24 m，柱距為6 m、7 m，鋼柱為H 型鋼，鋼柱截面HN466×199，抗風(fēng)柱截面HN248×124×5×8，鋼柱底部通過預(yù)埋錨栓固定。屋面鋼梁為H 型鋼，截面尺寸HN466×199，鋼架梁分為2 段，在屋脊處用高強(qiáng)螺栓拼接起來。鋼架柱、鋼架梁材質(zhì)為Q355B。

水泥罐體棚共2 個(gè)，鋼柱為H 型鋼，規(guī)格尺寸HM692×300×13×20；鋼梁為H 型鋼，共4 層，標(biāo)高分別為6.20 m、11.0 m、15.50 m、20.0 m，鋼梁規(guī)格尺寸HM200×200×8×12、HM692×300×13×20；材質(zhì)為Q235B。

3 鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)施工工藝技術(shù)

3.1 吊裝機(jī)械設(shè)備參數(shù)

采用25t 汽車吊吊裝，機(jī)械性能參數(shù)如表1、表2和表3 所示。

表1 STC250T-Y6 汽車吊軸荷主要技術(shù)參數(shù)表

表2 STC250T-Y6 汽車吊吊鉤及倍率主要技術(shù)參數(shù)表

表3 STC250T-Y6 汽車吊主臂性能表單位：kg

3.2 安裝工藝流程

門式鋼架結(jié)構(gòu)施工工藝流程：預(yù)埋錨栓施工→鋼柱安裝→柱間支撐及系桿安裝→鋼架梁地面拼裝→鋼架梁吊裝→屋面水平支撐及系桿安裝→屋面檁條及墻面檁條安裝→屋面及墻面彩板安裝[4]。

3.3 鋼柱安裝方法

3.3.1 鋼柱吊裝方法

第一步：地腳螺母抄平，位置作全面的復(fù)核，將柱腳板下方螺母上表面標(biāo)高調(diào)節(jié)至與柱腳板底標(biāo)高一致，并作相應(yīng)的準(zhǔn)備。第二步：鋼柱吊裝前在地面綁好爬梯、防墜器和安全繩，緩慢起吊。第三步：鋼柱吊裝就位，測(cè)量校正，柱腳預(yù)埋錨栓上安裝雙螺母，固定鋼柱。

3.3.2 鋼柱吊裝工況分析

本吊裝由項(xiàng)目租用手續(xù)齊全合格的25 t 汽車吊（規(guī)格型號(hào)為STC250T-Y6），機(jī)械設(shè)備性能參數(shù)滿足使用要求。生產(chǎn)車間鋼柱為H 型鋼，最大高度12.6 m，水泥罐體棚鋼柱為H型鋼，高度為20 m，所有鋼柱均為整根吊裝，水泥罐體棚的鋼柱截面最大、高度最大，因此吊裝工況最不利。

鋼柱整根重量為3.5 t，考慮鋼絲繩等吊具重量0.3 t，汽車吊吊鉤重量0.32 t，總吊重為4.12 t。25 t 汽車吊在水泥罐體棚外側(cè)站位吊裝鋼柱，吊裝半徑12 m，主臂長(zhǎng)度30.65 m，額定吊重為7.2 t＞4.12 t，滿足要求。具體如圖1 所示。

圖1 鋼柱吊裝工況分析立面

3.4 鋼架梁安裝方法

由H 型鋼加工制作成的屋架梁跨度最大有26.1 m，屋架最高高度20 m，屋架梁在工廠內(nèi)散件制作，在出廠前先進(jìn)行預(yù)拼裝，然后到現(xiàn)場(chǎng)再進(jìn)行組裝，組拼成整體，然后整體吊裝，沿吊機(jī)行走路線擺放。

3.4.1 鋼架梁吊裝工藝流程

鋼架梁吊裝工藝流程具體如圖2 所示。

圖2 鋼架梁吊裝工藝流程

3.4.2 吊裝工況分析

生產(chǎn)車間鋼架梁跨度24 m，鋼梁截面為HN446×199，高度為12.6 m，整根鋼梁重量1.6 t；水泥罐體棚鋼架梁高度為20 m，鋼梁截面HN692×300×13×20，整根鋼梁重量為2.8 t；因此水泥罐體棚的鋼架梁吊裝工況最不利。

采用25 t 汽車吊吊裝，整跨吊裝就位，采用2 點(diǎn)吊裝。采用2 根鋼絲繩綁扎在鋼架梁上，汽車吊在外側(cè)站位，如圖3 所示，吊車大臂需避免與鋼柱碰撞，主臂長(zhǎng)度選擇42.5 m，吊裝半徑為18 m，額定吊重為3.6 t。鋼架梁最大重量為2.8 t，考慮鋼絲繩等吊具重量0.3 t，汽車吊吊鉤重量0.32 t，吊裝時(shí)的總吊重最大3.42 t＜3.6 t，滿足要求[5]。

圖3 鋼架梁吊裝工況分析立面

4 吊裝鋼絲繩選型及計(jì)算

鋼柱重量為A，鋼梁重量為B，均采用2 點(diǎn)吊裝，鋼柱吊裝時(shí)鋼絲繩接近垂直狀態(tài)，鋼梁吊裝時(shí)，鋼絲繩水平夾角不超過60°[6]。

鋼柱吊裝時(shí)單根鋼絲繩的最大受力P1（KN）為

P1=A/2×10

鋼梁吊裝時(shí)單根鋼絲繩的最大受力P2（KN）為

P2=B/2×COS30°×10

因此吊裝用鋼絲繩最不利工況下的最大受力為max｛P1，P2｝

根據(jù)《重要用途鋼絲繩》GB8918-2006 表11,選用吊裝鋼絲繩型號(hào)，確定公稱直徑、纖維芯鋼絲繩、公稱抗拉強(qiáng)度[7]，鋼絲繩破壞拉力總和為Fg。

依據(jù)《建筑施工計(jì)算手冊(cè)》14.1.2 節(jié)，鋼絲繩容許拉力可按下式計(jì)算[8]

其中：[Fg]——鋼絲繩的容許拉力（kN）；Fg——鋼絲繩的鋼絲破斷拉力總和（kN）；考慮鋼絲繩之間荷載不均勻系數(shù)（分項(xiàng)系數(shù)）?；K——鋼絲繩使用安全系數(shù)。

《建筑施工起重吊裝工程安全技術(shù)規(guī)范》JGJ276-2012 4.3.1 條第4 款，取K 值[9]。

經(jīng)計(jì)算出的[Fg]＞max｛P1，P2｝即此條件下的鋼絲繩可滿足使用要求[10-13]。

5 通蘇嘉甬鐵路管片廠吊裝鋼絲繩選型及計(jì)算

本工程鋼柱重量為3.5 t，鋼梁重量為2.8 t，均采用2 點(diǎn)吊裝，鋼柱吊裝時(shí)鋼絲繩接近垂直狀態(tài)，鋼梁吊裝時(shí)，鋼絲繩水平夾角不超過60°。

鋼柱吊裝時(shí)單根鋼絲繩的最大受力為：

P1=3.5/2×10=17.5 KN

鋼梁吊裝時(shí)單根鋼絲繩的最大受力為

P2=2.8/2×COS30°×10=16.2 KN

因此鋼絲繩最不利工況下的最大受力為17.5 KN。

根據(jù)《重要用途鋼絲繩》GB8918-2006 表11，吊裝鋼絲繩選用6×37S+IWR 型號(hào)，公稱直徑Φ18 mm，纖維芯鋼絲繩，公稱抗拉強(qiáng)度為1 770 MPa。鋼絲繩破壞拉力總和為189 KN。

依據(jù)《建筑施工計(jì)算手冊(cè)》14.1.2 節(jié)，鋼絲繩容許拉力可按下式計(jì)算

《建筑施工起重吊裝工程安全技術(shù)規(guī)范》JGJ276-2012 4.3.1 條第4 款，取K=8 滿足要求，[Fg]=0.82×189/8=19.4 KN

由以上可知，鋼絲繩許用拉力19.4 KN，大于吊裝時(shí)最大拉力17.5 KN，選用Φ18 mm 的鋼絲繩滿足要求。

結(jié)束語

吊裝用鋼絲繩的選型分析在吊裝作業(yè)中屬于關(guān)鍵控制點(diǎn)，吊裝作業(yè)技術(shù)人員需要根據(jù)吊物的重點(diǎn)及吊裝形式選擇合理的鋼絲繩吊索。本文通過對(duì)通蘇嘉甬鐵路管片廠吊裝鋼柱、鋼梁前對(duì)吊裝用鋼絲繩進(jìn)行受力驗(yàn)算，選擇出安全的鋼絲繩，經(jīng)生產(chǎn)車間及水泥罐體棚鋼結(jié)構(gòu)吊裝作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際檢驗(yàn)，順利完成鋼架結(jié)構(gòu)施工作業(yè)，避免事故的發(fā)生，并期望對(duì)后續(xù)同類型施工吊裝用鋼絲繩選擇提供借鑒。