大跨度斜坡鋼屋架雙機(jī)抬吊施工工藝

□文/楊金凱 李鑫博

大跨度斜坡鋼屋架雙機(jī)抬吊施工工藝

□文/楊金凱 李鑫博

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

鋼結(jié)構(gòu)；大跨度；坡度；雙機(jī)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(chǔ)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(diǎn)分析

1）平房倉單榀屋架吊裝吊重較輕，但最大吊裝高度達(dá)到22 m，吊裝高度較高。

2）由于平房倉鋼屋架上檐口標(biāo)高為22.000 m，下檐口標(biāo)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(diǎn)。

3）吊裝過程汽車吊易發(fā)生傾覆、歪斜，同時(shí)若鋼絲繩抗拉強(qiáng)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(yàn)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(jī)械選型

1）鋼結(jié)構(gòu)堆放場地桁架拼裝選用2臺(tái)25 t汽車吊。

2）單榀桁架吊裝時(shí)，廒間內(nèi)選用70 t汽車吊1臺(tái)，山墻外選用25 t汽車吊1臺(tái)。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(shí)，廒間內(nèi)選用70 t汽車吊1臺(tái)，山墻外選用70 t汽車吊1臺(tái)。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(tái)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(jì)算。2臺(tái)70 t汽車吊吊裝雙榀鋼桁架時(shí)，采用四點(diǎn)起吊。使用2根鋼絲繩，按照結(jié)構(gòu)四角節(jié)點(diǎn)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(jì)算，最大受力為1.7 t。選用抗拉強(qiáng)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(jìn)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(shí)平房倉東西兩側(cè)沿線10 m范圍內(nèi)及4個(gè)廒間內(nèi)進(jìn)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(shí)，壓實(shí)系數(shù)≮0.93。

圖7　鋼結(jié)構(gòu)加工場地布置

3.2.1計(jì)算依據(jù)

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

式中：Pk為相應(yīng)于荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合時(shí)，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(bào)告，fa=100 kPa；Fk為相應(yīng)于荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合時(shí)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(shí)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(jì)算得Pk=（45+8）× 10/（1×1×4）=132.5（kPa）＞100 kPa。因此，原地面遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(jìn)行換填處理。

3.2.2灰土換填厚度驗(yàn)算

1）計(jì)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(biāo)準(zhǔn)組合時(shí)，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(jì)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(biāo)準(zhǔn)組合時(shí)，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(kuò)散角，（°），宜通過試驗(yàn)確定，當(dāng)無試驗(yàn)資料時(shí)，可按表1采用。

表1　壓力擴(kuò)散角θ

2）70 t汽車吊換填厚度驗(yàn)算。汽車吊在平房倉外側(cè)起吊8 t構(gòu)件時(shí)，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(shí)，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(shí)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(gè)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(gè)階段安裝，分2種方式進(jìn)行，即單榀桁架吊裝、雙榀組裝吊裝。單榀桁架吊裝每個(gè)階段使用1臺(tái)70 t汽車吊和1臺(tái)25 t汽車吊，雙榀組裝吊裝每階段使用2臺(tái)70 t汽車吊，施工順序見圖8。

3.3.2平房倉二次倒運(yùn)

吊裝時(shí)，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(yùn)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(tái)25 t汽車吊進(jìn)行，廒間內(nèi)焊工使用曲臂升降機(jī)頂升至桁架節(jié)點(diǎn)處焊接施工。

4　雙機(jī)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(jìn)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(shí)平房倉東西兩側(cè)沿線10 m范圍內(nèi)及4個(gè)廒間內(nèi)進(jìn)行雙榀屋架組裝。

4.2鋼結(jié)構(gòu)拼裝

平房倉每個(gè)廒間頂部屋架15榀，共計(jì)60榀，每榀長度32.355 m。考慮運(yùn)輸及安裝要求，每榀屋架分為3段進(jìn)場，在現(xiàn)場鋼結(jié)構(gòu)場地進(jìn)行預(yù)拼裝。每處鋼結(jié)構(gòu)場地設(shè)置拼裝平臺(tái)，采用300 mm×175 mmH型鋼作為平臺(tái)架，見圖11。預(yù)拼裝時(shí)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(tái)平面布置

4.3鋼結(jié)構(gòu)屋架倒運(yùn)及吊裝

4.3.1單榀屋架吊裝方案

按照4個(gè)廒間工作面進(jìn)行屋架安裝，采用70 t汽車吊將整榀屋架倒運(yùn)至廒間內(nèi)。在倒運(yùn)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(shí)采用1臺(tái)25 t汽車吊和1臺(tái)70 t汽車吊配合吊裝。計(jì)劃平房倉外安排1臺(tái)25 t汽車吊，廒間內(nèi)安排1臺(tái)70 t汽車吊。2臺(tái)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(jìn)行屋架就位。安裝第一榀屋架時(shí)，在松開吊鉤前進(jìn)行初步校正；對準(zhǔn)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(jìn)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(jìn)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(shí)采用2臺(tái)70 t汽車吊配合吊裝。計(jì)劃平房倉外安排1臺(tái)70 t汽車吊，廒間內(nèi)安排1臺(tái)70 t汽車吊。兩臺(tái)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(jìn)行屋架就位。在汽車吊松開吊鉤前進(jìn)行初步校正；對準(zhǔn)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(gè)廒間頂部屋架安裝完成5～6榀后，可開始進(jìn)行檁條、系桿及水平支撐等的安裝。采用2臺(tái)25 t汽車吊進(jìn)行檁條、系桿的同步安裝，隨后進(jìn)行水平支撐的安裝。檁條吊運(yùn)時(shí)，采用多件同時(shí)吊運(yùn)。水平支撐為單桿件進(jìn)場，在安裝前需進(jìn)行預(yù)拼裝，待拼裝件驗(yàn)收合格后，利用25 t汽車吊進(jìn)行4點(diǎn)起吊，及時(shí)固定安裝。水平系桿采用汽車吊將水平系桿運(yùn)送至屋面底部，操作工人在曲臂升降機(jī)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(diǎn)。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(shí)際工程，通過對場地空間條件、吊裝的選型及安全驗(yàn)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(bào)，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(jī)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(jī)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。