試論工業建筑預制混凝土構件吊裝設計

賁翔

摘 要：本文主要以某工程為論述對象，對預制混凝土構件吊裝系統的具體設計情況進行分析，并協助相關人員在施工中密切合作，從而確保設計與施工實現一體化的目的。對此，主要從吊裝系統設計、主要構件計算進行分析，筆者依據多年實踐經驗總結合理化建議，提供給相關人士，旨在促進我國工業建筑行業的不斷發展，為我國的經濟建設做出貢獻，供以借鑒。

關鍵詞：預制混凝土構件吊裝；設計；分析

某工業建筑的總體結構形式為多層剪刀墻-板柱結構，由于設備的因素要求提供大的空間，并且設備應當在上部完成吊裝以后，相關人員就可以將上部的樓板做好相應的封閉工作，與此同時不允許在設備層上面放置心相應的工具。所以，相關人員需要采取預制蓋板的方案設計。然而當使用該方案時，依然會存在一些不足之處，由于短邊跨度在13.84米，而長邊已經到達16.24米，與此同時上面依然具有一些樓層當作應用空間并且有著較大的荷載力，因此該方便又可以分成兩種形式：一種是梁板體系的形式，主要使用鋼結構，相關人員在鋼梁上放置相應的鋼板組合樓板，將剪力墻當作支撐系統，所采取的鋼梁截面大概在0.8m～1.2m的范圍內；而另一種是無梁體系，主要使用預制混凝土疊合樓板進行設計的。由于設備層相應要求，決定采取第二種方案。

1、吊裝系統設計

1.1設計條件

由于工藝專業已經明確規定無法在設備層上開展濕作業，因此設備層的主要施工次序是：相關人員首先對設備層的地板進行安裝，然后在對剪力墻進行安裝，最后在對層頂板進行安裝。相關人員通過對相應的頂板按雙向板進行研究，當符合一定強度、撓度等有關規定時，板厚大概是0.5米，并使用適當尺寸的預制混凝土疊合板。為了符合計算假定及其施工具有可操作行的目的，采取疊合形式當作中間部分，并且樓板使用的板厚大概在0.5米，而四周疊合部分板厚采取0.16米，倘若周邊的板厚不夠，那么就需要進行二次澆筑，待吊裝以后澆筑成型即可。

1.2吊裝系統方案

本文中的吊裝系統采取“梁板體系”方案，相關人員將鋼梁的反面放置到預制混凝土板的上方，并利用鋼梁懸掛預制板，這樣做不僅將原本不足的空間加以解決，而且還在某種程度上協助了吊裝無法完成的問題。而吊裝系統主要包含諸多構件，如連接件、吊裝耳板等，

2、主要構件計算

2.1.1吊裝階段

恒載主要包含以下兩方面：一方面是預制板；另一方面是吊裝系統構件自重，而吊裝期間不將活載考慮在內，然而需要對動力系數進行考慮，依據相關規定，吊裝動力系數應當為1.3。不管哪一塊預制板的重量大概在70.4t左右，而且折算厚度通常在377mm的范圍內，折算中相應的布恒載為9.5kN/m2。

對于預制板自身的重量來說，相關人員可以把預制板依據吊桿所在的地方分成適當的區域，假設5組中間吊桿所產生的負荷值應當在這5個區域內，而余下的兩組所產生的負荷值應當在端部的地方。

中間區預制板自重：96.57kN；端部區預制板自重：110.62kN；預制板總重：704.09kN。

吊裝系統自重。鋼梁自重：鋼梁，假定采用HN1000×300×21×40，g1=345kg/m；長度14.8m，2根，345×14.8×2=10212kg=102.12kN；考慮吊桿、墊梁、壓桿、支撐、耳板及加勁肋等鋼構件自重，預估吊裝系統自重為：127.63kN。設計值=1459.66kN

2.1.2二次成型階段

部分吊裝系統構件仍然處在工作狀態，恒載包括預制板、二次澆筑的混凝土和吊裝系統構件自重，考慮部分區域需澆筑混凝土，活載取為2.0kN/m2，此階段可不考慮動力系數。每塊預制疊合板重約為93.4t，疊合板厚度為500mm，均布恒載為12.5kN/m2。

疊合板自重。二次成型后，混凝土板自重：934.20kN；其中中間區自重：124.88kN；端部區自重：154.91kN。疊合板活載。中間區活載：19.98kN；端部區活載：24.79kN；總活載：149.47kN。設計值：1579.95kN根據以上計算可知，二次成型階段的總荷載設計值大于吊裝階段，因此對于第二類構件的計算應采用二次成型階段荷載。

2.2構件計算

懸掛式吊架鋼梁通過連接件下掛預制板，鋼梁在吊裝階段，吊索拉力分別轉化為豎向荷載和水平荷載，豎向荷載通過鋼梁腹板抗剪，水平荷載通過鋼梁翼緣和加勁肋傳遞給壓桿；二次成型階段，鋼梁主要承受豎向荷載，包括預制板、二次澆筑區混凝土、吊裝系統自重以及施工活載等，以上荷載全部由鋼梁傳遞給梁端支座。

其中R2k=198.0kN，R2=258.0kN，R3k=163.1kN，R3=212.8kN。鋼梁選用標準H型鋼HN1000×300×21×40，查《熱軋H型鋼及部分T型鋼》（GB/T11263-2010），截面特性：

鋼梁強度：Mx/γx Wx=205N/mm2< 265N/mm2，滿足要求。

2.2.2連接件

主要連接件包括吊桿、墊梁。吊桿僅考慮受拉，采用Q345圓鋼加工成直徑20mm的螺栓，二次成型階段為不利工況，取不利區端部區的吊桿荷載計算，荷載包括預制板（含后澆疊合區）自重、吊裝系統自重以及施工活載，可推導出荷載設計值T=61kN，則吊桿拉應力為：

吊桿拉力傳至墊梁，墊梁以鋼梁翼緣作為支座，計算簡圖如圖3。墊梁彎矩：Mx=TL=61×（0.2-0.15）=3.05kN-m；需要提供的截面模量：Wx=Mx/f=3.05×106/215=14186mm3=14.2cm3；選取[20a，Wx=178.0cm3。

2.2.3水平壓桿

水平壓桿僅在吊裝階段承受壓力，二次成型階段起鋼梁平外面穩定作用。共4個受力點，每個受力點通過2根鋼索連接耳板與平衡梁，則每個受力點豎向力F=1459.66/4=365.0kN，傳遞至水平壓桿的軸力為F/2=182.5kN，初選壓桿為Q235熱軋無縫鋼管O245×8，長度l0=2.1m，截面面積A=59.56cm2，截面特性I=4186.87cm4，W=341.79cm3，i=8.38cm。

則壓桿強度為：σ=F/2An=30.6N/mm2<215N/mm2，滿足要求；長細比：λ=l0/i=2.1×102/8.38=25.1<150；查《鋼結構設計規范》（GB50017-2003）附錄C，ψ=0.972；穩定性：F/2ψAn=182.5×103/0.972×59.56×102=31.5N/mm2<295N/mm2，滿足要求。

2.2.4吊裝耳板

吊裝耳板采用Q345鋼板，板厚30mm。開孔處為最不利截面，凈截面面積為：Ae=4500mm2，則不利截面剪應力：τ=F/2Ae=40.6N/mm2<170N/mm2，滿足要求。

3、結語

通過上述論述，可以得知：相關人員在對吊裝系統進行設計的過程中，需要對概念設計引起必要的重視，距離計算假定以及力學模型實現統一的效果。不同工程中所具有的荷載取值、相應的組合系數、安全系數等都應當符合相關施工要求，并且需要結合具體的施工情況進行恰到的設計，只有這樣才能夠從整體上促進我國工業建筑行業的不斷進步，從而為我國的經濟建設做出貢獻。

參考文獻

[1]徐波，彭毅勃，王凡.裝配整體式混凝土結構預制剪力墻安裝施工技術[J].建材與裝飾.2016（33）

[2]許杰峰，鮑玲玲，馬恩成，夏緒勇，姜立.基于BIM的預制裝配建筑體系應用技術[J].土木建筑工程信息技術.2016（04）