狹小空間下鋼結構的吊裝方法

陳小東（1.中鐵建設集團有限公司，北京 100040；2.中鐵建設集團華東工程有限公司，江蘇 昆山 215332）

社會的快速發展，致使大多數建筑物的使用功能已無法滿足現狀使用要求，因此改建工程和擴建工程日益增多。鋼結構具有自重輕、施工速度快、工業化程度高、對現有建筑物使用干擾小等優點，使其成為改擴建工程中應用較為廣泛的結構。但改擴建工程中一般存在施工場地狹小，無法使用常規機械進行鋼結構吊裝作業現象，因此施工過程中常常會結合現場作業環境特點，發明使用一些自制的吊裝裝置。

1 工程概況

某高鐵站房進行改擴建，改擴建中原建筑物與新建筑物之間通過設置鋼連廊進行連通。本連廊鋼梁均為 H 型鋼梁，大部分長度為 6.6 m 左右，重量約為 2 t，其中最重的鋼梁截面形式為 H 600×200×12×16，長度為 11.7 m，重量為 3.21 t。連廊梁上鋼柱均為矩形方鋼管，其截面形式主要為 BOX 200×200×14×14，長度約為 3.72 m，重量約為330 kg。鋼梁截面形式見表 1。

表1 鋼梁截面形式

2 研究背景

原建筑物圍護結構為幕墻玻璃，且原建筑物與新建建筑物在 0 m 標高處距離僅為 2.4 m，無法使用汽車吊進行吊裝。為保證原建筑物使用安全，保證旅客生命安全，減少施工對現有站房使用的影響，項目部特針對此種工況發明設置了一種適合在狹小空間下的吊裝裝置。

3 裝置原理

3.1 吊裝裝置設計原理

原建筑物與新建建筑物之間距離較小，無法使用常規的機械吊裝，且鋼連廊上方無施工吊點，綜合以上情況，現場考慮采用 5 t 卷揚機作為動力系統，并自制鋼扒桿作為鋼構件的吊點，形成一種鋼扒桿吊裝裝置。

鋼扒桿采用兩根截面尺寸為 Φ219 mm×16 mm，材質為 Q345B 的圓鋼管通過坡口全熔透焊縫焊接成一個形狀類似“7”的簡易鋼扒桿，圓鋼管根部通過銷軸(φ 30）與現有樓板埋件上的耳板連接，耳板厚度為 2 cm，耳板與埋件采用坡口全熔透焊接。鋼扒桿在吊裝中通過 5 t 手拉葫蘆與現有結構鋼梁連接固定，起到調節角度和固定作用，兩側拉設纜風繩，扒桿活動的角度為 60o～85o 之間。通過有限元計算，“鋼扒桿”吊裝裝置最大起重重量為 3.2 t。圖 1 為鋼扒桿結構形式，圖 2 為鋼扒桿根部與下部樓板連接節點圖。

圖1 鋼扒桿結構形式

圖2 鋼扒桿根部與下部樓板連接節點圖

4.2 吊裝裝置可行性分析

4.2.1 桿件受力分析

采用有限元軟件 Midas 建模，且對扒桿仰角 60° 和 85° 均建立了對應的模型，扒桿采用 Q345B 級 P 219×16 圓管，荷載考慮結構自重 DL 與吊物產生重量 LL，荷載組合考慮 1.3DL＋1.5LL；鋼扒桿仰角 60° 時最大應力為 241.1 N/mm2，最大設計應力比分布為 0.80，拉索軸力為 49.5 N，底腳最小反力 FX=84.17 kN，FY=0.11 kN，FZ=111.37 kN，FXYZ=139.60 kN，底腳最大反力 FX=84.17 kN，FY=0.11 kN，FZ=111.37 kN，FXYZ=139.60 kN；鋼扒桿仰角 80° 時最大應力為 210.6 N/mm2，最大設計應力比分布為 0.66，拉索軸力為 44.1 N，底腳最小反力 FX=54.02 kN，FY=0.08 kN，FZ=133.26 kN，FXYZ=143.79kN，底腳最大反力 FX=54.02 kN，FY=0.08 kN，FZ=133.26 kN。

圖3 鋼扒桿受力模型圖

根據模型分析，拉索的承載力需在考慮安全系數后 ≥5 t；采用 Q 345 B 級 P 219×16 圓管作為扒桿可滿足強度和穩定要求；拉索所生根的主鋼結構可滿足強度和穩定要求；扒桿底部傳遞于樓板的最大作用力設計值為水平力 Fx=84.2 kN，豎向力 Fz=133.3 kN，兩者屬于不同的工況。

4.2.2 樓板承載力校核

根據第 4.2.1 節分析，已知扒桿將傳遞水平力和豎向力于樓板，且由于銷軸與樓板間存在 90 mm 的高差及樓板自身厚度 150 mm，因此水平力將對樓板產生的彎矩，扒桿仰角60° 時：Ma 1=84.2×(90＋150/2）/1 000=13.9 kN.m。扒桿仰角 85° 時：Mb 1=54.0×(90＋150/2）/1 000=8.91 kN.m。

扒桿通過耳板與端板傳遞于樓板，端板寬度為 250 mm，端板中心距樓板邊緣 600 mm，樓板跨度為 2 m，則根據《建筑結構荷載規范》(GB50009-2012)，可確定局部荷載的有效分布寬度為：b= bcy＋0.7l =250＋150＋0.7×2 000=1 800 mm；豎向力對樓板產生的絕對最大彎矩，扒桿仰角 60° 時：Ma 2=111.4×0.6×1.4/2=46.8 kN.m；仰角85° 時：Mb 2=133.3×0.6×1.4/2=56.0 kN.m。

則兩者彎矩組合，樓板承受的最大絕對彎矩為：

M=56.0＋8.91/2=60.5 kN.m

樓板為壓型鋼板組合樓板，壓型鋼板采用 YX 65-170-510-0.91，板底于每肋間配置一根 φ14，板頂配置雙向 φ 14 @ 150 鋼筋。偏于安全壓型鋼板受力僅考慮底部平直部分的鋼板，則 1.8 m 寬度樓板的彎矩承載力為：

可見樓板承載力滿足要求。

5 吊裝流程

在現有完成 13.6 m 混凝土樓面上設置四個“鋼扒桿”，位置與構件吊點位置在一條直線上，扒桿吊裝過程中只作為垂直運輸及吊裝的吊點（左右方向不移動），左右兩個側方向通過雙向纜風繩保持固定。

單個鋼平臺分成三到四個分段進行吊裝，吊裝采用單點吊裝，構件從下個樓層平面直接垂直起吊，起吊及構件平移過程中，左右兩側通過人工拉設纜繩保證構件不在空中回旋，最大分段吊重 3.2 t，具體詳見圖 4。

圖4 鋼連廊吊裝平面示意圖

步驟一：從 0 m 層搭設操作腳手將 4 號連廊的埋件種植在 T2 登機長廊的 4.2 m 層的混凝土梁上，并安裝鋼牛腿和單向滑移支座。操作腳手的步距為 1.5 m，縱距為 1.8 m，橫距為 1.2 m。

步驟二：在 13.6 m 層樓板上安裝 4 個鋼扒桿，進行4.2 m 層連廊框架的下部鋼框架吊裝，先將主梁吊裝就位，然后根據次梁吊點位置調節鋼扒桿的角度進行次梁吊裝作業。吊裝完成后在其平臺鋼梁上搭設操作腳手，進行 4.2 m層上部鋼框架吊裝。

步驟三：在已吊裝完成的 4.2 m 層連廊框架的上部鋼梁上搭設操作腳手進行 13.6 m 層連廊框架的吊裝，先將主梁吊裝就位，然后根據次梁吊點位置調節鋼扒桿的角度進行次梁吊裝作業。鋼結構全程施工過程中，采用石棉布對原建筑物玻璃進行保護工作。壓型鋼板待上下兩個連廊吊裝完成后，腳手拆除后鋪設。

圖5 施工示意圖

6 結 語

根據本工程空間狹小且鋼連廊上部無吊點的特點，項目部采用這種可旋轉的鋼扒桿吊裝裝置代替傳統的機械進行吊裝，這種裝置具有可拆卸、吊點位置可調節、移動方便、循環使用等特點，有效的解決了場地狹小無法使用汽車吊吊裝的問題，保證了施工工期，也減少了吊裝機械成本。

這種裝置的應用為日后相似工程的吊裝作業提供了一定的借鑒意義。