98.6m长实腹式屋面钢梁吊装施工技术

 郑  娟1，智曰忠2

  （1．扬州市职业大学土木工程学院，江苏  扬州  225009；2．江苏扬建集团有限公司，江苏  扬州  225000）

[摘要]针对扬州国际会展中心三期工程98. 6m超长实腹式屋面钢梁安装高度高、跨度大、工序复杂、工期紧迫等特点，合理进行起重机械配置，选用可靠的安装方法，精心组织施工，确保了安装质量和进度，取得了较好的社会经济效益。

[关键词]钢结构；安装工程；吊装；钢丝绳；胎架

[中图分类号]  TU746.3  [文章编号]1002-8498(2016)09-0028-04

1  工程概况

 扬州国际会展中心三期工程位于扬州市新城西区，该工程建筑总面积51 769. 7m2，其中酒店地上1 1层，地下2层，采用框架．剪力墙结构体系；展厅地上2层，地下2层，采用框架结构体系，顶部屋面为钢结构主次梁结构。

2工程特点

 本工程展厅顶部屋面在③~⑦轴处共有5根98. 6m长实腹式钢梁ZGL-1，每根梁总重520kN，实际跨度57. 6m；在轴共有6根单段吊装57. 6m长实腹式钢梁ZGL-2，每根梁总重323kN（见图1）；ZGL-1及ZGL-2立面如图2所示。还有跨度16. 8m及以下钢梁，梁高在500~1400mm，整体屋面钢结构总吨位约1 000t。本工程屋面为斜弧形钢结构屋面，最大高度22. 7m，最小高度14. 2m，底部有2层地下室。

3施工难点

 1)工厂制作后运输较困难  本工程钢结构构件在工厂分段制作，构件尺寸较大，如ZGL-1第3段，长25. 4m、高1.9m，重15. 4t，由于受道路平面转弯半径、上空高度和运输途中稳定性等限制，构件运输具有一定难度。

 2)吊装场地受限  本工程有2层地下室，地下室顶板上不允许有大量堆载和大型起重机械上顶板行走吊装。且本工程场地东侧、南侧、西侧均无汽车式起重机的站位位置，汽车式起重机布置受限。

 3)构件截面大、起重高度大  屋面最高高度22. 7m，最低高度14. 2m，单段梁长25. 4m，高1.9m，给现场吊装、吊装后钢梁的稳定性控制以及安装过程中钢梁精度的控制均带来较大困难。

 4)现场施工工序混杂  在吊装屋面钢结构梁时，旁边的酒店部分框架一剪力墙结构仍在施工，各种工序相互交错，涉及的工种较多，必须进行合理安排、优化工序。

 此外，工程吊装现场构件大小不一，需有各类不同起重机相互配合，如何合理安排起重机，避免互相产生干扰也比较困难。

4  吊装方案优化

4.1方案优化

 为保证98. 6m长实腹式钢梁ZGL-1在吊装过程中不产生受扭变形、吊装质量满足设计及规范要求和吊装过程中安全无误，项目部编制了多个吊装方案。

 1)方案1  高空拼装、分段累积就位。屋面钢梁分段运输至现场后，在屋面主次钢梁下方，预先搭设临时支架，分段将屋面主次钢梁吊装就位、高空焊接或螺栓连接。经验收合格后，拆除下侧临时支架。但该工程屋面钢梁较高，搭设临时支架工作量大，导致该方案费用高、工期长。

 2)方案2展厅内逐根拼装起吊。屋面钢梁分段运输至现场后，在地下室顶板组装成整体，利用2台履带式起重机整体抬吊。本工程场地狭小，只能安装跨度较小的钢梁，对于98. 6m长实腹式钢梁ZGL-1，没有操作空间。

 3)方案3跨外吊装、胎架上整体拼装、双机抬吊就位。吊装时用2台汽车式起重机同时起吊，每台汽车式起重机分别用吊具捆绑2个点进行吊装，同时在起吊过程中用钢丝绳和手拉葫芦进行平衡调整。本工程场地东侧、南侧、西侧汽车式起重机和钢构件布置受限。钢构件仅可以布置在场地北侧国展一期工程南广场上，而98. 6m长实腹式钢梁ZGL-1为南北向布置，双机抬吊比较困难。

 4)方案4跨外吊装、胎架上整体拼装、单机吊装就位。吊装时用1台汽车式起重机在跨外起吊，汽车式起重机用吊具捆绑4个点进行吊装，同时用钢丝绳和手拉葫芦进行平衡调整。

 根据本工程特点，经设计、监理和施工单位有关技术专家讨论比较，最终选用吊装方案4进行吊装。

4.2施工流程

 为保证吊装过程中构件的安全稳定，采用如下吊装流程：构件分段进场→胎架准备→胎架上整体拼装→柱顶找平→大型汽车式起重机跨外吊装→临时固定→测量校正→主梁支座焊接最终固定→大型汽车式起重机不脱钩，小型汽车式起重机跨内吊装次梁→反复循环直至所有钢梁安装结束→验收。

4. 3施工区域划分

 因本工程屋面钢梁跨度较大，为使下侧柱受力合理，采用焊接十字型钢和H型钢劲性混凝土柱，综合考虑钢柱和屋面梁的吊装，将该工程分为3个吊装区域，具体如图3所示。

4. 4地下室顶板加固

 钢结构次梁需利用小型汽车式起重机在跨内进行吊装。在地下室顶板上划定汽车式起重机作业行走区，经设计院验算认可，汽车式起重机必须在规定加固区域的路基板上行走，行走质量严格控制在540kN（行走时将压重去除），如图4所示。吊装时，汽车式起重机支腿必须支撑在劲性混凝土柱顶。

  4.5施工断面布置

 利用大型汽车式起重机跨外吊装主钢梁，小型汽车式起重机跨内吊装次钢梁。

  5设计计算

  5.1  汽车式起重机选择

 起重量、起重高度和起重半径为选择起重机型 号的3个主要工作参数。

  5.1.1  大型汽车式起重机选用

 大型汽车式起重机作业半径须达到70m以上，98. 6m长实腹式钢梁ZGL-1重520kN。选用QUY500型500t履带式起重机，主吊臂长48m，塔式副臂长48m。作业半径70m时，额定吊装荷载为588kN;主机后配重160t，车身压重40t，超起配重56. 7t。根据规范规定，履带式起重机额定吊装荷载控制在588×0.9=529. 2kN>520kN，满足钢梁ZCL-1吊装要求。

  5.1.2  小型汽车式起重机选用

 在地下室顶板上吊装钢柱、次梁及支撑，该部分构件最大质量为9. 7t，最大作业距离为24m。选用130t汽车式起重机，查其性能表得24m作业范围里，最大起吊能力为10. 5t>9.7t，满足该部分构件的吊装要求。

  5.2 500t履带式起重机对道路基础的计算

 QUY500型500t履带式起重机进场吊装作业的区域为一期广场，地面为250mm厚混凝土硬化路面。500t履带式起重机分解运输至一期广场，道路满足要求。500t履带式起重机直接组装在铺设的路基箱板上，路基箱板面积为1. 2m×12m×10块，有效承压面积为1 44m2。500t履带式起重机主机、带基本臂总重为370t(3 700kN)，加支臂48m、副臂48m及超起臂、塔臂等重为56t( 560kN)，自身配重40t、后配重140t，500t履带式起重机总重为606t(6 060kN)，加钢梁重52t( 520kN)，则最后总重为658t(6 580kN)。6 580/144m2= 45. 7kN/m2 ,250mm厚混凝土硬化路面满足要求，无须进行二次处理。

5.3 500t履带式起重机对地下室墙板的计算

 吊装时地下室外墙土体回填至室外地平面，地下室底板标高为-9.300m，室外停机面标高为1. 200m，室外停机面距基坑底部深度为10. 5m；履带式起重机设在距基坑边28. 3m，路基箱板总宽12m。履带式起重机及构件质量对地面的作用力与地下室墙体底板的夹角arctan[ (28.3- 6)/10.5]=650，大于土体的应力扩散角。履带式起重机及构件质量的侧向压力对地下室混凝土墙板无影响。

5.4  130t汽车式起重机对地下室顶板、柱的计算

 130t汽车式起重机行走区域需进行加固，300mm厚原混凝土板下地下1层和地下2层模板支撑不拆除，形成整体受力，在地下1层补增斜撑形成桁架；300mm厚原混凝土板上铺200mm厚黄砂垫层，最上侧再铺设1. 5m×9.0m路基板。130t汽车式起重机行走时，需在规定的加固区域路基板上行走，行走质量严格控制在54t（行走时将压重去除）。

 130t汽车式起重机吊装时，支腿必须支撑在劲性混凝土柱顶。130t汽车式起重机自重54. 9t，配重30t，钢梁构件重9.7t，总重约100t；汽车式起重机支腿支在劲性混凝土柱顶，按大臂与汽车式起重机本身呈45 0夹角考虑，汽车式起重机最大压力为：1000kN/2= 500kN。

 地下室顶板设计活荷载10kN/m2，垫层0. 3m，混凝土地坪0. 2m，柱距为7.Sm×8.4m，(10 +0.3×23 +0.2×24)×7.5×8.4=1367.1kN>500kN,故劲性混凝土柱安全性满足要求。

5.5钢丝绳选择

 选择绳索夹角为550，1/sin550=1.22，520kN/4根×1. 22=158. 6kN，选用新钢丝绳ɸ48，6×37，钢丝绳公称抗拉强度1870MPa，根据《～般用途钢丝绳》GB/T20118-2006可知，钢丝绳最小破断拉力∑S0 =1 270kN，新钢丝绳合用程度100%，6x37钢丝绳之间荷载不均匀系数a=0. 82，用于机动起重设备，安全系数K =6。

 钢丝绳容许拉力P= a0∑S0/K=0.82×1 270/6 =173. 6kN >158. 6kN，满足安全要求。

 130t汽车式起重机钢丝绳采取2点捆绑起吊，选择绳索夹角为600，1/sin600=1.15，97kN/2根×1. 15= 55. 8kN。选用新钢丝绳ɸ30，6×37，钢丝绳公称抗拉强度1870MPa，根据《一般用途钢丝绳》可知，钢丝绳最小破断拉力∑S0= 496kN，新钢丝绳合用程度100%，6x37钢丝绳之间荷载不均匀系数a=0. 82，用于机动起重设备，安全系数K=6。钢丝绳容许拉力P=a0∑S0/K=0.82×496/6=67. 8kN>55. 8kN，满足安全要求。

6起拱组装

6.1组装胎架

 首先在场地上放出制作大样，而后安装钢胎架，需确保钢胎架顶面高低差在±3mm，屋面主钢梁起拱值达到L/300（L为跨距）。

6.2组装方法

 构件应与编号一一对应，做出标记，首先进行预拼装。拼装的允许偏差：预拼装单元总长±5. 0m，预拼装单元弯曲矢高111 500且≤10. 0mm，对口错边< t/10且≤3.0mm，坡口间隙≤1.0mm。预拼装验收合格后，在构件上标出上下定位中心线、交线中心线、标高基准线等必要标记，便于按预拼装结果进行安装。

 钢梁组装采取由下到上、从中间到两边的组装顺序。整榀拼装完，测绘其标高点，调整拱度、跨度及其他尺寸，保证土建预埋件与螺栓一致后方可采用手工电弧焊方法电焊固定。完成焊接后进行探伤，合格后进行油漆补刷，成品合格后，再进入吊装准备。

7  吊装

7.1  测量

 将所有预埋件及所需构件连接的轴线与标高等进行测量，根据测量数据调整所有钢柱埋件的轴线与标高，必须符合设计要求。

7.2构件捆绑

 吊件必须捆绑平稳牢固，棱角缺口部位应设衬垫，防止钢梁边切断钢丝绳，吊位应正确。捆绑吊物选择绳索夹角要适当，钢梁ZGL-1和钢梁ZGL-2采用4点起吊，并在钢梁上焊接起吊吊耳，每个吊耳平均分布受力；其余构件采用2点起吊。为保证钢丝绳均匀受力，吊钩必须采用锚钩。

7.3试吊

 试吊前严格检查各施工机具、索具的质量，经安全系统确认后才能进行吊装，不合格的严禁使用。所有工作准备就绪后开始试吊，将构件吊离地面0. 3m以后，检查汽车式起重机的状态、绑绳质量、构件变形等，无误后方可正式吊装。

7.4  吊装

先用500t履带式起重机起吊③轴线ZGL-1，安装就位后与钢柱预埋锚栓用螺母预紧固，并用钢丝绳和手拉葫芦在ZGL-1与地下室顶板预埋锚件之间拉缆风绳做临时固定，对ZGL-1进行校正，校正结束后，拧紧螺母并用电焊固定，500t履带式起重机不脱钩，用2台130t汽车式起重机将①~③轴线之间的次梁安装完成。