大跨度斜坡钢屋架双机抬吊施工工艺

2016-12-05杨金凯李鑫博

天津建设科技 2016年5期

关键词：屋架汽车吊系杆

□文/杨金凯李鑫博

大跨度斜坡钢屋架双机抬吊施工工艺

□文/杨金凯李鑫博

文章结合工程实例介绍了大跨度钢屋架双机抬吊工艺及施工过程中需要注意的事项，同时通过两种吊装方式进行同步安装，对保证钢屋架施工质量和设计目标的实现起到事前控制作用。

钢结构；大跨度；坡度；双机抬吊

1　工程概况

黄骅港综合港区冀海散杂货码头工程位于黄骅港综合港区内，其用于储存品种大豆的仓库为66 m跨钢屋架散装单层平房仓，占地面积11 928.89 m2，建筑高度22.3 m，有效仓容12.5万m3，其结构形式为钢筋混凝土剪力墙＋排架，其中屋面为斜坡钢排架结构，共60榀。屋面钢桁架上檐口高度22.000 m，下檐口高度为7.500 m，坡度约为24°，跨度为30 m，见图1。单榀钢桁架最大质量约3.3 t，双榀钢桁架最大质量约8 t。屋面采用单层压型钢板保温隔热，面积共12 194 m2。

图1　单榀桁架结构剖面

2　钢屋架吊装特点分析

1）平房仓单榀屋架吊装吊重较轻，但最大吊装高度达到22 m，吊装高度较高。

2）由于平房仓钢屋架上檐口标高为22.000 m，下檐口标高为7.500 m，高差14.5 m，单榀屋架吊装倾斜角度为24°。汽车吊选用为本次钢结构吊装的重点。

3）吊装过程汽车吊易发生倾覆、歪斜，同时若钢丝绳抗拉强度无法满足施工要求，容易发生吊装构件坠落伤人，为保证桁架结构吊装安全，需验算地基承载力、钢丝绳安全系数等。

4）平房仓屋面钢桁架安装过程是由平面体系向空间体系转换的过程。在施工过程中分阶段连接各榀桁架的系杆、水平支撑等形成多冗余的的空间结构体系。

3　钢结构吊装总体安排

3.1机械选型

1）钢结构堆放场地桁架拼装选用2台25 t汽车吊。

2）单榀桁架吊装时，廒间内选用70 t汽车吊1台，山墙外选用25 t汽车吊1台。将桁架吊装到位，见图2和图3。

图2　汽车吊平面布置

图3　汽车吊立面布置

3）双榀桁架吊装时，廒间内选用70 t汽车吊1台，山墙外选用70 t汽车吊1台。将桁架吊装到位，见图4和图5。

图4　汽车吊平面布置

图5　汽车吊立面布置

4）系杆安装采用2台25 t汽车吊，汽车吊布置在平房仓山墙外和相邻廒间内，两侧分别吊装，见图6。

图6　系杆吊装平面布置

5）起吊吊索安全性计算。2台70 t汽车吊吊装双榀钢桁架时，采用四点起吊。使用2根钢丝绳，按照结构四角节点起吊，起吊总质量8 t，单根钢丝绳长为14 m，钢丝绳与构件水平夹角65°，假定单根钢丝绳受力按照8 t计算，最大受力为1.7 t。选用抗拉强度为185 000 N/mm2,钢丝绳断裂拉力16.5 t，最小选用公称直径为15.5 mm的钢索。

3.2场地安排

钢结构进场前，平房仓周边钢结构存放及加工场地共设置3处，分别在东侧临边设置2处，距平房仓6 m，尺寸均为40 m×15 m；西侧设置1处，在设备存放场地西侧，尺寸为50 m×30 m，预先将拼装场地清理干净并整平。同时平房仓东西两侧沿线10 m范围内及4个廒间内进行双榀屋架组装，见图7。汽车吊行走及吊装占位区域采用500 mm厚3∶7灰土处理、压实，压实系数≮0.93。

图7　钢结构加工场地布置

3.2.1计算依据

1）根据GB50007—2011《建筑地基基础设计规范》的要求

式中：Pk为相应于荷载效应标准组合时，基础底面处的平均压力值，kPa；fa为修正后的地基承载力特征值，根据地质报告，fa=100 kPa；Fk为相应于荷载效应标准组合时上部结构传至基础顶面的竖向力值，平房仓双榀钢桁架钢结构取吊装最大质量8 t，250 t履带吊最大配重时自质量为45 t；Gk为基础自重和基础上的土重，kN；A为基础底面面积，根据汽车吊支腿垫板参数，70 t汽车吊与地面接触面为1 m×1 m×4 m。

2）70 t汽车吊所需承载力，计算得Pk=（45+8）× 10/（1×1×4）=132.5（kPa）＞100 kPa。因此，原地面远远无法满足汽车吊行驶及吊装的承载力要求，必须采用灰土进行换填处理。

3.2.2灰土换填厚度验算

1）计算依据。根据GB50007—2011及JGJ 79—2012《建筑地基处理技术规范》相关要求，换填厚度z应根据需置换软弱土的深度或下卧土层的承载力确定并符合式（3）要求

式中：pz为相应于荷载效应标准组合时，垫层地面处的附加压力值，kPa；pcz为垫层底面处土的自重压力值，kPa；faz为垫层底面处经深度修正后的地基承载力特征值，kPa。

垫层底面处的附加压力值pz可分别按式（3）和式（4）计算

式中：b为矩形基础或条形基础底面的宽度，m；l为矩形基础底面的长度，m；Pk为相应于荷载效应标准组合时，基础底面处的平均压力值，kPa；pc为基础底面处土的自重压力值，kPa；z为基础底面下垫层的厚度，m；θ为垫层的压力扩散角，（°），宜通过试验确定，当无试验资料时，可按表1采用。

表1　压力扩散角θ

2）70 t汽车吊换填厚度验算。汽车吊在平房仓外侧起吊8 t构件时，取换填厚度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为基础宽度和埋深的地基承载力修正系数，取1.0；γm为基础底面以上土的加权平均重度，取20 kN/m3；z为换填厚度，取0.5 m；d为埋深，m。

pz+pcz=52+10=62（kPa）＜faz

因此，当采用70 t汽车吊吊装钢结构时，换填0.5 m可满足要求且70 t汽车吊站位位置铺设至少2 cm厚钢板，保证履带吊吊装时地基承载力满足要求。

3.3空间安排

3.3.1施工阶段安排

平房仓安装过程中按照单个廒间依次施工，东、西两侧钢结构堆放场地分别提供东、西两侧廒间的钢结构拼装与焊接。钢桁架按照4个阶段安装，分2种方式进行，即单榀桁架吊装、双榀组装吊装。单榀桁架吊装每个阶段使用1台70 t汽车吊和1台25 t汽车吊，双榀组装吊装每阶段使用2台70 t汽车吊，施工顺序见图8。

3.3.2平房仓二次倒运

吊装时，为保证吊装工效及桁架吊装角度，预先使用70 t汽车吊将拼装好的钢结构倒运至廒间内，见图9。

图8　平房仓施工阶段安排

3.3.3吊装顺序

平房仓单廒间内桁架吊装按照从内向外吊装，桁架吊装完成5～6榀后，开始安装系杆，系杆安装采取流水施工，吊装使用2台25 t汽车吊进行，廒间内焊工使用曲臂升降机顶升至桁架节点处焊接施工。

4　双机抬吊工艺

施工工艺流程见图10。

4.1加工场地选择

钢结构进场前，平房仓周边钢结构存放及加工场地共设置3处，分别在东侧临边设置2处，西侧设置1处，在设备存放场地西侧，预先将拼装场地清理干净并整平。同时平房仓东西两侧沿线10 m范围内及4个廒间内进行双榀屋架组装。

4.2钢结构拼装

平房仓每个廒间顶部屋架15榀，共计60榀，每榀长度32.355 m。考虑运输及安装要求，每榀屋架分为3段进场，在现场钢结构场地进行预拼装。每处钢结构场地设置拼装平台，采用300 mm×175 mmH型钢作为平台架，见图11。预拼装时应保证屋架总长及起拱尺寸要求，保证拼装焊接质量。

图10　平房仓施工工艺流程

图11　拼装平台平面布置

4.3钢结构屋架倒运及吊装

4.3.1单榀屋架吊装方案

按照4个廒间工作面进行屋架安装，采用70 t汽车吊将整榀屋架倒运至廒间内。在倒运过程中，确保整榀屋架钢结构不碰撞平房仓土建等成品结构。

屋架安装时采用1台25 t汽车吊和1台70 t汽车吊配合吊装。计划平房仓外安排1台25 t汽车吊，廒间内安排1台70 t汽车吊。2台汽车吊将屋架吊起，随后廒间内70 t汽车吊将屋架抬高，进行屋架就位。安装第一榀屋架时，在松开吊钩前进行初步校正；对准屋架支座中心线及定位轴线定位，调整屋架垂直度，将屋架支座螺栓紧固。第二榀屋架同样方法吊装就位好后，两侧系杆安装，用以固定两榀屋架，随后流水施工，将各廒间顶部屋架安装完成。

4.3.2双榀屋架组装吊装方案

钢结构屋架在平房仓廒间内及平房仓东西两侧25 m宽沿线范围内进行双榀组合拼装，将两榀屋架间的系杆、水平及垂直支撑、檩条进行地上安装。双榀组装吊装总质量约8 t。

双榀屋架安装时采用2台70 t汽车吊配合吊装。计划平房仓外安排1台70 t汽车吊，廒间内安排1台70 t汽车吊。两台汽车吊将屋架吊起，随后廒间内70 t汽车吊将双榀屋架抬高，进行屋架就位。在汽车吊松开吊钩前进行初步校正；对准屋架支座中心线及定位轴线定位，调整屋架垂直度，将屋架支座螺栓紧固。

4.4檩条、支撑系统安装

每个廒间顶部屋架安装完成5～6榀后，可开始进行檩条、系杆及水平支撑等的安装。采用2台25 t汽车吊进行檩条、系杆的同步安装，随后进行水平支撑的安装。檩条吊运时，采用多件同时吊运。水平支撑为单杆件进场，在安装前需进行预拼装，待拼装件验收合格后，利用25 t汽车吊进行4点起吊，及时固定安装。水平系杆采用汽车吊将水平系杆运送至屋面底部，操作工人在曲臂升降机上安装水平系杆。