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浙江省電力生產(chǎn)調(diào)度大樓巨型轉(zhuǎn)換桁架的吊裝施工

作者：建筑鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)    
時間：2009-12-22 20:25:58 [收藏]

    （杭州大地網(wǎng)架有限公司 何永泉 周大干 方順生 張妙林 居榮初）

    [摘 要] 本文擇要介紹了浙江省電力生產(chǎn)調(diào)度大樓在施工中難度最大的三榀巨型轉(zhuǎn)換桁架的吊裝方案的形成和實施過程。并扼要介紹了吊裝設(shè)備的制作和試驗結(jié)果。?
    [關(guān)鍵詞] 轉(zhuǎn)換桁架、桅桿〖

    一、建筑概述?
    浙江省電力生產(chǎn)調(diào)度大樓位于杭州市教工路延伸段（黃龍路）與西溪路交叉口的東南側(cè)，為浙江省重點建設(shè)工程。由浙江省電力公司投資興建，設(shè)計單位為浙江大學建筑研究設(shè)計院，施工總承包單位為浙江建工集團，鋼結(jié)構(gòu)部分則由杭州大地網(wǎng)架制造有限公司負責制造和安裝。工

    程占地面積20畝，南北長約165m，東西長約80m。建筑物地上14層，地下3層，總建筑面積85689m2（其中地上59269m2，地下26420m2），總用鋼量為3000余噸，建筑總高度65.4m（局部69m），工程總投資約6.5億元人民幣。地下室采用全現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，主體上部采用現(xiàn)澆鋼筋（型鋼）混凝土框架??剪力墻結(jié)構(gòu)。吊裝全貌見圖1。?
    二、鋼結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換桁架安裝探討?
    由于建筑功能的需要，該建筑中包括三榀巨型轉(zhuǎn)換桁架，它們分別位于縱向A軸、B軸、C軸，橫向10軸～18軸，安裝難度很大。?
    （1） 編號HJ1桁架，跨50.515m、寬0.7m、高8.6m、重191t，安裝位置在10軸～16軸、基礎(chǔ)標高38.17m。?
    （2） 編號HJ2桁架，跨40.15m+16.55m、寬0.7m、高8.6m，重188t、安裝位置在10軸～15軸～軸。安裝基礎(chǔ)標高38.17m。?
    （3）編號HJ3桁架，跨50.515m+24.65m、寬0.7m、高8.6m、重197t，安裝位置在10軸～15軸～18軸，安裝基礎(chǔ)標高38.17m。?
    全部桁架均在工廠制造和試拼裝。但在現(xiàn)場安裝過程中，卻遇到了很大的困難。由于施工場地狹窄擁堵，施工時拼裝架設(shè)難度很大。?
    由于工期較緊的原故，土建施工日夜趕工，交叉施工情況時有發(fā)生。即使在吊裝作業(yè)區(qū)內(nèi)還有鋼筋加工場和堆放建材,施工擁擠現(xiàn)象十分嚴重。?
    建筑物的東向緊靠著居民住宅區(qū)?
    南面馬路邊就是市體委?
    西面臨黃龍路?

    為此，甲方、設(shè)計院、施工單位、監(jiān)理單位及我公司有關(guān)技術(shù)人員經(jīng)多方研究，深入分析后形成了三個可行方案，而最終又優(yōu)選第三方案作為實施方案，每個方案均有一定特點，現(xiàn)將它們簡單介紹如下：?
    2.1 一號施工方案?
    先搭建一座高位的承重拼裝平臺，使用大噸位的液壓汽吊把散件吊到平臺上，進行組裝，實施組裝、就位、焊接一體化的施工方式。?
    一號方案必須的條件是：?
    （1） 土建全面地退出桁架的安裝區(qū)域。?
    （2) 在安裝位置搭設(shè)一座長70m、寬30m、高45m的承重工作臺架，共計：94500m3，按每平方米m2耗鋼20kg，合計用鋼1890t。?
    （3)下設(shè)承重支點20個，每點承受荷重≥1300KN，這對有地下層的建筑來說，肯定是不允許的，必須進行臨時的基礎(chǔ)加固。?
    （4）吊裝設(shè)備的選擇?
    采用AC300型（線圈）300t液壓汽吊。?
    桿長59m全伸，100t平衡配重全加滿，工作半徑8m，能吊重25t。?
    （5)綜合以上情況，不難得出以下結(jié)論。就是說我們的轉(zhuǎn)換桁架是不能一步到位的，還須在平臺上拼好后作整體的水平移位后，才能到達安裝位置，擱置到基礎(chǔ)上，而且至少得移位二榀桁架。?
    （6) 由于轉(zhuǎn)換桁架在高空組焊拼接，工程質(zhì)量大大地受到影響，操作者的勞動強度大大提高，安全生產(chǎn)的隱患極大。?
    （7）必須延長工期，不能滿足工程進度的總體安排。?
    （8) 大噸位的起重機械不能發(fā)揮其長處，不能提高機械的使用效率，起重成本大幅度的提高，估計安裝費用計：2500萬元。?
    2.2 二號施工方案?
    采用地面拼裝焊接，整體吊裝提升。（液壓提升技術(shù)）到達設(shè)計標高后，再進行橫向水平移位，到基礎(chǔ)上再安裝就位。實施的必須條件是：?
    （1) 必須專門設(shè)計，制造和架設(shè)好鋼結(jié)構(gòu)的提升支架和水平移位的高空滑道和支架橫梁等，約用鋼村300t。?
    （2) 購置液壓提升設(shè)置8套，每套起重量50KN，水平推移液壓裝置2套，中心油泵設(shè)置、電子監(jiān)控裝置等，提升承重鋼線等。?
    （3）土建要讓出38m層面的大部分施工區(qū)。?
    （4)液壓提升的速度很慢，每榀轉(zhuǎn)換桁架要大約二天的時間才能到位，桁架的水平移位又需要一天時間，不但施工期長，而且構(gòu)件須懸吊過夜，安全性存在缺陷。?
    （5)操作人員在高空平臺上作業(yè)，對設(shè)備機具的要求高，油路管線壓力高，必須嚴密、可靠。估計安裝費用：1000萬元。?
    2.3 三號施工方案?
    離地500mm處搭設(shè)胎架，在胎架上拼裝2裝架，采用雙桅桿抬吊，水平移位的過程由桅桿傾斜幅度的調(diào)整來完成，使轉(zhuǎn)換桁架吊裝升空后，進行一次性的基礎(chǔ)就位。?
    實施的必須條件是：?
    （1） 專門設(shè)計、制作2根高60m，額定吊重1200KN的桅桿。?
    （2） 加固二支桅桿的基礎(chǔ)。?
    （3）密切與土建配合，實施穿插施工法，避免交叉立體施工。?
    （4)購置10t電動卷揚機4臺，800KN起重滑輪，鋼絲繩等。估計費用200萬元。?
    針對以上轉(zhuǎn)換桁架吊裝的三個不同方案。我們進行了認真的分析、比較，大家認為，三號方案的可行性比較大，同時也符合現(xiàn)場的實際情況，比較科學和經(jīng)濟。?
    （1) 桁架整體在地面拼裝，對質(zhì)量、對安全都有可靠的保障，對縮短工期也有很大的意義和作用。?
    （2) 大幅度降低了操作工人的勞動強度，將高空作業(yè)變?yōu)榈孛孀鳂I(yè)，降低了安全生產(chǎn)的風險性，加強了對勞動者的保護，著重于以人為本，推動了和諧社會的建設(shè)。?
    （3）節(jié)約了大量的鋼材消耗，免去超重型鋼結(jié)構(gòu)承重架的搭設(shè)。?
    （4）較大程度地減少了對地基加固的工程量。?
    （5)壓縮了施工期，避免了與土建爭施工、搶場地的局面。減少了相互干擾施工的不安全因素。?
    （6） 節(jié)約了大量的大噸位汽吊的臺班費用。?
    （7) 與液壓提升和水平移位的鋼結(jié)構(gòu)支承架來說，制作二根桅桿的鋼材消耗要減少很多，而且對設(shè)計、造來說也要簡單得多。?
    （8) 其次是設(shè)備的簡單化，液壓提升設(shè)備復(fù)雜，技術(shù)要求高，其中有較大部分是一次消耗的工具、材料，不能重復(fù)使用。而卷揚機、鋼絲繩、滑輪組就能重復(fù)使用，不受較大影響，從經(jīng)濟角度來說比較合算。?
    三、吊裝桅桿的設(shè)計和試驗?
    3.1桅桿設(shè)計的要求和原則?
    由于我公司為鋼結(jié)構(gòu)制造廠而非起重設(shè)備機械制造企業(yè)，因此起重桅桿的設(shè)計和制造已經(jīng)超越了我們業(yè)務(wù)范疇。但是由于施工期緊迫以及經(jīng)濟性考慮，公司領(lǐng)導(dǎo)決定自行設(shè)計、制造、試驗，以確保吊裝工作能順利完成。? （1) 為了減輕桅桿在組裝、拆卸勞動強度，同時為方便于運輸，設(shè)計的桅桿應(yīng)達到起重量大，且自重要輕的要求。?
    （2) 要求桅桿的橫截面盡可能的小而又合理。做到小巧實用，又要結(jié)構(gòu)簡單，節(jié)約鋼材。?（3）桅桿設(shè)計的長細比要合理。?
    （4）選用合理的安全系數(shù)?
    為了保證所設(shè)計的桅桿能夠正常的工作，應(yīng)該通過對安全系數(shù)的確定，求得材料的允許應(yīng)力。在一般條件下很難對桅桿在工作狀態(tài)下的外力和材質(zhì)的內(nèi)在因素作出十分精確的計算和估計。特別是桅桿在工作過程中的重力變化，角度的改變，速度的變化，風力荷載，慣性作用，材料的不均勻性等等。?
    材料的允許應(yīng)力值，取決于安全系數(shù)的選用。安全系數(shù)選用過小，允許應(yīng)力就要高，設(shè)計出來的桅桿可能就不安全，反之，如果安全系數(shù)過大，那么允許應(yīng)力就低。這樣設(shè)計出來的桅桿雖然比較安全，但是會造成大材小用，不符合節(jié)約的原則。?
    因此，在既要保證安全，又能發(fā)揮材料的最大潛力的原則下，正確地選擇安全系數(shù)或允許應(yīng)力是吊裝工程中重要而且又復(fù)雜的技術(shù)經(jīng)濟課題。?
    在本工程中，吊裝的轉(zhuǎn)換桁架重量達2000KN左右，按照規(guī)范規(guī)定，對吊裝工件重量的大小分為四個等級：超大型工件質(zhì)量為3000KN以上?
    大 型 工件質(zhì)量為800～3000KN?
    中 型 工件質(zhì)量為400～800KN?
    小 型 工件質(zhì)量為400KN以下?
    很顯然，這次吊裝是屬于大型的起重吊裝工程項目。?
    一般對大型的吊裝項目，對工件的重量、形體、性質(zhì)以及在吊裝中的特殊要求，和固定方法都是比較重視的。對工件在垂直吊裝過程中的每一處細節(jié)，都要仔細地研究分析，因此在計算上的誤差不會很大。而且，大型吊裝過程中，工件的提升速度不會很快，工件做到平衡。大型吊裝中使用的桅桿不是很頻繁，工作頻率很低。?
    因此，我們把這次工程中桅桿設(shè)計的安全系數(shù)確定為1?8。我們認為這1?8的安全系數(shù)是科學合理的，而且在以后的實施過程中也證實了我們的分析是正確的，是經(jīng)濟合理的。?
    桅桿在工作時，它是個細長的受壓桿體，桅桿主體結(jié)構(gòu)的內(nèi)力主要是壓和彎的組合應(yīng)力，因此，壓彎強度的計算不如穩(wěn)定性驗算來得重要。?
    （1） 桅桿的幾何尺寸：?
    長60m，節(jié)距1?25m×48節(jié)?
    頭部截面800×800（mm） 中部截面1300×1300（mm） ?
    （2） 桅桿材質(zhì)為Q235?
    型號為：主肢桿4根?200×200×16角鋼?
    腹桿?75×75×6角鋼?
    連接法蘭板30厚Q235鋼板?
    連接螺栓為M30×120高強螺栓 ?
    （3）技術(shù)參數(shù)?
    L0=612?i=5.98 w=13639cm3 λ=102.3?
    e=50cm A=248cm2 φ=0.59?
    （4）荷載?
    吊重1210KN，總荷載1660KN，允許應(yīng)力［σ］=170N/mm2?
    （5）公式?
    M/W+N/φA≤［σ］?
    50×1210/13639+1660/0.59×248=157N/mm2 ≤［σ］?
    （6） 結(jié)論?
    從理論上講，桅桿雖然單側(cè)受壓，但是由于桅桿的傾斜受壓狀態(tài)和纜風繩的向下側(cè)壓力，其合力的作用力通過桅桿的中心與桅桿的軸線會產(chǎn)生一定偏距，會造成對桅桿的偏心受壓。另外桅桿的不垂直也可能引起桅桿的軸線與橫截面重心不重合，也會造成荷載的偏心距。因此，我們預(yù)先設(shè)立了一個較大的偏心距50cm，而在實際工作狀況時，桅桿的偏心距是遠遠達不到50cm的。?
    在驗算中就是達到了50cm的偏心距時，桅桿產(chǎn)生了極大的彎矩，但是驗算結(jié)論得出，桅桿即使在最不利的工作狀況下，也不會失穩(wěn)，也是能保障安全可靠地工作的。?
    但是我們還得驗算桅桿的單肢桿抗壓。?
    肢桿長度1.25m 肢桿?200×200×16（mm） F=0.62m2?
    查鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計手冊表?200×200×16抗拉強度730KN,抗壓強度550KN?
    因此桅桿的單肢受力工作時不會失穩(wěn)，是安全的。?
    桅桿的抗剪、抗扭強度驗算?
    腹桿?75×75×6 A=0.074m2 L=1.8m?
    查設(shè)計手冊?75×75×6 抗拉強度107KN 抗壓強度45KN?
    桅桿扭剪力44KN 斜桿扭剪力=63KN?
    每支腹桿扭剪力為: 63KN/2=32KN＜45KN?
    腹桿在桅桿工時是安全的。?
    3.2桅桿的荷載試驗?
    為了確保吊裝工程的順利進行。因此對桅桿進行一次靜載試驗是很有必要的。?
    靜載試驗是檢驗桅桿在滿荷載工況下的工作能力的可靠性，來觀察桅桿的總體彈性變形和各連接部位的可靠度。?
    試驗的方法一般是以其他重物替代試吊或是在試驗臺上測試的。?
    以上的兩種方式我們都無法實行。其一，我們不是專門從事桅桿制造的企業(yè)，沒有專門的試驗臺。其二，現(xiàn)場的場地太擁擠，無法堆積1500KN的鋼材，沒有空地。?
    所以我們專門設(shè)計了一個與現(xiàn)場實際符合的試吊方案。現(xiàn)場示意見圖3:?

    3.3 試驗過程?
    （1) 按工藝要求布置做好桅桿，重纜繩、錨點，起重滑輪組、卷揚機、吊耳、平衡梁及其他機具的架設(shè)。?
    （2） 經(jīng)過嚴格的安全檢查程序。?
    （3）設(shè)置好試吊重物或注水容器。?
    （4)第一次試吊是額定負荷80%，起重繩按計算結(jié)果是100KN。以100KN的重物或在容器中注9m?3的水，加容器的重量10KN正好是100KN，拴在尾繩上。?
    （5)經(jīng)安全檢查后，指揮發(fā)出命令，起動卷揚機，把重物或注了水的容器吊起懸空30cm，保持停止10分鐘，在停留時間檢查吊桿的各部分狀況，并對主纜繩及其他纜繩及錨點，卷揚機等都要進行檢查并記錄。?
    （6) 10分鐘后，指揮者再發(fā)出起升命令，啟動卷揚機，把重物吊高2～3m，立即放下重物，如此升降二次后，把重物放置在地面上。?
    （7) 繼續(xù)再做第二次試驗。應(yīng)該吊重是額定荷載的110%，重物提升離地30cm，按理論計算，尾繩是120KN內(nèi)力，如此升降重物三次，檢查是否安全。?
    （8) 最后進行第三次試吊，應(yīng)該是額定荷載的125%，即1500KN。按計算尾繩的內(nèi)力是140KN，即試吊重物應(yīng)該是140KN。當卷揚機吊起140KN到30cm時停止。仔細觀察桅桿的頭部變化，整體的變形量，支座的變化狀態(tài)及主纜繩的受力和錨點的堅固情況，這時不再做升降動作。?
    （9）根據(jù)試驗觀察和記錄結(jié)果，評定出桅桿的安全結(jié)論。?

    四、轉(zhuǎn)換桁架HJ3整體吊裝簡介?
    本次吊裝共有三榀轉(zhuǎn)換桁架，即HJ1桁架長度64.8m、高8.6m、重1970KN;HJ2桁架長度56.7m、高8.6m、重188t;HJ3桁架56.7m、高8.6m、重1910KN。這里將以HJ3桁架為例說明整個吊裝過程。?
    4.1 主要吊裝設(shè)備及附屬措施?
    （1） 起重桅桿2支，自制格構(gòu)式，長度1。25m×48節(jié)共60m，自重250KN/支，額定起重量1200KN。?
    （2） 桅桿底盤是槽鋼焊接件2.5m×2.5m與桅桿采用鉸支連接，方便傾斜變幅。?
    （3）起重滑輪H80-50D共4組，起重鋼絲繩6×37+1，直徑φ21.5，長度800m，共4根。?（4）起重卷揚機是電動慢速卷揚機，起重力100KN,提升速度10m/分。?
    （5）主受力纜繩是6×37+1，直徑φ36.5鋼絲繩，調(diào)節(jié)部分用H20-4D滑輪組變幅，滑輪使用直徑φ18鋼絲繩錨固點在G軸的砼柱上。?
    主纜繩調(diào)節(jié)動力是50KN慢速電動卷揚機。?
    （6） 其它次纜繩均使用6×37+1，直徑φ21?5鋼絲繩，調(diào)節(jié)使用50KN手拉葫蘆。?
    （7） 一根桅桿使用2套滑輪組吊裝，為了保持吊裝時間的受力平均在桁架的吊耳上，用平衡吊梁平衡重量。?
    （8） 第一次安裝HJ3桁架時，桅桿布置在B軸上，其中甲桿在12軸，乙桿在16軸，甲乙桿的吊裝方向都向西，桅桿向西傾斜10.5m，桅桿底盤都布置在下一層的柱頂上。?
    每根桅桿的纜風繩不少于6支，主纜繩2支，次纜繩4支。?
    （9)桅桿的上前方即黃龍路，不允許有跨路的纜風繩，因此只能在場地內(nèi)設(shè)置重壓式錨點固定。?
    （10)桅桿的底盤下輔枕木一層，底盤四周使用直徑φ26鋼絲繩拉緊固定，以保持在桅桿受力工作時的底部不發(fā)生移位。?
    4.2 拼裝?
    HJ3因為體積超寬，道路交通也不允許整體分段運輸，所以構(gòu)件只能以單件形式進場。?（1) 先把下弦桿三段按設(shè)計要求，墊放在胎模上調(diào)直，調(diào)整好起拱度，進行對接，焊接嚴格按工藝標準。?
    （2） 把豎桿按布置位置吊好，校正施焊，并支撐好斜桿。?
    （3）吊裝上弦桿到位，使桁架成為一個整體，再把腹桿對稱地吊焊上去。?
    （4）隨時進行測量和校正工件，以保證幾何尺寸的可靠性。?
    （5）在桁架地面拼裝時，除了使用H型鋼的4道斜撐外，還加布設(shè)了2對φ21.5的鋼絲繩纜風4支。加固穩(wěn)定桁架，纜風繩采用50KN葫蘆收緊在砼柱上。?
    4.3〓鋼桁架HJ3的吊裝全過程?
    經(jīng)過前一天的試吊后，于2004年10月30日上午8時許開始正式起吊。當日，天氣晴朗，無風，于9時10分安全就位。?
    （1) 按照預(yù)定的分工各崗位進入了角色，各自按照要求檢查了各自的作業(yè)范圍的安全狀況，都依次向總指揮報告，總指揮全面地了解了情況以后，認為一切情況屬于正常，發(fā)出了起吊命令。?
    （2) 起動了4臺100KN卷揚機，待HJ3桁架被吊分離地30cm時總指揮發(fā)出停止命令，桁架停止上升，組織人員對HJ3桁架進行了人為的沖擊、晃動，等工件靜止后，對吊裝的機具設(shè)備再次進行檢查。各崗位自查，關(guān)鍵部位由技術(shù)負責人檢查，實行記錄，再向總指揮匯報情況。?
    （3)檢查結(jié)束無異常，總指揮發(fā)出起吊命令，起動4臺100KN卷揚機，使桁架平衡地緩慢向上提升。工件提升時，用白棕繩把工件的兩端栓住、牽引，并附著工件的上升慢慢地緊、松繩子，其目的就是使工件不發(fā)生晃動，避免與其它物體或是土建砼體相碰撞。?
    指揮者隨時觀察著工件的水平程度，并發(fā)出調(diào)節(jié)的命令使工件能保持水平狀態(tài)上升。?
    （4）等工件補被吊高到安裝標高時，總指揮發(fā)出停止命令，停止工件的上升，然后，發(fā)出變幅命令，起動4臺5t卷揚機對桅桿的角度實行變幅，由原來傾斜的10.5m調(diào)正到6m，附著桅桿的扶直過程，主纜繩的滑輪在轉(zhuǎn)動，主纜繩在收短，工件也慢慢地變幅移動，到了基礎(chǔ)的上空。?
    （5)到達安裝位置后，總指揮發(fā)出停止變幅的命令。接著發(fā)出指揮命令，下降工件，由38m層面上的分指揮通過對講機把工件與基礎(chǔ)的實際情況匯報給總指揮，總指揮根據(jù)反饋的信息，發(fā)出調(diào)節(jié)指令，準確對位，使桁架HJ3平穩(wěn)地下降到了基礎(chǔ)上。?
    （6) 工件的正確對位后，工件的60～80%的重量擱置到基礎(chǔ)上后，停止卷揚機的動作，及時地收緊2對桁架的纜風繩，同時由經(jīng)緯儀測量垂直度，檢測定位以后，立即把支撐的桿件焊好，用以穩(wěn)固桁架，穩(wěn)固工件的支撐共三支，保障桁架的安全性。?
    （7) 支撐桿為格構(gòu)式，長度10m，用4根?50×50×5角鋼作為主肢桿，腹桿用?40×40×4角鋼焊接而成，中間截面為400×400，兩端截面200×200,支撐桿用塔吊吊裝就位，上端與桁架的上弦桿焊接，下端就和砼層面上的預(yù)埋鋼板焊接，埋件位置在B軸與10軸、15軸、17軸的交點上。?
    （8) 待HJ3桁架按設(shè)計要求和工藝布置焊好以后，經(jīng)質(zhì)檢和嚴格的安檢后，確認桁架穩(wěn)定、堅固時，慢慢地放松10t卷揚機，并且對桁架進行安全監(jiān)控。最后，全部松掉吊裝設(shè)備，拆去連接吊點機具后。移動吊裝的桅桿，移到下一榀桁架吊裝的位置，做下一輪吊裝的準備工作。?
    吊裝HJ3桁架時的受力分析見圖4。

    五、結(jié)論?
    本次三榀轉(zhuǎn)換桁架的吊裝工作，由于領(lǐng)導(dǎo)重視，相關(guān)技術(shù)人員和工人齊心協(xié)力，聯(lián)合攻關(guān)，所以工作進展十分順利，實際每榀吊裝到位時間僅僅花了1小時10分，完全符合施工質(zhì)量要求，得到了領(lǐng)導(dǎo)機關(guān)和各相關(guān)單位的一致好評。不僅滿足了施工進度的要求，而且大大節(jié)省了施工費用，說明在施工過程中挖掘經(jīng)濟潛力還是十分巨大的。

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