吉布洛电站主厂房吊车梁吊模施工设计
2011-01-19宋海印黄河勘测规划设计公司
□宋海印（黄河勘测规划设计公司）
□焦洪波（华北水利水电学院）
□刘付荣（郑州水文水资源局）
吉布洛电站主厂房吊车梁吊模施工设计
□宋海印（黄河勘测规划设计公司）
□焦洪波（华北水利水电学院）
□刘付荣（郑州水文水资源局）
本文结合吉布洛电站厂房上游吊车梁采用吊模施工的计算、设计及施工，分析了采用吊模施工的优势及具体过程，对吊车梁等高空作业面模板施工技术改进具有一定的推进作用。
吊车梁；吊模；桁架
一、工程概况
吉布洛水电站厂房为半地下整体独立式钢筋混凝土结构，地下38m、地上14m，总高52m。根据现场实际施工情况，厂房上游侧受施工场地及其他原因制约，厂房上游侧的吊车梁采用了吊模现浇混凝土施工方案。
主厂房排架柱施工完毕后，吊车梁在排架柱牛腿顶部平台上施工。如果采用传统的现浇方式，要在吊车梁底部采用大量的竖向支撑来保证吊车梁模板的稳固，同时由于吊车梁施工属于高空作业，不仅施工平台空间较小，作业量增大，施工进度较慢，而且存在较多安全隐患；采用吊模施工，减少了高空作业工作量，对现浇吊车梁的模板采用自承重形式，使吊车梁的钢筋、模板和埋件施工可以在地面进行，具备平行施工的条件，加快了施工进度，减少了安全隐患。
吊模结构是在吊车梁的内部制作多榀组合桁架来承受梁内的所有荷载，而省去常规模板下部的竖向支撑。在混凝土浇注时将桁架一同浇注在混凝土内，为简化梁内钢筋和桁架的结构以及相互之间的干扰，通过计算和更改结构可以将部分桁架杆件与梁内钢筋进行共用，以减少工程量和桁架的重量。
二、基础资料
吉布洛水电站主厂房上游侧吊车梁共有3种形式，假设为La、Lb、Lc，其中 La、Lc 各一根，为端部吊车梁，长度相应较短；Lb共八根，为中部梁，长度一致。这里主要介绍Lb梁的施工设计。Lb吊车梁断面为T字型，总高1.2m，总宽0.9m，其中腹板宽0.4m、高0.95m，翼板高0.25m、宽0.9m，长度5.88m。
三、荷载资料
施工过程中，吊模桁架主要承受的荷载有吊车梁自重、吊模模板重量、桁架自重、施工时人员设备等所产生的施工活荷载，由于吊车梁混凝土方量较小，施工及浇注时间较短，对于风荷载等不会对吊模桁架产生长期和决定性影响的荷载暂不考虑。对于Lb梁，各荷载取值见表1：
表1 各荷载取值表
四、桁架形式的确定及内力计算
施工过程中，桁架承受的荷载主要来自于梁的自重，因此将桁架所承受的荷载视为均布线荷载。在进行桁架形式确定及内力计算时，首先假定为所有荷载均由一榀桁架承担，在进行材料及截面选取时再根据总的桁架内力情况和整体稳定性进行桁架榀数的确定。
（一）桁架形式的确定
考虑到吊车梁腹板宽度较小及翼板厚度较薄、且内部钢筋密集的特点，为减少钢筋和桁架之间的干扰，首先考虑利用吊车梁底部的主筋作为桁架的下弦杆。由于梁底主筋长度为5.78m，因此确定桁架的长度与梁底主筋相同为5.78m。
桁架高度按照桁架长度的1/6取值，该桁架的高度为0.965m。由于该高度尺寸与吊车梁内部腹板与翼板相交处的受力钢筋位置几乎相重合，因此可以将桁架的上弦杆也与吊车梁内部钢筋共用，为保证钢筋的制安尺寸，确定桁架高度为0.95m，并经过计算与选择，最终确定的桁架形式。桁架具体参数见表2:
表2 桁架具体参数表
对Lb梁，采用节点法对各杆件所受内力进行计算。
相应杆件受力情况见表3：
表3 相应杆件内力值 （单位：t）
由上表计算可知，各杆件内力都没有超过相应钢筋的最大允许应力。
（二）桁架榀数的确定
由于吊车梁翼板高度只有0.25m，不适合在其内部安装桁架，而且每侧翼板只比腹板宽出0.25m，很容易将翼板底部的支撑和模板与腹板底部支撑相结合，因此只需将桁架安装在吊车梁腹板内即可。腹板宽度0.4m，且腹板内钢筋较密集，因此暂选桁架榀数为2榀。
（三）杆件计算长度的确定
根据相关规范要求，计算确定各杆件的计算长度为：上弦杆和下弦杆均为0.723m、竖腹杆0.95m、斜腹杆1.19m。
（四）桁架材料及截面的确定
为方便桁架加工和制安，均采用螺纹钢作为桁架的主要材料，经过计算和选择，各杆件选用的钢筋截面具体见表4：
表4 杆件选用的钢筋情况表
（五）节点板设计
按照相关规范要求计算，最终确定上、下弦杆焊缝长度不得＜20cm，斜、竖腹杆焊缝长度不得＜13cm。
根据焊缝长度要求及各杆件的位置摆放关系和最小间距，确定节点板平面尺寸为0.113m×0.13m，下弦杆中间处节点板尺寸为0.22m×0.13m。
根据各杆件受力大小并结合现场材料实际情况，经计算确定节点板厚度选取10mm厚钢板。
五、桁架稳定性验算
根据相关规范公式计算，该桁架的挠度变形量为3.81mm，小于最大允许值L/600=9.63mm，满足设计要求。
六、桁架及吊模自重校核
（一）桁架实际自重
根据现场实际桁架的制作情况，制作桁架所需材料总重量见表5：
表5 制作桁架所需材料总重量表
经计算，桁架实际荷载小于选用设计荷载，满足设计要求。
（二）吊模实际自重
根据现场实际吊模的制作材料，制作吊模所需主要材料总重见表6：
表6 吊模所需主要材料总重表
经上述计算，吊模实际荷载小于设计荷载，满足设计要求。
七、起吊稳定性验算
按照设计荷载，吊模、桁架及钢筋总重为2.098t，为保证桁架稳定，钢丝绳与水平夹角不应＜45°，则每根钢丝绳长度均不得＜2.1m。
按照最小角度45°计算，动力系数取1.5，则每根钢丝绳起吊时所受拉力为2.23t，由于该荷载较小，可选用吊带或其他起吊工具，只要确保其允许拉力大于该设计值即可。
吊模在起吊过程中，个别杆件受力情况会与实际工作时的受力情况相反，因此需对各杆件逐一进行验算。假定所有荷载均作用于桁架下弦杆上，对总荷载逐项分解至单榀桁架上之后，对桁架各杆件所受内力进行计算，经过计算，桁架各杆件在吊装时所受的内力荷载均远小于工作荷载，其轴向受力、长细比和稳定性均满足设计要求。
八、吊模吊装就位
按照施工安排，主厂房下游侧吊车梁全部采用预制，上游侧吊车梁全部采用吊模施工。
吊模结构就位后，调整模板位置以满足设计要求。同时调整下部两侧的钢板，使之与牛腿的预埋钢板完全接触，届时可根据机电要求确定对该钢板的焊接和固定情况。
吊模位置确定后，在吊模两侧制作支撑与脚手架管相连，以防止模板发生侧变形。同时为减小梁底的挠度变形，保证吊模安全，在梁底中心位置处采用6m长的6寸钢管制作一道竖向支撑，在钢管上、下部各焊接一块0.3m×0.3m的钢板，钢板厚度为10mm。钢管上部与梁底中心位置的脚手架管相接触，下部坐落于由脚手架管搭设的施工平台上，钢管底部附近的脚手架管应进行加密，按照承重形式搭设，以满足钢管所承受的竖向压力。
九、施工要求注意事项
一是吊模各工序施工完毕后，都必须进行验收合格后方可进行下道工序施工。二是桁架、钢筋、模板制作时均要保证尺寸准确。钢筋、模板及机电埋件施工时只要满足强度和稳定即可，不可将过多的物件放置在吊模内，以减轻吊模的整体重量。三是吊模结构所采用的木材，在满足强度要求下，要选用干燥、轻质的木材。四是浇注时除振捣人员和振捣棒等必须的人员和工具之外，其余人员、振捣电机和工器具等均不得停留或放置在吊车梁上。五是浇筑时必须严格执行分层浇注，每层敷料厚度不得大于30cm，下料时必须缓慢入仓，尽量降低料斗的卸料高度，且料斗应沿吊车梁长度方向均匀移动。坚决禁止滚仓浇注和在同一处下料过多，以防止产生集中荷载而影响吊模的安全和稳定。六是施工时应对吊模进行密切监视，如发生特殊情况及时会同项目部相关部门及人员共同商议解决。
十、运行情况
吉布洛电站首台机组已经投入运行，主厂房桥机已经完成了4台机组定子和转子等的安装，结果证明，吊车梁吊模设计及施工是成功的，不但加快了施工进度，而且减少了施工机械及人员的投入。
宋海印（1978-），男，工程师，主要从事水利水电工程的设计、施工和管理。
2011-06-18
