某大型钢桁架吊装方案的计算与分析

2013-03-12李九阳

长春工程学院学报（自然科学版） 2013年1期

纪花，李九阳

（1.长春工程学院机电工程学院；2.土木工程学院，长春130012）

1 工程概况

该工程位于某市繁华地段，属于某工程项目组团中的钢结构部分，钢结构总工程量为315t，桁架及牛腿等钢构件均为工厂预制，采用50mm厚Q235DZ钢板制作，运至现场后吊装、组装。其中最大的构件是两榀钢桁架，分别位于①轴、Ⓐ轴上，单榀桁架重约95t，安装跨度28.2m，总共分成3段，长度分别为7.8m、12.6m、7.8m，桁架底标高20.87m，置于3根直径1.4m的钢筋混凝土柱上，下部空旷；桁架顶标高25.27m，施工完毕与主体部分连接形成穹顶，由于该桁架体积大、重量大、位置高，而施工场地又比较狭小，东面是主要街路，南面是胡同，后面相关建筑已先期做完，平面位置见图1，因此施工难度相当大。从桁架的卸车、吊装、拼接等每个环节都需要周密的考虑与细致的计算。下面对Ⓐ/①～⑤轴桁架从吊装的角度进行方案的分析与计算。

图1 平面位置图

2 吊装机具的选择

施工机具的选择是整个吊装方案的重点，机具选择适当与否决定了吊装的成败，根据构件及场地的现状，考虑到汽车式起重机的灵活、机动的特点，决定选用液压传动汽车式起重机，双机抬吊，吊装机型号的选择需满足以下几方面的因素。

2.1 构件吊装高度

构件吊装高度（H）＝吊钩及钢丝绳高度（H1＝3.0m）＋构件高度（H2）＋构件底至地面高度（H3）＋安装间隙（H4＝0.3m），即H＝H1＋H2＋H3＋H4＝3.0＋4.4＋20.87＋0.3＝28.57m。

2.2 吊装重量及起吊荷载

吊装重量（Q）＝吊钩及钢丝绳重量（Q1＝3t）＋最大构件重量（Q2）＋卡具及其他重量（Q3＝2t），即Q＝Q1＋Q2＋Q3＝3.0＋95＋2＝100t。根据现场情况，起重机只能在 Ⓐ轴两端站位，考虑到钢桁架的吊装采用焊接吊装环，吊装环焊接于桁架的上弦杆，为了避免桁架上弦杆节间受力引起受弯，吊装环的位置尚应考虑桁架的节点间距，吊点分别设在距构件重心10.1m、12.6m处，受力图见图2。

图2 受力图

Q＝100t，根据平衡，计算起吊荷载：P1×10.1＝（Q－P1）×12.6，P1＋P2＝Q，所以P1＝55.5t，P2＝44.5t。

2.3 起吊回转半径

根据构件重量、吊装高度及现场状况，对Ⓐ轴桁架的吊装采用2台QY16、QY34型汽车式起重机，双台整吊。其中在⑤轴处选用QY164型汽车式起重机，在①轴处选用QY164型汽车式起重机。为保证吊装安全，对每台吊车按性能参数乘以0.85的折减系数。⑤轴处QY16型起重机，根据起重机性能参数：回转半径7m，吊车出杆30.4m，吊装重量56t×0.85＞44.5t，①轴处 QY34型起重机，根据起重机性能参数：回转半径14m，吊车出杆34m，吊装重量70t×0.85＞55.5t。QY16、QY34型汽车式起重机部分性能参数见表1和2。

表1 QY16（160t）吊车性能参数

表2 QY34（340t）吊车性能参数

3 吊点受力计算

3.1 吊装点焊缝长度计算

吊装鼻子承受的最大荷载为55.5t，拟采用50mm厚Q345D钢板制作，一级全熔透侧面角焊缝，焊角尺寸hf＝10mm，焊缝强度fwf＝160N/mm2，则所需焊缝长度为考虑焊缝质量，为安全起见，取焊缝长度lw＝600mm。

3.2 吊装环截面尺寸确定

考虑吊装承受动力荷载，取动力荷载分项系数1.4，钢材强度设计值fy＝295N/mm2，所需吊装环截面面积为根据吊装要求，吊装环上需开直径为150mm的圆孔，根据钢板的构造要求，拟采用图3所示截面（钢板厚50mm），则吊装环孔削弱处上部净截面面积为：A净＝（400－150）×50＝12 500mm2＞2 634mm2，满足要求。在吊装时在吊装环两侧各焊接2块50mm厚400mm×300mm的加劲板，防止侧向倾覆。

图3 吊装环截面图

3.3 吊装绳子选择及卡环确定

起吊时，吊装绳夹角约为35°，根据上述计算，吊点承受的动力荷载为77t，选用50t双股吊装绳，每股吊装绳承受的拉力验算如下，满足要求，卡环选用63t卡环，也满足要求。

4 地面受力计算

采用汽车式起重机方便灵活，但其压脚承受较大的压力，必须采用牢固的地面，以避免侧翻、倾覆和不均匀沉降。下面就QY34型汽车式起重机做详细的计算，QY16型汽车式起重机与此计算方法相同，不再赘述。

4.1 QY34型汽车式起重机支脚竖向压力计算

QY34型汽车式起重机自重160t，吊装构件及索具等自重约为60t，根据汽车式起重机的外形尺寸、出杆长度、支脚纵、横向间距，按照满吊时不向前倾覆计算出前面2个支脚承受的压力，空吊时不向后倾计算出后面2个支脚承受的压力，后面2个支脚承受的压力大于前面2个支脚的压力，取后面2个支脚压力的1/2作为单个支脚的竖向压力，取值为82.5t。

4.2 支脚处地面验算

考虑汽车式起重机支脚压力较大，为防止地面沉陷，地面采用300mm厚钢筋混凝土硬化地面，硬化地面底部45°扩散角之内采用素土夯实，查得素填土的地基承载力标准值为fk＝115MPa，设计值f＝1.1fk＝1.1×115＝126.5MPa，则单个支脚竖向压力所需底面积6.85m2，为避免4个支脚不均匀沉降，将4个压脚基础连在一起，考虑受力，并考虑支脚纵向间距6.25m、横向间距6m以及场地条件，以站位圆心为对角线交点固化7×7＝49m2面积（起重机站位见图1），基础底板按构造要求配置φ12＠200的构造钢筋。

5 钢桁架的吊装

钢桁架在现场拼装成整体后，采用QY160和QY340汽车式起重机同时起吊，构件吊装前先复核构件及柱轴线尺寸，各项无误后开始起吊。根据上述分析起重机的性能和构件的重量，QY160起重机出杆30.4m，回转半径7m，吊装高度28.57m，QY340起重机出杆34m，回转半径14m，吊装高度28.57m。桁架吊装起来后，技术人员必须统一信号，保证2台起重机同时出杆，将构件移至安装位置，与Ⓐ轴线重合，然后垂直水平上升，直至安装高度，并在构件两端栓好缆绳，为了便于安装定位，采用螺栓连接与焊接相结合的方法，将桁架对接就位后，先采用高强螺栓将桁架临时固定，然后将桁架上下翼缘焊接，焊好后再将高强螺栓拆除。为保证安全与防风，钢桁架安装前，在高空连接处底部和内侧搭设脚手架，（脚手架的搭设与其他构件相同），底部脚手架的高度比桁架底部低1m，四周采用脚手架设置护栏，并用密网围好。焊接时，采用多层多道焊接方法减少焊接残余应力，减小变形，构件焊接完毕，吊车松钩，吊装完毕。