狭小空间下钢结构的吊装方法

陈小东（1.中铁建设集团有限公司，北京 100040；2.中铁建设集团华东工程有限公司，江苏 昆山 215332）

社会的快速发展，致使大多数建筑物的使用功能已无法满足现状使用要求，因此改建工程和扩建工程日益增多。钢结构具有自重轻、施工速度快、工业化程度高、对现有建筑物使用干扰小等优点，使其成为改扩建工程中应用较为广泛的结构。但改扩建工程中一般存在施工场地狭小，无法使用常规机械进行钢结构吊装作业现象，因此施工过程中常常会结合现场作业环境特点，发明使用一些自制的吊装装置。

1 工程概况

某高铁站房进行改扩建，改扩建中原建筑物与新建筑物之间通过设置钢连廊进行连通。本连廊钢梁均为 H 型钢梁，大部分长度为 6.6 m 左右，重量约为 2 t，其中最重的钢梁截面形式为 H 600×200×12×16，长度为 11.7 m，重量为 3.21 t。连廊梁上钢柱均为矩形方钢管，其截面形式主要为 BOX 200×200×14×14，长度约为 3.72 m，重量约为330 kg。钢梁截面形式见表 1。

表1 钢梁截面形式

2 研究背景

原建筑物围护结构为幕墙玻璃，且原建筑物与新建建筑物在 0 m 标高处距离仅为 2.4 m，无法使用汽车吊进行吊装。为保证原建筑物使用安全，保证旅客生命安全，减少施工对现有站房使用的影响，项目部特针对此种工况发明设置了一种适合在狭小空间下的吊装装置。

3 装置原理

3.1 吊装装置设计原理

原建筑物与新建建筑物之间距离较小，无法使用常规的机械吊装，且钢连廊上方无施工吊点，综合以上情况，现场考虑采用 5 t 卷扬机作为动力系统，并自制钢扒杆作为钢构件的吊点，形成一种钢扒杆吊装装置。

钢扒杆采用两根截面尺寸为 Φ219 mm×16 mm，材质为 Q345B 的圆钢管通过坡口全熔透焊缝焊接成一个形状类似“7”的简易钢扒杆，圆钢管根部通过销轴(φ 30）与现有楼板埋件上的耳板连接，耳板厚度为 2 cm，耳板与埋件采用坡口全熔透焊接。钢扒杆在吊装中通过 5 t 手拉葫芦与现有结构钢梁连接固定，起到调节角度和固定作用，两侧拉设缆风绳，扒杆活动的角度为 60º～85º 之间。通过有限元计算，“钢扒杆”吊装装置最大起重重量为 3.2 t。图 1 为钢扒杆结构形式，图 2 为钢扒杆根部与下部楼板连接节点图。

图1 钢扒杆结构形式

图2 钢扒杆根部与下部楼板连接节点图

4.2 吊装装置可行性分析

4.2.1 杆件受力分析

采用有限元软件 Midas 建模，且对扒杆仰角 60° 和 85° 均建立了对应的模型，扒杆采用 Q345B 级 P 219×16 圆管，荷载考虑结构自重 DL 与吊物产生重量 LL，荷载组合考虑 1.3DL＋1.5LL；钢扒杆仰角 60° 时最大应力为 241.1 N/mm²，最大设计应力比分布为 0.80，拉索轴力为 49.5 N，底脚最小反力 FX=84.17 kN，FY=0.11 kN，FZ=111.37 kN，FXYZ=139.60 kN，底脚最大反力 FX=84.17 kN，FY=0.11 kN，FZ=111.37 kN，FXYZ=139.60 kN；钢扒杆仰角 80° 时最大应力为 210.6 N/mm²，最大设计应力比分布为 0.66，拉索轴力为 44.1 N，底脚最小反力 FX=54.02 kN，FY=0.08 kN，FZ=133.26 kN，FXYZ=143.79kN，底脚最大反力 FX=54.02 kN，FY=0.08 kN，FZ=133.26 kN。

图3 钢扒杆受力模型图

根据模型分析，拉索的承载力需在考虑安全系数后 ≥5 t；采用 Q 345 B 级 P 219×16 圆管作为扒杆可满足强度和稳定要求；拉索所生根的主钢结构可满足强度和稳定要求；扒杆底部传递于楼板的最大作用力设计值为水平力 Fx=84.2 kN，竖向力 Fz=133.3 kN，两者属于不同的工况。

4.2.2 楼板承载力校核

根据第 4.2.1 节分析，已知扒杆将传递水平力和竖向力于楼板，且由于销轴与楼板间存在 90 mm 的高差及楼板自身厚度 150 mm，因此水平力将对楼板产生的弯矩，扒杆仰角60° 时：Ma 1=84.2×(90＋150/2）/1 000=13.9 kN.m。扒杆仰角 85° 时：Mb 1=54.0×(90＋150/2）/1 000=8.91 kN.m。

扒杆通过耳板与端板传递于楼板，端板宽度为 250 mm，端板中心距楼板边缘 600 mm，楼板跨度为 2 m，则根据《建筑结构荷载规范》(GB50009-2012)，可确定局部荷载的有效分布宽度为：b= bcy＋0.7l =250＋150＋0.7×2 000=1 800 mm；竖向力对楼板产生的绝对最大弯矩，扒杆仰角 60° 时：Ma 2=111.4×0.6×1.4/2=46.8 kN.m；仰角85° 时：Mb 2=133.3×0.6×1.4/2=56.0 kN.m。

则两者弯矩组合，楼板承受的最大绝对弯矩为：

M=56.0＋8.91/2=60.5 kN.m

楼板为压型钢板组合楼板，压型钢板采用 YX 65-170-510-0.91，板底于每肋间配置一根 φ14，板顶配置双向 φ 14 @ 150 钢筋。偏于安全压型钢板受力仅考虑底部平直部分的钢板，则 1.8 m 宽度楼板的弯矩承载力为：

可见楼板承载力满足要求。

5 吊装流程

在现有完成 13.6 m 混凝土楼面上设置四个“钢扒杆”，位置与构件吊点位置在一条直线上，扒杆吊装过程中只作为垂直运输及吊装的吊点（左右方向不移动），左右两个侧方向通过双向缆风绳保持固定。

单个钢平台分成三到四个分段进行吊装，吊装采用单点吊装，构件从下个楼层平面直接垂直起吊，起吊及构件平移过程中，左右两侧通过人工拉设缆绳保证构件不在空中回旋，最大分段吊重 3.2 t，具体详见图 4。

图4 钢连廊吊装平面示意图

步骤一：从 0 m 层搭设操作脚手将 4 号连廊的埋件种植在 T2 登机长廊的 4.2 m 层的混凝土梁上，并安装钢牛腿和单向滑移支座。操作脚手的步距为 1.5 m，纵距为 1.8 m，横距为 1.2 m。

步骤二：在 13.6 m 层楼板上安装 4 个钢扒杆，进行4.2 m 层连廊框架的下部钢框架吊装，先将主梁吊装就位，然后根据次梁吊点位置调节钢扒杆的角度进行次梁吊装作业。吊装完成后在其平台钢梁上搭设操作脚手，进行 4.2 m层上部钢框架吊装。

步骤三：在已吊装完成的 4.2 m 层连廊框架的上部钢梁上搭设操作脚手进行 13.6 m 层连廊框架的吊装，先将主梁吊装就位，然后根据次梁吊点位置调节钢扒杆的角度进行次梁吊装作业。钢结构全程施工过程中，采用石棉布对原建筑物玻璃进行保护工作。压型钢板待上下两个连廊吊装完成后，脚手拆除后铺设。

图5 施工示意图

6 结 语

根据本工程空间狭小且钢连廊上部无吊点的特点，项目部采用这种可旋转的钢扒杆吊装装置代替传统的机械进行吊装，这种装置具有可拆卸、吊点位置可调节、移动方便、循环使用等特点，有效的解决了场地狭小无法使用汽车吊吊装的问题，保证了施工工期，也减少了吊装机械成本。

这种装置的应用为日后相似工程的吊装作业提供了一定的借鉴意义。