大跨度钢梁吊装施工管理

陆 洋

（苏州科信建设发展有限公司，江苏 苏州 215600）

0 引言

为完成大跨度钢梁吊装施工，组建了吊装施工攻关小组。攻关小组根据钢结构部分的深化设计图纸、《钢结构设计标准》《钢结构工程施工质量验收规范》要求，制定了构件吊装施工工序、施工工艺。在方案制定过程中，借鉴了《浅谈钢结构工程中的项目质量管理》《吊装工程的安全技术要点》《吊装作业的安全措施》等文献资料中解决问题的方法思路。本文针对吊装起重设备选择、施工管理进行探讨。

1 工程概况

高新区创新创业服务中心项目，位于张家港市高新区塘桥镇。本项目是张家港市高新区整体规划其中的一个重要功能分区。服务中心环境空间开阔优美，各向立面简洁流畅，造型新颖美观，庄重大方，富有时代气息。努力创造“以人为本”，“与环境共生”的会展环境。结合建筑性质和对大跨度空间的需求，高新区创新创业服务中心建筑立面造型体现统一而富有现代感的高科技风格。材料上采用玻璃、石材、挂板和铝板的组合，结合屋顶大型钢结构构架形成和谐统一的现代建筑形象。

服务中心建成后，将成为张家港市塘桥镇的高新区，是特色鲜明，功能完备，高品位、高起点的标志性建筑。拟建工程位于张家港市塘桥镇境内，场地西侧为西环路，南侧为大塘路。本地区属于亚热带季风性气候，历年平均气温15.1℃，极端最高气温41.2℃，极端最低气温负11.3℃。年平均降水量1 020.7mm，最大降水量1 748mm。

地质情况：开挖范围为第①层 杂质土、第②层 粉质粘土、第③层 粉质粘土夹粉土、第④-1层粉土夹粉沙、第④-2 层粉砂夹粉土、第④-3层粉细沙、第⑤层 粉质粘土、第⑥层 粉质粘土夹粉土、第⑦层 粉细砂。勘测深度内场地地下水可分为上层滞水层（85 高程2.78～4.24m，平均高程3.58m）和孔隙承压水（埋深很深，对本工程无影响）。

本工程总建筑面积19 999.8m2，单层建筑面积3 000m2。建筑高度为24m。地下2层：平时为地下车库及战时人防物资仓库；地上4 层：为办公室、展厅及附属用房。主体为钢框架-钢筋混凝土结构形式，钢结构部分框架柱主要采用箱型柱和钢管柱，钢梁主要为H 型钢梁，建筑物宽度为54m，建筑高度为25m，桩基础。主体图纸已就位，二次深化设计量较大，外墙钢结构，装饰幕墙，玻璃幕墙，钢结构屋面及电及智能化系统由专人负责图纸设计，随施工进度限期完成，以确保工期。

2 吊装施工方案介绍

总体安装顺序为：每层钢柱安装→主次钢梁安装→桁架楼层板等安装，安装从A 组向k 轴组织流水施工，施工顺序可根据土建施工方向进行调整。

2.1 施工特点和方案设计

因部分钢梁长度大于30m，属于超过一般规模危险性较大的分部分项工程。钢架构件长，重量大，选择起重机及相关辅助吊具、吊装结构偏差控制，是本工程控制重点。钢结构采用分层安装，即安装完成每层的钢柱后及时安装对应层的钢梁，在钢梁完成后及时安装对应层的桁架楼承板，在完成下层的结构后施工上层的结构。

2.2 设备选择

本工程钢结构（钢柱、钢梁等）根据吊装构件重量，采用500t 履带式起重机直接吊装。建筑物宽度约54m，一半为27m，500t 吊车宽9m，一半为4.5m，考虑离开建筑物的安全距离，吊车的回转半径考虑为34m 左右。钢柱吊装考虑吊点设置在钢柱两侧的上下柱安装连接用的耳板上，钢丝绳高度考虑约1m 左右，根据上面数据钢柱吊装的最高高度为25（柱顶最高度）+0.2，（最小间隙）+1，（最小钢丝绳长度）=26.2m。钢柱部分最大重量约10.5t，考虑吊索具重量吊重约为11t 左右，考虑回转半径最大34m，考虑采用QUY300 型300t 履带吊。钢柱吊装示意图，如图1 所示。当回转半径为34m，主臂长度42m 时,起重高度大约28m，起重能力为24.4t，能满足钢柱的起吊要求。钢梁采用两头捆绑吊装，其吊装高度计算示意图，如图2 所示。同样钢梁部分最大分段重量约18.3t，考虑回转半径最大34m。考虑采用QUY500W 型500t 履带吊。当回转半径为34m，主臂长度54m 时,起吊高度约38m，起重能力为42.5t，满足钢梁的起吊要求。

图1 钢柱吊装示意图

图2 钢梁吊装高度计算示意图

为了充分调动项目资源、发挥互补优势，做好各种运输机械、大型吊装机械及材料、构配件、工具的调配工作，所有器械都必须在开工之前进行检查和调试，同时按方案规定进行标识统计。在施工过程中，项目部设备管理人员应随时统计设备状况的变化并及时汇总。

3 吊装施工技术管理难点分析

3.1 吊车选用难点分析

本工程钢梁主要为H 型梁，采用汽车吊进行吊装。每层平面内可由中间向两侧安装或两侧向中间安装，高度上的吊装由底层向高层顺序。根据以往类似工程的经验，钢梁采用工厂分段制作，现场拼装后整体吊装，采用500t 履带起重机“单机吊装”，由于跨内为地下室顶板，且内部空间较小，不便于在跨内进行吊装，故采用跨外吊装的方式，且起重机站位应避开外侧地下室顶板位置。

3.2 吊装工况难点分析

每层钢柱的分段断点在钢梁上翼缘标高上1.2m 左右。夹层钢梁的最长构件长度13.74m，最重的约为2.3t，吊装标高3.83m；二层钢梁的最长构件长度31.04m，最重的约为13.2t，吊装标高7.80m；三层钢梁的最长构件长度31.34m，最重的约为13.2t，吊装标高12.3m；四层钢梁的最长构件长度31.04m，最重的约为18.2t，吊装标高16.75m；屋面钢梁的最长构件长度16.04m，最重的约为3.2t，吊装标高25.0m。选用吊具与钢丝绳，是否满足吊装需求，需核算后选用。

3.3 吊装注意事项

地面要求:地面平整，坚硬水平，履带起重机站位地面做法：素土分层夯实（夯实系数≥0.94），+150 mm厚C20 素混凝土。吊装指挥:吊装作业的核心是指挥系统，也是施工安全管理的关键。应在施工前成立吊装管理小组。为作业制定指挥操作系统，绘制现场平面图，落实现场分工和责任，使整个吊装过程安全顺利进行；作为大型构件的吊装作业，必须制定一套细致的管理方法，每一位作业人员都需明确自己的责任分工，岗位指责、应急预案，以保证作业顺利；现场应统一指挥，设主、副指挥员，两者互相配合,全面把控现场情况。主副指挥使用对讲机和手势进行沟通，主指挥和副指挥分别指挥两台吊车，随时调整吊车的工作半径和相对位置情况。吊装：吊起50cm时停止提升，检查无误后方可继续提升。

4 解决措施

4.1 钢梁的运输、卸车及堆放

（1）钢构件直接运输至场地内，采用500t 履带起重机械卸车，放置在便于拼装、吊装的范围内。（2）堆放场地应平整夯实，堆放时钢构件与地面之间应有一定空隙。采用垫木放置在构件侧边，构件两端（至端板200mm）及跨中位置均应设置垫木，垫木的长、宽、高均不宜小于100mm。堆放高度不宜大于一层。（3）钢构件加工及堆放的场地做法：素土分层夯实（夯实系数0.94）+150mm C20 素混凝土。（4）进场的车辆、设备应按照方案规划线路行驶、停靠，施工场地内行进方向宜设置交通标志，施工现场内行驶速度不应高于25km/h。（5）构件卸料应遵守下列要求：有专人指挥吊装作业，指挥及作业人员应位于安全范围；特种作业人员需持证上岗，所使用机械设备应有检测合格证；卸车应采取对称卸料等措施保证车体平衡，防止倾覆。（6）吊装警戒区域设置：吊装警戒区域因为吊装作业半径的1.5 倍范围，周边应用彩旗带维护并设立安全警示牌，吊装作业时，有专职全员现场监护，禁止非吊装作业人员随意出入。

4.2 钢梁验收、拼接工艺流程

梁进场、构件验收→现场地面预拼装、检验→吊装机具准备→主钢梁吊装就位→主钢梁高空拼装焊接→高强螺栓临时固定→复测钢柱轴线和垂直度→次钢梁高空安装→高强螺栓终拧→梁与柱拼接部位焊接（梁柱刚性连接部位）。

4.3 吊装工况分析

以重量最大、高度最高的4 层钢梁GL15 为例，进行吊装工况分析：屋面钢梁截面为1 500×400×30×40，重18.2t，吊具重量＝钢丝绳重量（3.14×18×4×2 ＝452.16kg）+U 型卸扣重量（13.4×4×2×2 ＝214.4kg）＝622.56kg，取0.7t，钢梁上悬挂4 个吊篮的重量＝4×0.05 ＝0.2t。吊装时起重机械工作幅度为26.83m,臂长为58.06m,主臂仰角64.0°，查500t 履带起重机额定起重量表，吊载起员能力为55.5t。（18.2+0.7+0.2）×1.2（动荷载系数）×1.1（安全系数）＝25.2 ≤55.5，满足要求。

4.4 主钢梁安装措施

钢梁安装过程为：地面拼装→检验→空中吊装。

地面拼装前的检查。若构件变形、缺陷超出允许偏差，需进行处理[1]；高强度螺栓连接摩擦面必须清洁、平整、干燥，不得在雨中作业。拼装前组成一个拼装平台，平台间距应不大于8m。可把待拼装材料均放在临时拼装平台进行拼装，按方案顺序进行拼接，拼接使用高强螺栓连接，需严格落实初拧、终拧工序。拼接检查无误后方可终拧，终拧需使用扭矩扳手。终拧按方案顺序拧紧，然后检查吊点，对位基准及中心线。

本工程采用单榀吊，吊点采用四点绑扎，钢绳与构件接触部位需垫缓冲材料以防构件受损。起吊时应试吊，将钢梁吊离地面50 cm，检查吊钩、吊具等是否牢固，并静止确认无误，然后缓慢提升、吊运，拼接时用溜绳调整钢梁姿态使其对准拼接部位，落钩时缓慢下放，对准预留螺栓孔时将螺栓穿入孔内，初拧做临时固定。此时进行垂直度校正，垂直度用挂线锤或激光放线检查，一跨内先安装主钢梁后次梁，整个跨内主次钢梁安装结束后，检查标高轴线等技术参数合格后，终拧螺栓作最后固定，最后主梁与钢柱连接部位焊接牢固。

钢梁中心线的控制：钢梁的中心线控制同样是采用画中心线对中的方法。钢梁垂直度的控制：分别从两端的钢梁的翼缘向下反线，然后在两柱之间画出一条直线，从钢梁中部吊线锤。如果线锤与画好的线重合，则证明屋架垂直。否则进行调整，量出锤点距直线的距离，为屋架的垂直偏差。

4.5 吊点、吊具选用分析

（1）吊点设置

以本工程最大跨度的钢梁为例，吊点如下：采用4 点吊装，每个吊点2 根钢丝绳，吊点经计算确定如图所示；钢丝绳最大长度18.0m，与水平夹角最小为55°，满足吊装要求。吊装时，吊点处的钢梁四角应有软质材料保护措施。

（2）吊索具选择

钢丝绳选择：计算参数为钢丝绳型号为6×37b 钢芯钢丝绳，钢丝绳直径为28mm，钢丝绳公称抗拉强度为1 870 N/mm2，钢丝破断拉力综合Fg 为486 kN，钢丝之间荷载不均匀系数α=0.85，钢丝绳使用安全系数k=8.0。

钢丝绳计算：最大允许拉力可按式（1）计算，

其中: [Fg]为钢丝绳的允许拉力；Fg 为钢丝绳的钢丝破断拉力总和,取Fg=382 kN；α 为考虑钢丝绳之间荷载不均匀系数,α=0.85；K 为钢丝绳使用安全系数,取K=8.0。经计算得[Fg]=468×0.85/8.0=49.725 kN。根据本工程情况，最大构件自重为182 kN；吊装辅助用具：钢丝绳、卸扣等9 kN，动载系数1.2，四点吊装，每个吊点2 根钢丝绳。单根钢丝绳拉力：F ＝（182+9）×1.2/3/55/2=46.6 kN ＜[Fg],满足要求。

卸扣的选择：钢丝绳所受的拉力45.9 kN，卸扣安全系数取4，故本工程使用D20 型号的U 型卸扣。卸扣在安装横销时，螺牙旋足后，应向放松方向旋半牙，防止螺牙旋紧受力后横销旋不动。当钢丝绳受力时，检查受力点是否在横销上，若受力点在卸扣本体上时应及时调整，防止受力后卸扣变形。卸扣在使用过程中，必须注意其方向性，如卸扣的使用方法有误，会影响起重作业的顺利进行。

4.6 吊装安全操作要求

（1）安全技术规定：作业前应编制专项施工方案，明确起重吊装的技术要点和保证安全的技术措施[2]；作业人员应持证上岗，作业前应进行安全和技术交底，明确作业流程和注意事项，并形成文字记录；吊装工作开始前，应检查起重吊装设备以及所用吊具的规格型号、磨损情况，发现有损坏的应立即维修更换。作业前应进行试运转，发现故障及时修复；吊装前应进行试吊，确认无异常后方可正式吊装。

（2）防止高空坠落：地面作业人员应佩戴安全帽，高空作业人员应佩戴安全帽、安全带，安全带应做到高挂低用，穿防滑鞋，配备工具袋；吊装作业区应设置警戒区域，与作业无关人员严禁入内。起重机起重臂杆旋转半径范围内严禁站人和通行；运输、吊装构件时，严禁作业人员站在被运输构件上或在构件上放置材料、工具；高空作业施工人员应在操作平台上作业。吊装层应设符合高度要求的临时安全防护栏杆[3]；作业使用的梯子、临时操作台应有可靠固定；梯子使用时与地面夹角以60°～70°为宜，操作台踏板应满铺，严禁出现跳头板。

（3）防坠落伤害：任何材料和物件必须可靠固定后才能吊运，不得额外在构件上堆放物件。不得随意抛掷材料、工具；构件必须固定牢固，起吊重心应与构件的重心重合，吊运应平稳；起吊和运输构件严禁猛升猛降；构件就位后至临时固定前，不得松钩或解开固定锁具。初拧后检查连接牢固和稳定情况，确定后方可拆除临时固定工具。

（4）防止起重机倾翻：起吊重心需保持垂直，不得超出起吊范围或拖拉构件，以免导致起重设备倾覆。起吊重型构件时应设牵拉绳；吊装时，需专人负责现场指挥，指挥人员应在安全范围内，并能清楚观察吊装全过程。起重机驾驶人员需持证上岗，熟悉指挥信号，并按指挥人员指示进行操作，指挥信号、作业流程在作业前交底会上统一，指挥信号应清晰、准确；风力大于或等于6 级时，停止作业。

（5）防吊装结构失稳：吊装应按方案中载明的工艺和程序进行，作业前应经过计算后选择可靠的吊装措施，现场作业时不得随意改变工艺；件吊装就位，应经初拧和可靠固定后始可卸钩，终拧后方可拆除临时固定工具；构件固定后不得随意移动位置，如需调整，必须重新安装吊钩起吊。

4.7 高空作业安全措施

（1）在钢梁下方搭设脚手架，用于作业人员上下及操作平台；（2）钢梁焊接时，操作人员应在焊接平台内进行作业；（3）安装次梁前，首先在两端钢梁焊接临时立杆，立杆之间用Φ10 的钢丝绳两道做安全绳，钢梁上翼缘间隔5m 设置立杆。

4.8 检查要求

（1）焊接：焊接应采用CO2气保焊，进行节点试焊，控制结构变形量；焊接顺序为先焊中间节点，再向两端扩散，避免焊接变形向一端累积而引起尺寸误差过大。（2）结构外形：现场所使用的测量仪器，必须经有资质的检测单位检测合格，并附有该设备校准后的公差报告单。在现场使用中，测量数据应对照公差报告单进行换算，以保证测量的准确性，且保证测量工具技术先进。（3）吊装：吊装索具必须经过严格计算分析，考虑足够的安全系数；吊车性能在满足吊装要求的情况下，还需考虑足够的安全系数，吊车保养、性能正常；吊装站位支腿确保支腿处场地平整、土质坚硬、无松软土，吊装过程由专业信号工进行指挥作业。（4）安装：安装完成后钢帘绕度；钢梁整体扭曲及安装完成后钢梁垂直度；安装就位后，梁柱节点位置焊缝宽度；安装就位后钢梁之间的间距。

5 结论

综上所述，本文结合创新创业服务中心钢框架-钢筋混凝土结构的工程案例，对大跨度钢桁架吊装施工方法和技术措施进行了分析，确定了钢构吊装起重设备型号及相关辅助吊具。根据结构形式，现场条件及工期安排，选择相应的施工技术，优化施工方案，经过实践检验效果良好，主体质量达标。希望能够对钢框架结构相关施工起到一定的借鉴和指导作用。