钢结构厂房吊装作业钢丝绳选型分析

刘 航

（中铁十四局集团房桥有限公司，北京）

1 背景

根据国家市场监管总局关于2022 年全国特种设备安全状况的通告内容，全国起重机械事故发生25起，死亡23 人，位列特种设备事故起数的第二位。公司作为预制构件混凝土生产企业，生产过程大多在工厂内完成，主要的作业风险为起重吊装、临时用电、营区消防等，尤其是吊装作业因其每日工作使用时间较长、吊装频次较高，起吊重量从几吨到几十吨不等，错误的受力计算校核将使吊索的安全系数成倍的降低，给工程施工带来很大的安全风险[1-3]，因此在吊装作业前对受力分析和验算具有重要意义。

2 工程概况

2.1 本工程主要情况

新建南通至宁波高速铁路线路起自盐城至南通高速铁路南通西站，经江苏省张家港市、常熟市、苏州市及浙江省嘉兴市、宁波市，终至宁波枢纽宁波站。线路全长约309.8 km，通苏嘉甬铁路管片厂位于江苏省苏州市吴江区汾湖镇莘西村梁山荡，承接新建南通至宁波高速铁路Ⅰ标段及Ⅱ标段隧道盾构管片总计8039 环的生产任务，厂区主要包括办公生活区、管片生产区、钢筋加工区、水养池、管片存放区和混凝土拌合区等。

2.2 本工程钢结构工程概况

钢结构工程主要为新建24 m×410 m 管片生产车间厂房，最大高度12.6 m；水泥罐体包封钢结构工程，平面尺寸26.1 m×17.7 m，屋顶高度为20 m，建筑性质为工业厂房。

生产车间为单层门式钢架结构，跨度为24 m，柱距为6 m、7 m，钢柱为H 型钢，钢柱截面HN466×199，抗风柱截面HN248×124×5×8，钢柱底部通过预埋锚栓固定。屋面钢梁为H 型钢，截面尺寸HN466×199，钢架梁分为2 段，在屋脊处用高强螺栓拼接起来。钢架柱、钢架梁材质为Q355B。

水泥罐体棚共2 个，钢柱为H 型钢，规格尺寸HM692×300×13×20；钢梁为H 型钢，共4 层，标高分别为6.20 m、11.0 m、15.50 m、20.0 m，钢梁规格尺寸HM200×200×8×12、HM692×300×13×20；材质为Q235B。

3 钢结构现场施工工艺技术

3.1 吊装机械设备参数

采用25t 汽车吊吊装，机械性能参数如表1、表2和表3 所示。

表1 STC250T-Y6 汽车吊轴荷主要技术参数表

表2 STC250T-Y6 汽车吊吊钩及倍率主要技术参数表

表3 STC250T-Y6 汽车吊主臂性能表单位：kg

3.2 安装工艺流程

门式钢架结构施工工艺流程：预埋锚栓施工→钢柱安装→柱间支撑及系杆安装→钢架梁地面拼装→钢架梁吊装→屋面水平支撑及系杆安装→屋面檩条及墙面檩条安装→屋面及墙面彩板安装[4]。

3.3 钢柱安装方法

3.3.1 钢柱吊装方法

第一步：地脚螺母抄平，位置作全面的复核，将柱脚板下方螺母上表面标高调节至与柱脚板底标高一致，并作相应的准备。第二步：钢柱吊装前在地面绑好爬梯、防坠器和安全绳，缓慢起吊。第三步：钢柱吊装就位，测量校正，柱脚预埋锚栓上安装双螺母，固定钢柱。

3.3.2 钢柱吊装工况分析

本吊装由项目租用手续齐全合格的25 t 汽车吊（规格型号为STC250T-Y6），机械设备性能参数满足使用要求。生产车间钢柱为H 型钢，最大高度12.6 m，水泥罐体棚钢柱为H型钢，高度为20 m，所有钢柱均为整根吊装，水泥罐体棚的钢柱截面最大、高度最大，因此吊装工况最不利。

钢柱整根重量为3.5 t，考虑钢丝绳等吊具重量0.3 t，汽车吊吊钩重量0.32 t，总吊重为4.12 t。25 t 汽车吊在水泥罐体棚外侧站位吊装钢柱，吊装半径12 m，主臂长度30.65 m，额定吊重为7.2 t＞4.12 t，满足要求。具体如图1 所示。

图1 钢柱吊装工况分析立面

3.4 钢架梁安装方法

由H 型钢加工制作成的屋架梁跨度最大有26.1 m，屋架最高高度20 m，屋架梁在工厂内散件制作，在出厂前先进行预拼装，然后到现场再进行组装，组拼成整体，然后整体吊装，沿吊机行走路线摆放。

3.4.1 钢架梁吊装工艺流程

钢架梁吊装工艺流程具体如图2 所示。

图2 钢架梁吊装工艺流程

3.4.2 吊装工况分析

生产车间钢架梁跨度24 m，钢梁截面为HN446×199，高度为12.6 m，整根钢梁重量1.6 t；水泥罐体棚钢架梁高度为20 m，钢梁截面HN692×300×13×20，整根钢梁重量为2.8 t；因此水泥罐体棚的钢架梁吊装工况最不利。

采用25 t 汽车吊吊装，整跨吊装就位，采用2 点吊装。采用2 根钢丝绳绑扎在钢架梁上，汽车吊在外侧站位，如图3 所示，吊车大臂需避免与钢柱碰撞，主臂长度选择42.5 m，吊装半径为18 m，额定吊重为3.6 t。钢架梁最大重量为2.8 t，考虑钢丝绳等吊具重量0.3 t，汽车吊吊钩重量0.32 t，吊装时的总吊重最大3.42 t＜3.6 t，满足要求[5]。

图3 钢架梁吊装工况分析立面

4 吊装钢丝绳选型及计算

钢柱重量为A，钢梁重量为B，均采用2 点吊装，钢柱吊装时钢丝绳接近垂直状态，钢梁吊装时，钢丝绳水平夹角不超过60°[6]。

钢柱吊装时单根钢丝绳的最大受力P1（KN）为

P1=A/2×10

钢梁吊装时单根钢丝绳的最大受力P2（KN）为

P2=B/2×COS30°×10

因此吊装用钢丝绳最不利工况下的最大受力为max｛P1，P2｝

根据《重要用途钢丝绳》GB8918-2006 表11,选用吊装钢丝绳型号，确定公称直径、纤维芯钢丝绳、公称抗拉强度[7]，钢丝绳破坏拉力总和为Fg。

依据《建筑施工计算手册》14.1.2 节，钢丝绳容许拉力可按下式计算[8]

其中：[Fg]——钢丝绳的容许拉力（kN）；Fg——钢丝绳的钢丝破断拉力总和（kN）；考虑钢丝绳之间荷载不均匀系数（分项系数）∂；K——钢丝绳使用安全系数。

《建筑施工起重吊装工程安全技术规范》JGJ276-2012 4.3.1 条第4 款，取K 值[9]。

经计算出的[Fg]＞max｛P1，P2｝即此条件下的钢丝绳可满足使用要求[10-13]。

5 通苏嘉甬铁路管片厂吊装钢丝绳选型及计算

本工程钢柱重量为3.5 t，钢梁重量为2.8 t，均采用2 点吊装，钢柱吊装时钢丝绳接近垂直状态，钢梁吊装时，钢丝绳水平夹角不超过60°。

钢柱吊装时单根钢丝绳的最大受力为：

P1=3.5/2×10=17.5 KN

钢梁吊装时单根钢丝绳的最大受力为

P2=2.8/2×COS30°×10=16.2 KN

因此钢丝绳最不利工况下的最大受力为17.5 KN。

根据《重要用途钢丝绳》GB8918-2006 表11，吊装钢丝绳选用6×37S+IWR 型号，公称直径Φ18 mm，纤维芯钢丝绳，公称抗拉强度为1 770 MPa。钢丝绳破坏拉力总和为189 KN。

依据《建筑施工计算手册》14.1.2 节，钢丝绳容许拉力可按下式计算

《建筑施工起重吊装工程安全技术规范》JGJ276-2012 4.3.1 条第4 款，取K=8 满足要求，[Fg]=0.82×189/8=19.4 KN

由以上可知，钢丝绳许用拉力19.4 KN，大于吊装时最大拉力17.5 KN，选用Φ18 mm 的钢丝绳满足要求。

结束语

吊装用钢丝绳的选型分析在吊装作业中属于关键控制点，吊装作业技术人员需要根据吊物的重点及吊装形式选择合理的钢丝绳吊索。本文通过对通苏嘉甬铁路管片厂吊装钢柱、钢梁前对吊装用钢丝绳进行受力验算，选择出安全的钢丝绳，经生产车间及水泥罐体棚钢结构吊装作业现场实际检验，顺利完成钢架结构施工作业，避免事故的发生，并期望对后续同类型施工吊装用钢丝绳选择提供借鉴。