大型鋼結構樓蓋吊裝施工

吳拾金 潘 武 程熱香

1.洪宇建設集團公司 南昌 330001 ；2.江西建工第二建筑有限責任公司 南昌 330001

1 工程概況

江西省撫州市城市規劃藝術展示中心B區主樓為一地下1 層，地上13 層大型建筑，建筑總高度74 m，建筑面積63 430 m2。其平面呈方形，72 m×72 m，除中部42 m×54 m部分的2～4層為鋼結構樓蓋外，其他為鋼筋混凝土框架結構。在外部13 層主體結構施工完成后，開始中間鋼結構樓蓋的施工。

鋼結構樓蓋的2層（標高+12 m）、3層（標高+20 m）、4層（標高+28 m）與外圍鋼筋混凝土框架結構連成一體。主鋼梁跨度54 m、寬1.2 m、高3.3 m（端部高2.8 m），單根質量約136 t，每層有5 根，共15 根。鋼梁與次鋼梁之間采用高強度螺栓連接，鋼梁上面澆筑混凝土樓板。鋼結構工程總質量約2 500 t，材質為Q345B，其中焊接箱形鋼梁2 080 t，焊接H型鋼逾400 t。

2 主要施工流程

施工準備→運輸→拼接→焊接→吊裝→涂裝→驗收

3 施工過程

3.1 吊裝策劃

主要施工方法是：

1）所有構件工廠制作，主鋼梁每榀分5 節，以便于運輸。

2）現場用1 500 kN履帶吊卸貨，室內搭設拼裝操作臺，對主鋼梁進行現場拼裝。

3）在標高30 m處安裝QE90/15+90、跨度為52 m的橋式吊車1 臺。

4）邊拼裝、邊吊裝，相互穿插，完成吊裝作業。

在工程內部30 m高程處架設橋吊，橋吊兩端主鉤各設置900 kN固定起重設備，用于吊裝主鋼梁。橋吊上移動小車副鉤中點最大吊重為150 kN，用于吊裝次鋼梁。

主鋼梁分節制作，在拼裝平臺上組裝，其余鋼梁都是整體制作[1,2]。鋼梁拼裝在L、K軸線間搭設的臺車拼裝平臺上進行，拼裝平臺設置間距為3.06 m的2 條軌道，軌道長度75 m，在0 m層上貫穿展示中心，一側穿出展示中心到建筑物外的施工道路上。由于0 m層下還有地下室，0 m層混凝土樓面承受不了鋼梁拼裝時的質量，所以拼裝平臺下的0 m層混凝土樓面采用φ200 mm×8 mm鋼管及32a#工字鋼加固，支撐在地下室的底板面上。

鋼梁拼裝還需制作10 輛臺車，拼裝時，在展示中心外施工道路上利用1 500 kN履帶吊下車，然后固定鋼梁，利用臺車運輸至展示中心相應的位置，再依次利用臺車運輸其余各段。鋼梁運輸到相應位置后應把臺車固定，方便兩節鋼梁對接。吊裝平、剖面見圖1、圖2。

3.2 橋吊安裝

橋吊的軌道設在懸挑的工字鋼上，在橋吊安裝前，首先應進行懸挑軌道梁下混凝土梁的加固，加固采用兩φ325 mm×8 mm鋼管支撐，支撐從地下室底板面起，一直支撐到懸挑軌道梁下，鋼管緊靠混凝土柱子，垂直方向每隔4 m采用1 個抱箍把支撐鋼管和混凝土柱子連接固定，抱箍采用160 mm×14 mm和125 mm×10 mm角鋼制造，支撐鋼管間采用螺栓連接，每根鋼管支撐應頂緊上下混凝土梁。

圖1 吊裝平面示意

圖2 吊裝剖面示意

橋吊由專業生產工廠制造完成并分節運輸到安裝現場，同樣采用1 500 kN履帶吊下車，然后利用臺車運輸至工程鋼梁拼裝平臺上拼裝。

橋吊安裝前，先進行橋吊懸挑梁和軌道梁安裝。橋吊桁架吊裝前，在40 m高程平臺上布置4 臺50 kN卷揚機，再利用懸挑梁作為500 kN定滑輪組固定點，通過500 kN定滑輪組和動滑輪組吊裝橋吊至安裝高程。

橋吊吊裝完成后，要進行電氣安裝，電氣設備安裝調試合格后再進行空負荷試驗，空負荷試驗應檢查橋吊的各項性能及運行穩定性是否符合設備設計及規范要求。空負荷試驗包括：

1）操縱機構的操作方向應與起重機的各機構的運轉方向相符；

2）分別開動各機構的電動機，應運轉正常，大車和小車運行時不應卡軌；

3）各制動器能夠準確及時地動作，各限位開關及安全裝置的動作應準確、可靠；

4）當吊鉤放到最低位置時，卷筒上的鋼絲繩的圈數不應少于2 圈（固定圈除外）；

5）每項試驗不少于5 次，并且動作應準確無誤。

3.3 運輸

采用1 500 kN履帶吊將單節鋼梁吊至倒運臺車上面，用手拉鏈條葫蘆和鋼絲繩將鋼梁穩固在臺車上，穩固后再通過卷揚機將臺車牽引至拼裝位置并固定臺車。

3.3.1 1 500 kN履帶吊工況選擇

每榀主鋼梁分5 節，最大、最重1 節鋼梁質量為29.3 t、長12 m、寬1.2 m、高3.3 m。1 500 kN履帶吊的臂長為24 m，最大的起吊幅度約為7 m，當起吊幅度為14 m時，最大的起重質量為44.1 t，起重荷載約為最大起重質量的67%，所以，1 500 kN履帶吊完全可滿足鋼梁吊運的要求。

3.3.2 起重鋼絲繩的選型

為確保鋼梁吊裝時平穩安全，采取焊接吊耳板式兩點（每點為雙根鋼絲繩）吊裝法。由吊裝示意圖作出鋼絲繩受力分析圖，如圖3所示。

圖3 鋼梁吊裝及受力分析示意

根據單節鋼梁的質量進行吊具選擇：吊物質量M物=29.3 t，吊具質量M吊具=0.3 t；

單根鋼絲繩受力為85.5 kN，取鋼絲繩的安全系數K=6，最大拉力是：N=6×85.5=513 kN，選用φ36 mm（6×37）鋼絲繩，鋼絲繩的破斷拉力為705 kN＞513 kN，滿足吊裝要求。

鋼絲繩長度為L1=2×5.8+2×1.7=15 m，共需2 根（已考慮接頭長度）。

3.3.3 卸扣選型

根據最大起重載荷為171 kN，選用250 kN弓形卸扣，每個吊點使用1 個，共4 個。

3.4 拼接

待單榀鋼梁的每節構件倒運至拼裝平臺上的相應位置后，采用手拉葫蘆和千斤頂將其對接接頭部位調節至組裝要求位置，對接過程中必須嚴格控制好其整體直線度、平面度以及相應的上拱度，待所有尺寸滿足規范的驗評要求后，再采取點焊連接方式臨時固定。

3.5 焊接

鋼梁對接焊縫的焊縫質量等級要求為一級。焊接前應將焊口附近50 mm范圍內鐵銹、油污等雜物清除干凈，電焊條應烘焙。施焊時，焊縫內部質量和外觀質量應滿足圖紙設計和規范規定要求，焊后及時清除藥皮及飛濺物。

3.6 吊裝

每榀鋼梁加工尺寸及焊接質量應符合圖紙設計和驗評規范要求后方可吊裝，吊裝采用900 kN+900 kN橋吊，將整榀鋼梁抬吊至安裝位置。單榀鋼梁質量為136 t、共15 榀，長54 m、寬1.2 m、高3.3 m，起吊最大高度為30 m；根據橋吊的性能參數，完全可以滿足鋼梁吊裝工況要求。

3.6.1 吊裝順序

由于K～1/J軸為橋吊拆卸通道，K～1/J軸的次鋼梁不能利用橋吊安裝，K～1/J軸次鋼梁在橋吊拆除后利用設置在40 m層的50 kN卷揚機安裝；L～K軸為拼裝平臺位置，所有鋼梁都通過拼裝平臺起吊，所以L～K軸的次鋼梁也到最后安裝。鋼樓蓋的主、次梁吊裝順序總體上是由下至上，具體程序如下：

2層樓蓋主鋼梁吊裝→2層樓蓋次鋼梁吊裝→3層樓蓋主鋼梁吊裝→3層樓蓋次鋼梁吊裝→4層樓蓋Q～P軸次梁吊裝排放到相應位置的3層鋼梁上→4層樓蓋P軸主鋼梁吊裝→4層樓蓋Q～P軸次梁吊裝→P～K軸線的4層主、次鋼梁按前3 個步驟重復進行→完成3 層的全部吊裝作業。

3.6.2 吊耳板設計

1）根據鋼梁的結構特點，為確保鋼梁平穩、安全吊裝，采取焊接吊耳板式兩點吊裝法，卷揚式吊鉤直接穿在鋼梁的吊耳上。

2）吊耳受力分析：由吊裝示意作出受力分析，如圖4所示。

圖4 單榀主鋼梁吊裝及受力分析示意

3）吊耳板強度驗算。單個吊耳受力F=846 kN；單塊吊耳板受力F=507.6 kN。

按局部緊接承壓條件，計算得吊耳板需要厚度t≈25.6 mm。

因此，吊耳板選用厚40 mm的Q345B鋼（圖5），滿足要求。

圖5 吊耳示意

4）剖面強度驗算。1-1剖面：[σ] =F拉/A≈39.7 MPa ＜[σ]容許= 230 MPa；

2-2剖面：吊耳孔壁拉應力σk≈91.5 MPa＜144 MPa，吊耳滿足要求。

5）吊耳板焊縫長度驗算。取焊角高度為24 mm，焊縫長度L≈175 mm；

吊耳板與箱形鋼梁腹板的T形焊縫要求全熔透，焊縫質量等級一級，并對其四周20 mm的角焊縫圍焊，焊縫長度為670 mm。

3.6.3 吊裝試驗

首先進行靜負荷試驗，在第1根鋼梁吊裝前，利用鋼梁進行吊裝試驗，橋吊緩慢起升，在橋吊質量顯示器顯示鋼梁質量的20%、40%、60%、80%、100%及110%時分別懸停不小于10 min，并檢查橋吊軌道懸挑梁下混凝土梁、加固鋼柱、懸挑梁尾部固定情況。待一切設備、設施等無異常后，方可進行動負荷試驗。110%靜負荷試驗采用加載10%鋼梁質量的配重來實現。在110%試驗卸去負荷后，應再次仔細檢查軌道梁、懸挑梁、懸挑梁下混凝土梁及橋吊金屬結構，應無裂紋、焊縫開裂、油漆脫落及其他影響安全的損壞和松動等缺陷。

在靜負荷試驗合格后進行動負荷試驗，起吊高度約200 mm，大車行駛距離為1.5 m左右，保證鋼梁不離開拼裝平臺的臺車上方，在進行動負荷試驗時，檢查一切設備、設施等是否正常。動負荷試驗主要驗證橋吊各機構制動器的功能。如果各部件能完成其功能試驗，并在隨后進行的目測檢查中，沒有發現機構或結構的構件損壞，連接處也沒出現松動或損壞，則認為本試驗結果合格。

3.6.4 吊裝

吊裝前，檢查所有的安全防護措施是否到位以及準備工作是否全部完成，待吊裝條件全部滿足要求后，方可開始起吊。首先，將橋吊移動至拼裝平臺的上方，把吊裝鋼絲繩穿好掛在吊鉤上面。接著，橋吊的2 臺卷揚機同時起吊，當起吊提升至離地面500 mm時，懸空停留約15 min進行試吊，待一切設備、設施等無異常后，方可進行下面操作：開動橋吊，移動鋼梁吊至安裝位置的正下方，到位后緩慢上升，當鋼梁接近就位點時，先將稍低的一端鋼梁與柱的鋼牛腿用螺栓連接定位，此時只需穿上定位螺栓即可，待另一端稍微落鉤后同樣穿好定位螺栓，待所有螺栓穿入擰緊、水平方向定位板焊接牢固后方可卸鉤。其他節鋼梁吊裝工序與第1榀類似。在吊裝時，2 臺卷揚機起吊過程中，應該密切注意兩吊點起升的同步性。

3.7 次梁安裝方法

除了主鋼梁質量為136 t外，其余次梁的質量較輕，最大質量為3.3 t。所有次梁都制作成整體，再運輸到安裝現場，采用1 500 kN履帶吊倒運下車，卸車后利用臺車運至展示中心內。

吊裝步驟：吊裝前，檢查所有的安全防護措施是否到位以及準備工作是否全部完成，待吊裝條件全部滿足要求后，方可開始起吊。首先，將橋吊開動，行走至鋼梁擺放位置，且將其吊鉤落至掛鉤點，把吊裝鋼絲繩穿好掛在吊鉤上面。接著，橋吊小車啟動起吊，起吊后檢查吊點和鋼絲繩受力情況，一切無誤后，起吊至最高高度，滿足起吊后鋼梁能夠跨越最上層主鋼梁，再通過開動橋吊，使次梁吊裝到位。當次梁接近就位點時，先將稍低的一端鋼梁用螺栓連接定位，此時只需穿上4 個螺栓即可，待另一端稍微落鉤后同樣穿好4 個定位螺栓，待所有螺栓穿入擰緊后，方可卸鉤。

所有的次梁連接都采用高強螺栓連接，高強螺栓安裝注意事項：

1）高強螺栓在施工前必須有材質證明書（質量保證書），必須在使用前作復試。

2）高強螺栓設專人管理并妥善保管，不得亂扔亂放。在安裝過程中，不得碰傷螺栓，防止污染，以防扭距系數發生變化。

3）高強螺栓要防潮、防腐蝕。

4）安裝螺栓時，應用光頭撬棍及沖釘對正上下（或前后）連接板的螺孔，使螺栓能自由投入。

5）若連接板螺栓孔的誤差較大時應檢查分析，若屬調整螺孔無效或剩下局部螺孔位置不正，可使用電動絞刀或手動絞刀進行打孔。

6）在同一連接面上，高強螺栓應按同一方向穿入，高強螺栓安裝后，應當天終擰完畢。

4 結語

由于多方面的原因，本工程不得不在全部外圍的鋼筋混凝土框架完成之后，再來策劃內部3 層大型鋼結構樓蓋的吊裝方法。因為主鋼梁跨度大、質量重，所以吊裝任務成了本工程的極大難點，直接影響到后續工程的施工。在此情況下，利用現有的成熟吊裝技術和吊裝設備，充分考慮到已建工程的有利因素，經過精密的計算，針對工程的具體特點，提出了完整的施工方案，該方案經專家論證后實施，最終安全、順利和成功地解決了這一難題，為完成工程任務做出了貢獻。這是應用建筑新技術的成功案例，推進了該地區建筑新技術的應用和發展，實現了較好的社會效益[3,4]。