改建項目中的大型設備高空把桿吊裝技術研究

袁晶

摘??? 要：近年來，改建項目的數量日益增多。這些項目大都會遇到類似的問題，由于缺乏塔吊等大型起吊設備，施工過程中的垂直運輸能力較弱，特別是當涉及到高層中的設備更換，汽車吊無法夠到時，垂直運輸手段不足的問題尤為明顯。基于此，本文依托瑞安廣場裙房改建工程對把桿吊裝技術進行了研究，總結形成了一套有效的高空把桿吊裝技術。

關鍵詞：改建工程;把桿吊裝;設備更換;高空

Abstract： In recent years， the number of reconstruction projects is increasing. Most of these projects encounter similar problems. Due to the lack of large lifting equipment such as tower crane， the vertical transportation capacity is weak in the construction process. Especially when the equipment replacement in high-rise buildings is involved， the problem of insufficient vertical transportation means is particularly obvious. Based on this， this paper relies on the renovation project of Ruian Square to study the pole hoisting technology， and summarizes a set of effective high-altitude pole hoisting technology.

Keywords： reconstruction project;pole hoisting;equipment replacement;high altitude

1? 工程概況

隨著上海進一步的發展，建設用地越來越緊張，開始把目光投向對現有房屋的維修加固和現代化改造，這種在保存原來建筑形體的基礎上，對其進行加固和現代化改造，即在提高結構安全性的同時使其內部設施功能現代化的加固改造措施，投資少、影響小、見效快，不僅有可觀的經濟效益，同時也具有巨大的社會效益。瑞安廣場位于上海市黃浦區淮海中路東段，南接新天地，項目東側是香港廣場，西側是中環廣場，北側是K11購物中心。瑞安廣場地下一、二層，地上1～7層為商業用途，8～26層為辦公塔樓。本次改建范圍主要為地下二層至地上七層的裙房部分及部分26層塔樓頂部機房的設備更換。

2? 工程難點

本工程的難點在于，26層塔樓部分（離地100m）有冷水機組、熱泵機組等大型設備（單體最重11t）需要更換，但由于改建工程未安裝塔吊，大型設備的高空吊裝困難。故項目部研究了一種用于高空大型設備吊裝的把桿，解決了改建工程高空吊裝困難的問題。

整個機電設備的吊裝流程主要分為兩個步驟，首先通過停放在地面的汽車吊將需要進行更換的設備吊裝至七層裙房屋面，通過在塔樓樓頂豎立的格構式門式把桿將設備從裙房吊運至塔樓頂。

3? 把桿設計及計算

3.1? 把桿系統吊裝原理

在塔樓樓頂豎立一副格構式門式把桿，把桿頂部懸掛一副鐵滑車，滑車穿繞鋼絲繩作為卷揚機跑繩。把桿頂部設置變幅滑車組，女兒墻邊設置防轉導索，與裙樓頂混凝土立柱作臨時錨固固定。主吊滑車組從此向下，沿導索吊裝設備。

3.2? 吊物數據

本次吊裝的為塔樓頂機電設備，設備數據如下：

表1? 吊物數據

[設備名稱??????? 外形尺寸（mm）? 重量（kg）???? 數量???????? 冷凍機???? 5200[×]2500[×]x3000? 11000?????? 3臺 冷凍機???????? 3800[×]1800[×]2050??? 10000?????? 2臺 冷卻塔????????????? 2000???????? 5臺 熱泵機組???????? 4630[×]2260[×]2425??? 4100???????? 2臺 ]

3.3? 把桿受力計算

已知：

單件設備自重Q=11000kg;

起重滑車組及鎖具的重量q=400kg;

門式把桿長L-14.619m，自重G=3000kg;

門式把桿之間的夾角為β=7°;

門式把桿的工作是最大半徑為b=8.85m;

門式把桿工作時的底腳開距=3.687m;

纜風繩采用可調受力“四四走八”滑車組，自重T1=300kg;

纜風繩與水平面夾角為θ=13°;

受力計算：

（1）負載對把桿產生的軸向壓力。

[N1AB=N1CD=K（Q+q）2sinα]

[=1.1×（11000+400）2×sin51.8°=7987kg]

式中：

N1AB、N1CD——負載對AB桿、CD桿的軸向壓力;

K——動載荷系數，取1.1。

（2）起吊滑車組拉力S起吊對AB桿的軸向壓力（起重滑車固定端在把桿頂部）。

[N2AB=S起吊=K（Q+q）nμ]

[=1.1×（11000+400）6×0.85=2458kg]

式中：

S起吊——起吊滑車組引出端拉力;

n——滑車組工作線數;

μ——滑車組效率

（3）牽出端通過導向滑車引向卷揚機的拉力。

[S牽引=fmS起吊=1.042×2458kg=2658kg]

式中：

f——滑車組阻力系數1.04;

n——導向滑車數量;

因此選用5噸單門導向滑車。

[S破斷=S牽引K=2659×5=13290kg]

查表得，卷揚機跑繩直徑d選用6x37+1-1670-φ17.5mm鋼絲繩，跑繩至5噸起吊卷揚機上。

（4）纜風繩張力T。

[T=mT1+T2]

[T2=P+Gcosα'sin （α'-θ）=12540+3000×cos58.6°sin （58.6°-13°）=11332kg]

式中：

m——纜風繩根數;

α——把桿平面中心線OF與OO的夾角;

θ——纜風繩與地平面的夾角;

G——把桿自重。

[T=mT1+T2=300+11332=11632kg]

所以選用變幅滑車組H16[×]4D[×]1幅。

（5）變幅卷揚機選取。

變幅跑繩引出端拉力，穿繞滑車組：

[S變幅起吊=Tnμ=116328×0.766=1892kg]

式中：

μ——滑車組效率。

引出端經過導向滑車組至變幅卷揚機的拉力

[S變幅牽引=fnS變幅起吊=1.042×1898=2052kg]

式中：

f——滑車組阻力系數1.04;

n——導向滑車數量。

[S破斷=S變幅牽引K=2052×5=10260kg]

查表得，卷揚機跑繩直徑d變幅牽引選用6x37+1-1670-φ15.0mm鋼絲繩，跑繩至3噸變幅卷揚機上。

（6）把桿兩腳點間滑車組選用。

纜風繩受力對把桿的軸向壓力

[N3AB=N3CD=Tcos（α'-θ）2cosβ2=11332×cos （58.6°-13°）2×cos 3.5°=3971kg]

把桿自重作用在中部E點截面的軸向壓力

[N4E（AB）=N4E（CD）=G2sinα=30002×sin51.8°=1910kg]

把桿自重對把桿根部A（C）的軸向壓力

[N4A=N4C=Gsinα=3000×sin51.8°=2357kg]

作用在把桿根部A（C）的總軸向壓力

[NA（AB）=NC（CD）=N1+N3+N4A（AB）=7987+3971+2357=14317kg]

把桿工作時對地面的垂直壓力

[NAZ=NCZ=NA（AB）sinα=14317×sin51.8°=11251kg]

把桿在工作時腳點向外滑移的水平分力

[NAY=NCY=NA（AB）cosαsinβ2=14317×cos51.8°×sin3.5°=540kg]

式中：

β——把桿夾角空間角。

因此在把桿兩腳點中間采用H3x3D滑車組，跑6繩作牽拉固定好。

（7）把桿工作時兩腳向后滑移的水平分力

[NAX=NCX=NA（AB） cosαcosβ2=14317×cos51.8°×cos3.5°=8837kg]

因此在把桿的兩腳點各選用兩只5噸手拉葫蘆，從把桿腳點拉至前端固定點上。把桿后方及側方也用鋼絲繩與各向錨固點固定。

3.4? 主吊系統設計

（1）門式把桿截面□500mm[×]500mm，主肢角鋼∟50[×]50[×]6mm，斜綴條角鋼∟40[×]40x[×]5mm，把桿高度為14m。

（2）把桿豎立在鋼結構底座上，底座下方混凝土橫梁上設置一道型鋼，把桿底座坐落在型鋼上。把桿前方設置防反傾鋼絲繩，防反傾鋼絲繩設置在混凝土橫梁上。

（3）采用5噸卷揚機吊裝（主吊）。

（4）采用6[×]37+1-1670-φ17.5mm鋼絲繩600m，作為主吊跑繩。起吊滑車組采用16噸滑車組。

（5）后纜風繩跑繩配φ15mm，跑8繩，出頭端至后變幅卷揚機上，砼梁帶纜風處用∟50[×]50[×]6mm角鋼外加半圓管包襯，以保護砼柱和鋼絲繩。

（6）變幅滑車組兩端固定點之間，設置保險鋼絲繩，防止變幅卷揚機制動失靈。

3.5?? 防轉系統

設備在垂直起吊過程中，為防止擺動，采用2根鋼絲繩兩邊拉好作垂直運輸穩固用。采用6x37+1-1670-φ11.0mm鋼絲繩100mx2根作為導索。導索一頭與支架頂端連接，放至裙樓頂，然后以裙樓混凝土立柱作為錨點，將導索用手拉葫蘆拉緊連接。

4? 把桿安裝及吊運

4.1?? 安裝現場準備

（1）屋面設備吊裝前，首先提前將裙房及塔樓屋面頂設備臨時存放點處障礙物拆除，并將設備存放區域的結構進行加固，滿足吊物承載力要求。

（2）吊裝作業前，將把桿豎立區域、變幅錨固點等部位進行加固處理，等結構滿足荷載要求后方可進行下一步工作。

4.2?? 把桿安裝

本工程吊裝器具經由塔樓貨運電梯運至最頂層，再通過人工經樓梯間搬運至樓頂屋面。運至屋面后，現場按設計圖紙進行拼裝。拼裝后對中心線偏差進行復核，總長度裝配偏差控制在0.5‰以內，或最大偏差在8mm以內。各個桿件之間的連接通過高強螺栓連接。連接必須錨固牢靠。待門式把桿豎立后，重新緊固一遍。

4.3?? 吊裝前的試吊

把桿安裝后進行試吊，按被吊構件最大重量的125%進行試吊。試吊時吊物離地100～200mm，懸吊不少于10min，反復一次，間隔時間不少于10min，期間仔細觀察把桿的承壓情況，檢查變幅系統、主吊系統、防轉系統的受力情況。

上述試吊情況良好時，可進行110%額定負載的試吊，程序同上，在試吊中作重復啟動、上升、下降等動作，累計啟動試驗時間不少于10分鐘。試吊中要求機構動作靈活、工作平穩、操作正確，連接處無松動，零部件無損壞。

4.4?? 吊運操作

（1）吊運區域采用紅、白三角旗圍出100㎡左右的區域，并設立明顯的警戒標志，由專人監護，吊運操作人員通過對講機聯絡，由專人指揮，設備吊運前檢查鋼絲繩捆扎是否牢固，設備擱置是否平穩。預先計算好吊點，并將導向扣件鎖緊。起吊指揮人員應密切注意吊運狀況和吊運區域情況，謹慎指揮。

（2）設備垂直運輸至樓頂時，先拆除導向構件，然后變幅卷揚機扳起把桿，主吊卷揚機松鉤，在扳起把桿，松下主吊卷揚機，將設備慢慢放至樓頂。

（3）垂直運輸步驟——設備吊運至裙樓頂——設置好主吊索——帶上防旋轉導向鋼絲繩——起吊——到位——松開防轉導向鋼絲繩——牽引到位——放下設備。

4.5?? 塔樓屋面設備移動

在塔樓屋面上方的混凝土梁上設置兩根拖運軌道，再在把桿東側上方搭設一副高低門架，門架梁上懸掛4臺手拉小車，每臺小車上懸掛1只5噸手拉葫蘆。當設備吊裝至塔樓屋面后，利用拖運軌道將設備從把桿吊裝區域拖運至設備安裝處即可。

4.6?? 門式把桿拆除

使用完畢后，將門式把桿拆除。先將底座前端手拉葫蘆慢慢松下，把桿底座向后滑移，變幅卷揚機停止不動，待把桿前端靠近搭設的門架后，利用門架上的手拉葫蘆，將把桿拉住，松下變幅卷揚機，拆除變幅鋼絲繩，然后將把桿標準節拆除。將拆卸下來的部件通過貨運電梯運下塔樓。

4.7?? 垂直運輸安全措施

（1）嚴格遵守起重“十不吊”的規定。

（2）所有起重操作人員持證上崗，所有操作人員必須正確使用勞動防護用品。

（3）卷揚機的日常保養、檢查由卷揚機的操作人員負責，導向滑車、把桿、承重滑車的日常保養由塔樓上作業人員負責。起重牽引鋼索、導向防轉導索的保養、檢查由地面和塔樓上作業人員同時負責。

（4）大于5級風（含5級），大霧不得起吊。下雨天起吊需做好防濕、防滑措施，確保作業人員的安全。

（5）此吊裝不在夜間進行施工。（由于視線不清，不能正確指揮）

4.8?? 安全生產和文明施工

（1）安全生產施工管理措施。為了加強施工安全管理，必須使每位工作人員都認識到安全工作的重要性，必須將安全生產放在第一位，預防發生任何意外事故。因此要共同做好安全工作，遵守JGJ 80—-91《建筑施工高處作業安全技術規范》，嚴格遵守安全施工條例。

全體安裝施工人員必須嚴格遵守政府規定的勞動安全法規，樹立“安全第一”的觀念，專職安全員必須進行現場監督和巡查;

進入施工現場必須戴好安全帽，2米以上高空作業必須系好安全帶;

特殊工種必須持證上崗。

（2）現場安全制度。

施工人員進場后必須接受三級安全教育;

安全員應安排好作業的安全工作;

每天施工前必須進行安全技術交底;

采用明火作業前，必須辦理好動火申請手續;

施工現場焊、割作業必須符合防火要求，嚴格執行“十不燒”規定;

焊、割作業前清除周邊、下方易燃易爆危險品和其他可燃雜物;防止火星熔渣、鐵塊墜落引起火災事故;

每天工作完畢后，做好落手清，檢查所有施工區域，發現隱患及時消除;

臨時用電嚴格按照“一機、一閘、一漏、一箱”制度執行;

未經許可不得擅自移動安全防護設施;

每天作業結束，必須進行檢查、清理現場，收回材料、工具等。

（3）文明施工保障措施。

確保現場施工區域清潔，發生垃圾當天清運;

使用的機械、工具必須符合安全規定;

4.9?? 吊裝應急預案

（1）突發停電時，準備錨固鋼絲繩及繩夾，將主吊跑繩臨時錨固，防止時間過長，卷揚機制動失靈。

（2）提前準備好易損件，防止卷揚機的零部件出現問題。

（3）垂直吊裝過程中，為避免設備與外墻發生碰撞，吊裝前確認風力大小，大于5級風停止吊裝。并在吊裝時設置好防旋轉導索，防止設備碰擦外墻而影響吊裝安全。

5? 總結

本文針對目前改建項目中高空吊裝能力的不足，研究了一種門式把桿吊裝設備。該門式把桿安裝在建筑的屋面結構上，對場地要求較小，能根據屋面的實際情況和吊裝設備的重量以及吊裝高度進行調整，適用性強。且由型鋼拼裝而成，拆裝方便。是一種較現有技術有更強場地適用性的高空吊裝手段，為今后改建工程中的高空吊裝提供了一項有效手段。

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