大跨度鋼桁架雙機抬吊施工

馬翔，平衡

（山西三建集團有限公司，山西長治 046000）

0 引言

將大跨度鋼桁架從地面拼裝到高空就位時，通常需要使用大型吊機進行整體吊裝安裝。然而，在吊裝過程中，由于鋼桁架的高度較高、跨度較長，面外穩定性較差，因此需要進行加固或改造來確保結構的整體穩定。針對這一問題，本文提供了一種雙機抬吊吊裝過程中的工況分析方法和負荷分配計算方法。這些方法可以確保在提升或移位過程中，結構受力合理、負荷均衡，避免出現過度傾斜或不平衡的情況，從而順利將鋼桁架安裝到位。

1 案例概況

某國際會展中心是HA 重點工程，占地面積約80700m2，地上建筑面積約44830m2，地下建筑面積約35870m2，總建筑面積約64230m2。鋼結構總用鋼量約6000t。該建筑具有一層鋼筋混凝土框架結構和地上一層及局部三層的大型空間鋼架結構。展廳的建筑高度分別為25.55m 和26.63m，東西長168m，南北寬134m。整個建筑由前后展廳的異形門式鋼架和中央展廳的大跨度空間桁架結構組成，形成一個回字型的結構。同時，該建筑還采用了復雜的結構形式，包括鋼筋混凝土框架結構和大跨度空間桁架結構，具有高度和尺寸的巨大變化，需要精確的設計和施工技術來確保結構的穩定性和安全性。

2 吊裝工藝

2.1 吊裝施工方案

（1）針對工期短、桁架幅數多、構件量大且重的情況，可以采用雙機抬吊方式進行桁架的整體安裝。該施工方案利用兩臺履帶式吊車作為主要吊裝設備，通過合理分配吊裝重量，使每臺吊車承受的重量都在允許范圍內，以完成整體安裝作業[1]。

（2）桁架從胎架上立起來后，對右側吊機的4 個吊點的拉索進行適當的調節，以解決桿件受壓時可能出現失穩的問題。具體做法是使中間兩個拉索的張緊度大于兩側的兩根拉索。通過調節拉索的張緊度，可以實現對桿件的穩定支撐。在進行調節時，可以考慮以下幾點：分配拉索的張緊度：確保中間兩個拉索的張緊度大于兩側的兩根拉索。可以通過調節吊機上的相應拉索使其達到預期的張緊度。調整拉索的位置：根據桁架結構的實際情況，在桁架上適當調整拉索的位置，使其能夠對桿件施加合適的壓力。

（3）在起吊過程中，上弦兩端垂直弦桿的方向上各設置兩根溜繩，這樣可以在吊裝過程中防止吊機發生搖擺或者遇到大風時便于控制桁架的位置，這些措施可以提高起吊的穩定性和安全性。

2.2 起重機選擇

使用7150 型150t 履帶式起重機和CX2000 型200t 履帶式起重機進行屋面架的吊裝工作。這兩種起重機的承載能力可以滿足屋面架的重量要求，而且履帶式起重機具有良好的機動性和適應性，可以適應現場條件限制。在選擇起重機時，除了考慮承載能力外，還需要綜合考慮性能和經濟等因素。7150 型150t 履帶式起重機具有較高的承載能力和工作速度，適合大型構件的吊裝作業。而CX2000 型200t 履帶式起重機則具有更高的承載能力，適合于更大跨度和較重的構件的吊裝作業。根據屋面架的跨度和高度，以及起重機的承載能力和機動性要求，可以選擇適當數量的起重機進行施工。在施工過程中，需要注意起重機的設置和調整，確保其穩定性和安全性。同時，還需要進行合理的吊裝方案設計和施工計劃制定，確保施工進度和質量的控制，以及工程安全的保障。7150 型150t 履吊帶技術參數如表1 所示，CX2000 型200t 履吊帶技術參數如表2 所示。

表1 7150 型150t 履吊帶技術參數

表2 CX2000 型200t 履吊帶技術參數

根據規定：單機折減系數取0.8，雙機抬吊不均衡系數取0.75。

（1）CX2000 型200t 履吊帶的起重能力為0.8×36.3t=29.04t>38/2=19t。

（2）7150 型150t 履吊帶的起重能力為0.8×32.6t=26.08t>38/2=19t。

（3）雙機履帶吊總額定負荷為0.75×（36.3+32.6）t=51.65t>38t。

綜上，使用7150 型150t 履吊帶和CX2000 型200t履吊帶進行雙機抬吊吊裝主桁架是安全的。

3 負荷分配方法及加固措施

3.1 桁架重心確定，吊點設置以及負荷分配計算方法

屋面架的重量合理分配和架子的平衡問題，確保兩個吊鉤與架子的重心位于同一垂直平面上是非常重要的。以下是一些建議和步驟。

（1）查找架子的重心。可以使用三維建模軟件或有限元計算軟件等工具來查找架子的重心。確保架子的重心位于一個確定的位置，這有助于后續吊裝過程中的負荷分配。

（2）吊點設置。根據架子的結構特點和重心位置，確定吊點的位置。通常情況下，吊點位于架子上的弦節點上。

（3）加強措施。由于吊裝過程中可能會對架子產生變形，為了解決這個問題，可以在架子上的上下翼緣之間加設加強板，以使整個截面同時承載。

（4）吊裝計算。根據工程實際情況，進行翻身階段和提升階段的計算，確保吊裝過程中的安全和平衡[2]。吊點位置布置如圖1 所示。

圖1 吊點位置布置

圖1中，O 為桁架重心，根據力學關系，可通過式（1）和式（2）表示。

式中：G——構件重量（包括吊鉤、鋼絲繩、加固構件）；F1和F2——2 臺起重機的負荷；D1和D2——起重機吊點距離桁架的重心距離，并考慮雙機抬吊引起的負荷變化的不均衡系數為0.75。

3.2 桁架的加固措施

在起吊過程中確保桁架的穩定性和防止變形和扭轉確實需要采取有效的加固和補強措施，以下是一些常見的措施。

（1）使用套筒和臨時節點。為了增加桁架的剛度和穩定性，在起吊過程中可以使用套筒和臨時節點加強連接點。套筒是連接桿件的鋼筒，用來增加連接的剛度和穩定性。臨時節點是在吊裝過程中添加的臨時連接點，用來增加連接的穩定性和剛度。

（2）添加臨時支撐。在起吊過程中，可以添加臨時支撐來增加桁架的穩定性。臨時支撐可以是支撐桿、支撐架等，用來支撐桁架的關鍵部位，防止桁架發生過大的變形和扭轉。

（3）使用臨時調整桿。在起吊過程中，可使用臨時調整桿來對桁架進行調整和修正。臨時調整桿可以是連接在桁架各桿件上的調整桿，通過調整桿的長度和位置，可以對桁架進行微調和修正，確保桁架保持穩定。

（4）在輔助桁架底部一側與原桁架上弦桿件平行的位置，兩者之間必須采取有效措施進行緊密連接。這可以通過添加連接件或套筒來實現。連接件可以是連接兩個桿件的螺栓或焊接連接，以增加連接的剛度和穩定性。套筒是加在原桁架桿件上的鋼筒，用來與輔助桁架的桿件緊密連接，增加整體的穩定性[3]。

4 吊裝過程驗算

4.1 有限元模型建立

有限元軟件是一種先進的工具，可以幫助工程師對主桁架在吊裝過程中的受力和變形進行詳細的計算和評估。以下是有限元分析在主桁架吊裝中的一些重要應用。

（1）受力分析。通過有限元分析，可以計算主桁架在吊裝時的受力情況，包括桁架桿件和連接點的應力、應變等。這些數據可以提供給工程師，并進行進一步的評估，以確定是否需要進行加固補強措施。

（2）變形分析。吊裝過程中，主桁架會受到較大的變形影響。通過有限元分析，可以模擬并計算主桁架在吊裝過程中的變形情況，包括簡并和非簡并變形。這些數據可以用于判斷主桁架是否超出允許的變形范圍，并采取相應的措施進行調整。

（3）碰撞分析。在吊裝過程中，主桁架和其他吊裝設備之間可能發生碰撞。通過有限元分析，可以模擬并計算主桁架在吊裝過程中的碰撞情況，并評估其對主桁架的影響。這可以幫助工程師及時采取措施預防碰撞事故的發生。

4.2 吊裝時工況受力分析

在桁架的吊裝過程中，可以將基本工況分為翻身階段和提升階段。具體來說，吊裝過程中的荷載包括構件的自重、施工荷載和風荷載，并考慮動力系數。

首先是翻身階段，當桁架從水平位置轉向豎直位置時，會受到外力的作用，包括自身的重力和水平方向施加的力。同時也需要考慮施工荷載，如工人和設備的分布在翻身過程中的影響。此外，還需要考慮風荷載對于架體的作用，根據設計標準中的風壓系數來計算其影響[4]。

在提升階段，主要是吊裝構件的過程，除了自身的重力和施工荷載外，還需要考慮風荷載對于吊裝構件的作用。根據設計標準中的風壓系數，計算吊裝過程中可能受到的風荷載。在計算吊裝過程中的荷載時，還需要考慮動力系數，用于考慮吊裝速度、振動和加速度等因素對荷載的影響。

4.3 穩定性驗算

（1）局部穩定驗算是針對桁架的受壓桿件的穩定性和強度進行的驗算。根據計算分析得到的內力數據，可以對這些桿件進行局部穩定性驗算，這包括判斷桿件是否有足夠的抗彎承載能力和抗壓能力，以確保其局部穩定性。

（2）整體穩定性驗算是對整個桁架結構的穩定性進行的驗算。在這個驗算中，斜腹桿和上下弦桿等效為組合截面，然后確定其換算長細比，得到穩定系數。根據《鋼結構設計規范》的要求，對桁架的整體穩定性進行驗算。

通過局部穩定驗算和整體穩定驗算，可以評估桁架結構在使用條件下的穩定性。經驗算滿足要求，這表明桁架的穩定性得到了有效的事前控制，并且吊裝過程的質量和安全是可以得到保證的。同時，施工方案的合理性和可行性是通過對加固方案和計算分析得出的構件內力數據進行驗算，來進行評估的。這也是確保吊裝過程質量和安全的重要環節[5]。

5 結語

大跨度鋼桁架結構的施工，施工方案的分析和優化非常重要，可以幫助解決施工過程中的問題，并確保工程的質量和安全，通過對本文的分析，可以得出以下3 個方面的結論。

（1）計算模型簡化。在進行吊裝方案分析時，對計算模型進行合理性的簡化是必要的。這意味著需要找到合適的簡化假設和方法，以減少計算的復雜性。例如，在非對稱桁架的分析中，確定重心和負荷分配值可以通過實際測量和計算得出。這些數據可以幫助選擇合適的吊點位置，以確保吊裝過程的質量和安全。

（2）弱點加固。鋼桁架結構中可能存在一些薄弱的部分，需要進行必要的加固措施。根據施工方案的分析和評估結果，可以確定這些薄弱環節，并制定相應的加固措施，以確保結構的局部受力均勻和穩定。

（3）數值模擬。采用數值模擬對鋼桁架施工過程中的各種工況進行定量分析是非常有益的。通過對吊裝過程進行數值模擬，可以評估吊裝方案的合理性和可行性，并識別潛在的問題和風險。數值模擬結果可以幫助工程師事前控制，制定相應的措施，以確保吊裝過程的質量和安全。