广州市恒盛建设工程有限公司
摘要：在工业与民用建筑中，大跨度钢结构桁架梁的应用越来越广泛，但其吊装作业工一直是施工的难点，在吊装过程中梁常常出现变形的情况，以及如何确保安全施工的问题，本文通过论述广州港大跨度屋面梁的施工，以实际施工的经验为依据探讨大跨度梁吊装施工方法，对吊装准备、安全保证措施、技术关键要点等进行了详细的叙述分析。
关键词：大跨度屋面梁；吊装；方案；安全措施；技术要点
前言
我国在工业与民用建筑中，钢结构的应用与发达国家相比，比例还比较低，只有5%-6%左右，而欧美国家已达60%，过去，大跨度钢结构桁架梁存在吊装困难采用更少，但在近几年以来，大型钢构建筑发展迅猛，大跨度超过30米的钢构桁架梁得到越来越多的应用。因为采取大跨度钢结构，可以减少建筑物内的立柱数量，增加建筑的有效利用面积，并且有利采光等很多优点。本文所述的是广州新港大跨度（90M）棚架屋面梁吊装，结合吊装过程的技术难点，探讨安全、优质吊装大跨度钢结构桁架梁的施工方法。
1 工程概况
广州新港大跨度棚架工程分为14# 钢雨棚、15# 钢雨棚。其中14# 钢雨棚建筑面积较大，本文以14# 钢雨棚为对象，阐述和分析大跨度钢结构桁架兴梁吊装的技术应用。14# 钢雨棚面积约为5445㎡，结构投影面积约为5480㎡，建筑总高度（屋脊）为15.238m，檐口高度12.5m，钢雨棚跨度45m跨度2连跨，钢雨棚整个平面外形为形似梯形形状，建筑长度靠1轴线为90m，靠7-11轴线为95.229m，建筑宽度靠A轴为42m，靠N轴为72m。本项目为单层门式全钢架结构。单榀钢柱的最大重量约为1.14吨；钢柱、屋面梁采用焊接实腹H型钢，单榀屋架梁（按最重90米算）拼装后重量约为9.41吨，分段吊装最重屋架梁（37米段）拼装后重量约为3.87吨。
2 主要吊装设备选择
2.1 吊车的选择
采用3台25T汽车吊和1台高空作业车。
吊装载荷计算：
分段吊装最重屋架梁（37米段）拼装后重量约为3.87吨，加上吊具重量约为4吨，单台起重机负重Q=2吨，选取动载荷系数K1=1.1，两台吊机同时作业的不均衡载荷系数K2=1.25，每台起重机的吊装计算载荷Qj=K1*K2*Q=1.1*1.25*2=2.75吨，选择吊机时额定起重量应大于计算载荷，即>2.75吨。
最大起升高度应满足下式要求：
H>h1+h2+h3
H为起重机吊臂顶端滑轮的高度，h1为设备高度，h2为索具高度，h3为设备吊装到位后高出驳接点的高度。
计算最大起升高度H>h1+h2+h3=2.5米+5米+15米=22.5米
起重机吊装最大回转半径根据实际工况要求为12米
根据吊装计算载荷、最大起升高度与吊装最大回转半径选择起重机，25T汽车起重机满足吊装需要。
25T汽车起重机主臂起重性能表（单位：t）
2.2 钢丝绳的选择
（1）钢丝绳选型
本工程吊装最大根据最重起吊钢梁（拼装后整榀）约为3.87吨重计算及钢丝绳与铅垂线的夹角，采用钢丝绳6*37S+FC纤维芯钢丝绳吊装，考虑钢丝绳之间荷载不均匀系数，根据构件重量钢丝绳吊装角度为45°~60°，因此选用6×37型钢丝绳4条，即2台吊车4条钢丝绳吊装。
（2）选用钢丝绳验算
换算系数为0.82
钢丝绳的公称抗拉强度选用1670Mpa
安全载重系数取6
钢丝绳采用捆绑式起吊，每台吊机有两根钢丝绳在梁端附近捆绑起吊，因此采用双机吊装有4根钢丝绳分别受力，两个吊点的四根钢丝绳受力分别按40KN考虑。安全载重力取4t，即40KN 钢丝绳破断拉力=钢丝绳安全载重力×安全载重系数 =40000N×6 =240000N
钢丝破断拉力总和=钢丝破断拉力÷换算系数=240000N÷0.82=292683N
钢丝总断面积（mm2）=钢丝破断拉力总和÷公称抗拉强度（Mpa）=292683÷1670=175（mm2）
根据钢丝绳总断面积查表得（如下表）：
此规格的钢丝绳钢丝绳绳径为30mm，丝径为3.0mm，钢丝总断面积为210.87mm2，175mm2<210.87mm2，完全满足起吊要求。
3 主要安全措施
3.1 生命线设置
因高空作业的特殊性，屋面梁固定后，在钢梁的上部拉设Φ12mm外敷塑料保护层的钢丝绳为生命线，工人的安全带必须挂设在生命线上。示意图如下：
3.2兜底网设置
屋面大梁和次梁安装就位后在下方设置安全网，保证檩条安装的安全，施工作业区域柱距及相邻跨之间均要挂满安全平面兜网，高度为柱底板往上约10-12m处，安全网与结构用5~8#铁丝绑扎牢固，绑扎点间距1m，临边挂好安全绳。示意图如下：
备注：汽车吊车行驶路线按现场完全能满足吊装条因现场实际情况调整吊装路线及顺序。
4.1.2 钢梁吊装顺序
依次按照钢梁安装顺序图按照轴线顺序进行吊装（从第一区域开始依次进行吊装）：
第一区域（14#钢雨棚）：
A-N轴~1轴线→A-N轴~2轴线→A-N轴~3轴线→A-N轴~4轴线→A-N轴~5轴线→A-N轴~6轴线→A-N轴~7轴线
第二区域（14#钢雨棚）：
A-N轴~8轴线→A-N轴~9轴线→A-N轴~10轴线
第三区域（14#钢雨棚）：
G-N轴~10-11轴线→A-G轴~7-10轴线
4.1.1 钢梁吊装顺序
14#钢雨棚A-N轴~1-11轴线与A-N轴~1-7轴线区吊装钢梁顺序及布置图
钢梁吊装如图所示从1轴线往11轴线方向吊装，1轴至7轴线钢梁跨度为90米，为本次吊装施工的难点，8至今11轴线钢梁跨度续步缩小。
4.2 吊装工艺
4.2.1钢梁原吊装工艺
本工艺是钢梁的吊装分两段进行，在地下先组装好分别是53米和37米的两榀，先吊装完成53米的一榀，固定两柱后，再吊装37米的另一榀，然后进行两榀的对接安装，目的是减少钢构的高空对接作业。
以下为原吊装工艺吊装第一榀时的实际效果图。从图可以看出，此段53米的钢梁出现相当明显的变形，造成后续的矫正工作相当困难。
4.2.2改进后的吊装工艺
采用原吊装工艺的吊装过程中，发现14#棚钢结构A-G轴交2轴大梁过程中出现变形情况，原因是使用两台25T起吊时吊点和重力很难掌握，在起吊时已出现局部变形，需要同时增加多一台25T吊车才能保证起吊时的稳定性，鉴于考虑下一步吊装的安全性及结构稳定性，改进方案以确保安全起吊：
（1）首先在地面用两台25T吊车拼装三节钢梁，长度为37米，拼中间连接时，使用胎架操作，拼梁位置与安装钢梁位置平行（吊装图2）。
（2）前步骤完成后，用一台25T吊车吊装G轴V形钢梁（16米长，且必须在整条梁安装好吊车才能松钩），并与前轴钢梁的梁柱支撑连接上，安装高强螺栓使用高空作业车进行。在整跨钢梁未安装完成之前，V形钢梁安装需使用拉风绳固定，如下图：
（3）V形梁安装完后，拼装好的三节钢梁（长度37米）调节好吊点，直接起吊至梁面位置，首先安装起吊梁与V形梁的连接，其次才与A轴柱连接，安装高强螺栓时，一律使用高空作业车
（4）考虑安全及稳定性，在每完成整跨梁的安装之后，立即安装檩条再继续其他柱梁安装。每跨梁吊装完成后，用经纬仪测量钢柱的垂直度（并做好记录），确保梁、柱的垂直度再进行下一步的安装
改进工艺后的吊装中间段图（16米V型梁）：
4.3 钢梁吊装
4.3.1 钢梁的现场拼装
本工程雨棚钢立柱为H型实腹柱，在工厂进行整体制作，验收合格后发运到施工现场吊装。该工程中所有屋面梁的跨度比较大，制作分段进行，所以屋面梁是分段运输到现场，现场组装后再进行整体吊装。
屋面梁每跨是分多段制作发运到现场进行拼装后整体吊装的。具体拼装的步骤：
1、选择平整的场地，然后把屋面梁拼装用的钢凳或枕木按照预先指定的位置安设好，并用水准仪测量钢凳或枕木的标高，每段钢梁三个钢凳或枕木，每个支承点的标高必须满足图纸要求的相对标高要求。
2、将四段屋面梁分别吊放在指定的位置上。
3、测量每个支承点的标高，利用千斤顶和钢垫板对其进行调整，保证每段钢梁的四个支承点的相对标高差符合设计要求的标高。
4、连接板安装，利用临时螺栓将连接板安装拧紧，然后再次复核屋面梁的尺寸。
5、屋面梁的相关尺寸核对无误后，便进行高强螺栓的施工，高强螺栓的施工严格按照设计和施工规范执行。
6、高强螺栓的施工质量以及钢梁的外形尺寸进行检查，确认合格后进行吊装。
4.3.2绑扎与吊装
90米大跨度的钢梁分三段吊装，分别为16米的一段和37米的两段，以下为37米段吊装进行说明。
37米钢梁跨度较大，钢构钢板厚度只有6毫米，起吊过程容易变形，为此采用两台吊车同时吊装，选取四吊点吊装，各个的吊点选取通过受力分析获得，尽量减少起吊过程中的轴向受力，从而减少钢梁的拉伸变形。为了防止起吊过程中吊具的滑移，在绑扎时尽量将钢丝绳抱紧梁，U型卸扣在试吊时预紧压实钢丝绳，在钢丝绳与钢梁接触的底面用麻布垫住以防吊具滑移，如个吊点因为梁的斜度会造成吊具滑移，可在吊点处焊接挡块。
起吊前准备，两台25吨的吊车进入预吊位置，检查吊车申脚处处地基是否牢实，如泥土存在松动则要增加钢板，汽车吊各脚液压申出至全行程位置，然后全面检查吊车的稳定性，确认汽车吊安装牢固可靠后进行伸臂操作，主臂回转半径和伸出臂长要达到起吊要求位置。
吊装，吊装要有专人统一指挥，在梁的生命线安装完成后，在梁的两端用足够长的麻绳系住，以调节起吊和安装过程中梁的摆动，按设计的吊点将吊具与梁绑缚牢固。此时，中间16米的V 型梁已吊装完，中间立柱用两条揽风绳地锚拉住，为了确保对接37米梁的安全性，V 型梁一直由一台25吨的汽车吊吊住，在37米梁的外支撑立柱提前绑好作业爬梯。各项准备工作完成后，由指挥人员统一指令，两台25吨吊车慢慢同时起吊，起吊过程中一定要保持梁的整体水平起吊，过程出现的位置摆动通过两端的麻绳人手调节，当徐徐起升的梁达到立柱和V型梁的接驳位置，高空作业车将一组安装人员送至V型梁的接驳点，另一组安装人员通过作业爬梯上至立柱接驳点，在确认安装位置准确、螺丝孔对应无误的情况下，进行手动扳手预紧联接螺丝，然后通过力矩剪力扳手紧固。
5 工程技术要点分析
1）本钢雨棚面积约为5445㎡，建筑总高度（屋脊）为15.238m，屋梁跨度90 m，属于大跨度钢构安装工程，尤其中部6条屋梁90米只有3个重力承载点，因此，整体立柱的定位必须精确。首先测设埋件的中心线，进行埋件安放位置的选择，然后在基面上进行相应的定位标记使得埋件的轴线与基面的中心线准确对合。并且在安装过程中还要进行跟踪测量和校正，在混凝土浇注过程要加强监控防止走位，混凝土拆模后还要进行复检，发现误差后及时纠正。埋件的精度对钢构的安装有直接影响。
2）90米屋面梁的吊装是施工作业的难度重点，屋面梁采用焊接实腹H型钢，钢板的厚度只有6毫米，而梁的跨度90米，中间只有一个支点，吊装过程中很容易出现变形（吊第一榀时出现变形，如上图所示，后重新调整了方案），为此，对原来的两段吊装改为三段吊装，虽然更改后的吊装方案增加了一个接口高空作业，但长度的减少使变形积累降低，实际效果非常明显。吊装首先安装中间的一条16米V型梁，吊装就位后固定V型梁与立柱的螺丝，然后再分别吊装与之连接的两条37米梁，在其中与一条梁与16米V型梁连接前，V型梁的安装吊机保持吊装状态，以防两梁对接时晃动影响安全。
3）按原作业方案，所有屋面梁安装完成后再进行檩条的安装，但在安装过程来看，由于屋面梁太过单薄，容易变形，后改为每装完一榀梁后就进行檩条连接安装，这样通檩条的整体拉固，消除了屋面梁的变形。
4）采用4台吊机联合作业，包括三台汽车吊和一台高空作业车，其中两台吊装37米梁，一台吊装16米的V型梁，高空作业车进行梁与梁、梁与柱的对接安装作业，由于存在交叉作业，必须强调作好以下工作：一是根据吊机的特征曲线与现场工况，决定吊机的摆放位置，避免吊臂伸出后发生打跤现象；二是由一人统一指挥，在起吊前要确定各台机的作业顺序，按施工方案的测算作业程序进行。
5）本工程是大面积的高空作业，安全保证要求高，安全准备工作必须充分，安全保证措施必须充足，并做好过程的落实和监控。具体主要包括这几方面：一、施工机具的安全可靠，各台吊机使用证件必须在有效期内，并且到场后要进行专门的检测，吊环、吊绳等要进行细致的检查。二、施工爬梯必须牢靠，检查钢构焊接有没虚焊现象。三、钢梁在地面时就要设置生命线，生命线立柱与梁的联接螺丝紧固。生命线立柱间距不能大于12米。四、兜底网绑扎必须结实牢固，严格保证配置兜底网的位置和高度。五、对所有施工人员的安全教育与技术交底必须落实。
6 结束语
广州港雨棚钢梁跨度90米，中间只有一个支撑点，并且钢结构单薄，梁的焊接钢板厚度为6毫米，这样大跨度钢梁的吊装在国内是罕见的，本工程钢梁在吊装过程中也出现过变形现象，并对原吊装方案进行了调整改进。总结安装经验，主要把握以下几点：保证基础放线准确，立柱定位精准固定；横梁分段合理，吊点设置准确；高空作业，安全措施保证，过程监控到位；合理选择起重吊装机械与吊具；交叉作业，集中指挥。本工程在施工过程中得到业主、监理公司、设计院的大力支持和配合，工程于2016年8月保证过程安全、质量过硬顺利完工，验收各项质量指标达到设计要求。
参考文献：
[1] 张春光. 浅谈钢结构大跨度梁项目的施工 [A]中国建筑金属结构.2013（01）
[2]乔贤军.张慧荣 . 钢结构吊装施工技术探讨 [B]装备技术.2015（01）
论文作者:邓勇
论文发表刊物:《北方建筑》2016年12月第36期
论文发表时间:2017/3/29
标签：钢梁论文; 钢丝绳论文; 轴线论文; 屋面论文; 雨棚论文; 作业论文; 吊车论文; 《北方建筑》2016年12月第36期论文;