摘要：近年来，钢结构项目建设数量逐渐增多，钢结构厂房的发展历史比较短，在大跨度工业厂房钢结构安装施工中，安装技术控制难度较大。本文以某52米跨度厂房为例，对工业厂房钢结构的特征进行了介绍，并对大跨度钢结构安装施工以及方案和安全进行了详细探究。
关键词：钢结构；支撑架；罩棚；安全措施
1工程建设概况
本钢结构厂房工程为门式刚架结构型式，钢结构投影面积厂房一为23495.59㎡，厂房二为17812.2㎡，厂房一、厂房二为三跨车间。厂房一跨度分别为10米、20米、52米，柱间距为8米，厂房屋面梁架坡顶最大高度为14.2m，屋面檐口最大高度为11.6m，厂房长275m；厂房二跨度分别为12米、20米、45米，柱间距为8米，厂房屋面梁架坡顶最大高度为14.7m，屋面檐口最大高度为12.5m，厂房长275m。结构型式为变截面焊接H型钢（见下图1），采用高强螺栓连接。设计基本风压：0.5KN/㎡，抗震等级：7度设防。
图1 H型钢制作胎架
主体结构以钢结构主要构件材料：钢柱、钢梁采用Q345B中板焊接，钢柱为焊接H型钢，厂房一钢柱最大尺寸为（变截面H）（600～1500）X350X12，板厚18mm，钢梁最大尺寸为H700X250X12，板厚18mm；厂房二钢柱最大尺寸为（变截面H）（500～1300）X350X12，板厚16mm，钢梁最大尺寸为H450X200X8，板厚10mm。高强螺栓采用10.9级摩擦型，材质为40Cr；刚性系杆、支撑采用Q235B；檩条采用薄壁C/Z型钢，材质为Q345B钢。钢结构表面防腐处理采用富锌底漆两道，环氧云铁中间漆一道，面漆一道。干漆膜总厚度不小于200μm。主钢结构采用薄涂型钢结构防火涂料，耐火等级二级，钢梁耐火时间1.5小时，钢柱耐火时间2.5小时。
轻型钢屋架结构构件系统：屋面采用檩条露明型双层压型钢板复合保温隔热屋面（太空隔热涂膜+0.6mm厚镀铝锌本色压型钢板+50mm厚岩棉层+0.36mm厚底层压型钢板）。根据结构特点与现场施工环境把钢构件按加工厂提供的安装布置图分批放置，确保后期吊装工序的顺利进行，由于施工范围大，各种构件布置必须分类按吊装区域就近堆放，尽量减少材料的二次搬运，同进须合理安排起重机行走路线，以提高工效。由于施工期刚好在冬季，钢结构在安装过程中，做好冬季施工安全措施。本工程因各种钢构件均需工厂加工制作，然后运输至工地，各种构配件必须有组织、有计划按图纸要求分类编号，小构件须分类打包做到有条不紊。
2 52m钢梁钢结构吊装
本工程厂房一吊装最大跨度为52m，钢梁净长48.45m，其由6段型钢构件拼装而成（见下附图），规格有：①（编号GL2-5）变截面H型钢（1500～900）X250X12X18，重量为1.435T；②（编号GL3-2）H型钢900X250X10X14，重量为1.208T；③（编号GL4-8）变截面H型钢（900～1200）X250X10X14，重量为1.346T；④（编号GL4-6）变截面H型钢（1200～900）X250X10X14，重量为1.346T；⑤（编号GL3-1）H型钢900X250X10X14，重量为1.208T；⑦（编号GL2-7）变截面H型钢（900～1500）X250X12X18，重量为1.435T。
合计本52m跨梁总重量为：①+②+③+④+⑤+⑥=1.435+1.208+1.346+1.346+1.208+1.435=7.978T
由工程力学知识知道，三点支承结构属一次超静定结构，去掉中间的支承联系，由X1代替中间支承所受到的力NB，将超静定结构转化为静定结构，B点的变形协调条件是竖向位移等于零，力学计算模型见图3。
由力法方程知识知道：δ11 X1+Δ1P=0 —（1）
其中：
δ11 =∫（M12/EI）dx=（L-2a）3/（48EI）——（2）
Δ1P=∫（MPM1/EI）dx
=qa2（L-2a）2/（16EI）-5q（L-2a）4/（384EI）——————————————（3）
将（2）、（3）代入（1）解得：
X1=（5L2/8-a2/2-5aL/2）q ———————（4）
由于结构对称受力，所以
NA=NC=（qL-X1）/2
=q（3L2/8+aL/2+a2/2）/（L-2a）/2
令Z=（3L2/8+aL/2+a2/2）/（L-2a） ———（5）
则NA=NC=qZ/2 ———————（6）
在A、B之间任意截面X处（距离A点为X），其弯矩：
MX= NAX-q（X+a）2 /2（下缘受拉）——（7）
支承点A处的弯矩：
MA=qa2/2（上缘受拉）————————（8）
由于构件A、B两点存在负弯矩（上缘受拉），故在A、B两点之间必然存在正弯矩，并且极值存在，即MX max’=0存在，也就是
（NAX-q（X+a）2/2）’= NA-q（X+a）=0
∴X= NA/q-a=（qZ/2）/q-a=Z/2-a ———（9）
将（6）、（9）代入（7）得
MXmax=qZX/2-q（X+a）2/2=qZ2/8-qaZ/2—（10）
支点位置的选择：
设中间及两端部支点的反力相等，也可以认为，三个吊点的吊绳张力（拉力）相等，则吊点（支点）位置合理，即NA= NB
由于NB=X1，所以NA= X1
联立（4）、（6），解得a=0.153L
得出52米跨钢梁实际长度为L=48.45m，最佳吊点为两端向内0.153*L=7.4m，中间度再设吊点。
45米跨钢梁实际长度为L=42.12m，最佳吊点为两端向内0.153*L=6.4m，中间度再设吊点。
9.6吊装设备选型
1、钢丝绳选择及验算
经计算，厂房一中吊装钢构件钢柱最大重量5.72T、整跨钢梁最大重量7.978T，
1）钢梁：单机吊装所需吊索以最重钢梁（7.978T），约8吨为计算，钢梁三点绑扎（两端、中间），每根索具承担约3吨，索具与构件的设计夹角为а=45°，按45°计算，索具所承受的拉力为
F=3T/cos45o=4.243T
作捆绑吊索安全系数按K =8-10计算，本次采用安全系数8进行计算，所选钢丝绳的破断拉力为
P=4.243T×8=33.944T=339440N
根据破断拉力公式P=520d2 和根据GB/T8918《重要用途钢丝绳》（见下表）选取得型号公称抗拉强度1670MPa，6*37S钢丝绳 d=26㎜。
故钢丝绳选取抗拉强度1770MPa，6*37S直径为26㎜即可满足要求。因采用捆绑式3点绑扎，最小的钢丝绳长度为14米，绑扎示意图如下：
2）钢柱：钢柱最大重量为5.72吨，本次计算取值6吨，钢丝绳下端绑扎在钢柱柱顶孔处，钢丝绳与钢柱之间用切割好的管皮垫好，防止吊装时钢柱棱角磨损钢丝绳；采用二根钢丝绳进行起吊，故单根承担3吨。索具与钢柱吊点垂线的设计夹角为0o，按0o夹角考虑：
索具所承受的拉力为：
F=3T/ cos0°=3T
作捆绑吊索用的钢丝绳的安全系数K=8-10，按安全系数K=8计算，所选钢丝绳的破断拉力为：
P1=3T×8=24T=240000N
根据破断拉力公式P=520d2 和根据GB/T8918《重要用途钢丝绳》（如下表）选取得型号公称抗拉强度1670MPa，6*37S钢丝绳 d=26㎜（本次选用钢丝绳与吊钢梁钢丝绳统一直径，禁止出现吊钢柱、钢梁混用）
钢丝绳的长度可选用2米，钢丝绳的型号公称抗拉强度1670MPa，6*37S钢丝绳Φ26mm，绳扣选用机器压制的铅头绳扣。
钢丝绳取值表：
钢丝绳起吊过程中平衡同时受力措施：
1、作业前应对吊具（含控制、制动系统和安全装置）与索具进行检查，当确认完好，功能正常时放可投入使用。
2、拴挂前，应确认所吊重物上设置的起重拴连接点是否牢固，提升前应确认连接是否可靠。
3、吊具承载时不得超过额定起重量，吊索不得超过安全工作载荷。
4、作业时不得损坏吊件、吊具与索具，必要时加保护衬垫。
5、绑扎点必须按要求设置设计要求位置，吊绳长度和角度必须满足设计要求，可在钢梁上做好吊点标识，量好钢丝绳长度，再进行捆绑。
6、起重机吊钩的吊点，应力求与吊重重心在同一条铅垂线上，使吊重处于稳定平衡状态，否则提升前应做试吊试验，直到使吊具重获的平衡为止，防止提升时产生滑动或滚动。
7、结构应力求简单、受力明确、减少应力集中的影响；
8、吊具上外露有伤人可能的活动零部件，应装设防护罩；
9、检验合格的吊具与索具，其适当位置应有不易磨损的标记，并具有合格证书。标记内容至少应包括：额定起重量、检验标志、生产编号、制造日期、制造单位；合格证书内容应包括主要技术性能参数。
10、应使用有合格证书的吊具与索具，并建立及健全安全使用、维护保养规程和相应的规章制度。
11、吊钩缺陷不得焊补；吊钩表面应光滑，不得有裂纹、折叠、锐角等缺陷。
12、吊钩内部不得有裂纹和影响安全使用性能的缺陷；不得在吊钩上钻孔或焊接。
13、在吊钩开口最短距离处，选定二个适当位置打印或镶嵌不易磨损的标志，测出标志间的距离，作为使用中检测开口度是否发生变化的依据。
14、防止吊重在吊运中产生倾覆或滑动，当吊重重心在吊索拴挂点之上时，吊索分肢与水平线的夹角应大于吊重重心与拴挂点边线和水平线相交形成的夹角，否则应将吊索分肢拴挂点移至吊重重心上方。为防止吊重在吊运中产生摇摆或转动，宜采用一根牵引索在地面加以控制。
15、起吊较构件时，应先将物件吊离地面0.1m左右试吊，确认吊挂平稳，制动良好，然后升高，缓慢运行。
16、平衡吊严禁斜吊、拉吊和快速起吊。
17、无论重吊或轻吊，使其旋转都必须稳步的拉着绳索，转到需要的角度后，方可放手；严禁猛拉，急拉或任其自动旋转。
9.6卸扣的选用
根据钢丝绳与钢构件的夹角为90度，取本工程钢构件最大重量定为10t计算：
单个卸扣需承受重量：（10/Sin90°）/4=（10/0.966）/4=2.588t
根据计算结果选用5t卸扣，型号为“T-BW5-5/8”可满足要求。
9.7吊车的选择
由于现场环境的限制与现场的情况，本工程将使50T汽车吊行吊装。吊车起吊位置如平面图所示，吊车起吊半径大约 7~8米。
根据50T汽车起重机技术参数可知，以厂房一最大跨度计算，钢梁安装高度最高点14.2米，吊臂顶点到钢梁底高14.8米，共需最少起装高度29米（见下立面图），当吊臂伸至长度32.75m，作业半径 7~8米时，起重机的起吊能力为10.2t~9.2t，能满足吊装要求10.2t~~9.2t>7.978T（最大跨度钢梁）。
（附性能参数表）
3、1、汽车吊起吊能力复核
P=QK1
H=h1+h2+h3+h4
式中P——计算质量；
Q——钢梁本体质量；
K1——动载系数，取 K1 =1.1；
H——吊臂顶点最小高度；
h1——安装支座高度；
h2——钢丝绳占据的长度；
h3——吊点到构件底面距离。
h4——吊钩到吊臂顶点的最小距离。
（1）钢梁：跨度长度52m，高度14.2（钢梁顶）m，钢梁重7.978T，h3=1.20m，h2=12.8m，h1=13.0m（钢梁底），h4=2m（见下立面图）
则 P = QK1
=7.88×1.1=79.2（t）
H=h1+h2+h3+h4
=13+12.8+1.2+2=29（m）
查起 50吨汽车起重机性能表，当臂长为 L=32.75m、回转半径为7m时，最大吊装能力为10.20t>7.978T最大跨度钢梁。当臂长为 L=32.75m、回转半径为8m时，最大吊装能力为9.2t>7.978T最大跨度钢梁。
故吊车参数可满足吊装要求，安全可用。
即：吊车起吊能力
P′=10.2t~9.2t＞P=7.978t；
吊装高度立面图：
吊车停放位置的地耐力验算
现场吊装区域按设计要求施工，地基压实系数≥0.94，地面换填角石：回填压实至设计标高后，按设计要求地面回填400mm厚角石级配石粉填逢压实（角石：石粉=7：3），经承载为130KPA，由钢梁运输拖车和实施吊装的吊车自身重量也大，为加强地面承载力；因此，实施吊装的吊车吊装时必须采用枕木和大钢板2500mm×2500mm×40mm进行铺垫。地耐力验算：现场路面经查询基础承载力＝130kpa=13t/㎡。结合现场施工情况每跨钢梁重量约为8t+50t（吊车自身重量50t）＝58t，选用支撑钢板2.5m×2.5m＝6.25㎡计算出每支撑点可承载13t/㎡*6.25㎡=81.25T，可满足吊装要。
区域内安装工艺流程
基础复测－格构柱吊装－格构柱校正、杯口基础二次灌浆－柱间支撑安装－托架安装－钢屋架安装－墙架安装（包括山墙）－零星构件安装－油漆补涂－交工验收。
对于同一个厂房，钢构件安装顺序采用以“减少误差，从中间向两端”的方法进行安装。两钢结构厂房同时施工吊装。
5安全措施方案
该工程造型新颖，跨度较大等建筑特点，给施工安全带来很大压力。同时在施工中，需要搭拆大量的支撑架。由于工期要求比较紧，土建与钢结构吊装存在大量的立体交差作业，给施工安全控制增加了难度。为确保钢结构吊装作业施工安全，必须遵循严格的安全管理制度，严格落实安全责任制度，才能确保施工的顺利完成。
5.1吊装作业主要安全措施
在进行吊装作业时，要注意一下几个方面：地面人员准备吊装钢柱时，先行安装钢梯及安全母索；钢柱开始吊装，于钢柱对接完成且地脚螺栓皆已穿满锁紧时，钢架吊挂作业人员从原准备好的钢梯爬至柱顶解开柱顶吊钩后，随即缓缓爬下，地面人员在下面采取一定的保护以防钢梯侧滑。钢梁放置地面，并以枕木或适合之垫材垫高，此时吊钩之上钢缆已用U型环与钢梁紧抱，同时附以包扎措施。同步将安全母索平放在钢梁上并以现场材料自行弯制之夹具固定后，随即等候吊装；螺栓暂存袋于钢梁起吊前，缚绑于钢缆上近卸扣之出，其功能仅为地面人员暂时置放螺栓后，及钢梁吊起后，供钢架吊挂人员由次袋取出螺栓或手工具，以便穿锁高张力螺栓。
5.2屋面吊装安全措施
屋面安装为高空作业，每位施工人员必须系好安全带，穿好防滑鞋，安全带种根在檩条上，必要时，用钢丝绳锁定在钢梁或檩条上，供安全带种根，铺设屋面板，遇大风大雨应停止施工。每天下班前，将屋面板用综绳绑扎在檩条上，绑扎要牢固，防止大风吹落。严禁在未被固定于檩条上的单张屋面钢或几张叠在一起的钢板行走，当安装屋面板时，可以考虑使用踩踏板，同时为了减少由于屋面钢板有油而导致滑动的危险，应及时把堆放在一叠的钢板分开以让每片钢板上的油蒸发干，然后再把钢板放在檩条上。铺设钢板区域内，切割工作及固定螺丝时所产生的碎屑以及屋面、地面和天沟上的残屑杂物于当天收工前清理干净。施工中裁剪之余料每日派工收拾集中堆放，完工前所有余废料须清理干净。
6结束语
本文以钢结构施工工艺技术在建筑行业的应用实例，说明了钢结构施工在当今现代化建筑施工的重要作用。钢结构施工以其独特的施工方式，展示出安全、快捷、多样的施工理念和风格，为促进工业厂房大跨度钢结构工艺进一步完善和提高，应加强相关施工技术和工艺的研究，加快相关技术标准的制定和落实，保证大跨度工业厂房钢结构施工质量、促进建筑行业健康发展。
参考文献：
[1]宫曙光，周荣涛.冶金工业厂房钢结构的安装施工技术研究[J].冶金丛刊，2016（04）：38.
[2]刘海川.大跨度钢结构施工工程的结构分析[J].河南建材，2015（02）：133+135.
论文作者:陈志东
论文发表刊物:《建筑细部》2019年第6期
论文发表时间:2019/10/14
标签：钢梁论文; 钢丝绳论文; 钢结构论文; 型钢论文; 厂房论文; 屋面论文; 吊钩论文; 《建筑细部》2019年第6期论文;