大型钢结构楼盖吊装施工

吴拾金 潘 武 程热香

1.洪宇建设集团公司 南昌 330001 ；2.江西建工第二建筑有限责任公司 南昌 330001

1 工程概况

江西省抚州市城市规划艺术展示中心B区主楼为一地下1 层，地上13 层大型建筑，建筑总高度74 m，建筑面积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层为钢结构楼盖外，其他为钢筋混凝土框架结构。在外部13 层主体结构施工完成后，开始中间钢结构楼盖的施工。

钢结构楼盖的2层（标高+12 m）、3层（标高+20 m）、4层（标高+28 m）与外围钢筋混凝土框架结构连成一体。主钢梁跨度54 m、宽1.2 m、高3.3 m（端部高2.8 m），单根质量约136 t，每层有5 根，共15 根。钢梁与次钢梁之间采用高强度螺栓连接，钢梁上面浇筑混凝土楼板。钢结构工程总质量约2 500 t，材质为Q345B，其中焊接箱形钢梁2 080 t，焊接H型钢逾400 t。

2 主要施工流程

施工准备→运输→拼接→焊接→吊装→涂装→验收

3 施工过程

3.1 吊装策划

主要施工方法是：

1）所有构件工厂制作，主钢梁每榀分5 节，以便于运输。

2）现场用1 500 kN履带吊卸货，室内搭设拼装操作台，对主钢梁进行现场拼装。

3）在标高30 m处安装QE90/15+90、跨度为52 m的桥式吊车1 台。

4）边拼装、边吊装，相互穿插，完成吊装作业。

在工程内部30 m高程处架设桥吊，桥吊两端主钩各设置900 kN固定起重设备，用于吊装主钢梁。桥吊上移动小车副钩中点最大吊重为150 kN，用于吊装次钢梁。

主钢梁分节制作，在拼装平台上组装，其余钢梁都是整体制作[1,2]。钢梁拼装在L、K轴线间搭设的台车拼装平台上进行，拼装平台设置间距为3.06 m的2 条轨道，轨道长度75 m，在0 m层上贯穿展示中心，一侧穿出展示中心到建筑物外的施工道路上。由于0 m层下还有地下室，0 m层混凝土楼面承受不了钢梁拼装时的质量，所以拼装平台下的0 m层混凝土楼面采用φ200 mm×8 mm钢管及32a#工字钢加固，支撑在地下室的底板面上。

钢梁拼装还需制作10 辆台车，拼装时，在展示中心外施工道路上利用1 500 kN履带吊下车，然后固定钢梁，利用台车运输至展示中心相应的位置，再依次利用台车运输其余各段。钢梁运输到相应位置后应把台车固定，方便两节钢梁对接。吊装平、剖面见图1、图2。

3.2 桥吊安装

桥吊的轨道设在悬挑的工字钢上，在桥吊安装前，首先应进行悬挑轨道梁下混凝土梁的加固，加固采用两φ325 mm×8 mm钢管支撑，支撑从地下室底板面起，一直支撑到悬挑轨道梁下，钢管紧靠混凝土柱子，垂直方向每隔4 m采用1 个抱箍把支撑钢管和混凝土柱子连接固定，抱箍采用160 mm×14 mm和125 mm×10 mm角钢制造，支撑钢管间采用螺栓连接，每根钢管支撑应顶紧上下混凝土梁。

图1 吊装平面示意

图2 吊装剖面示意

桥吊由专业生产工厂制造完成并分节运输到安装现场，同样采用1 500 kN履带吊下车，然后利用台车运输至工程钢梁拼装平台上拼装。

桥吊安装前，先进行桥吊悬挑梁和轨道梁安装。桥吊桁架吊装前，在40 m高程平台上布置4 台50 kN卷扬机，再利用悬挑梁作为500 kN定滑轮组固定点，通过500 kN定滑轮组和动滑轮组吊装桥吊至安装高程。

桥吊吊装完成后，要进行电气安装，电气设备安装调试合格后再进行空负荷试验，空负荷试验应检查桥吊的各项性能及运行稳定性是否符合设备设计及规范要求。空负荷试验包括：

1）操纵机构的操作方向应与起重机的各机构的运转方向相符；

2）分别开动各机构的电动机，应运转正常，大车和小车运行时不应卡轨；

3）各制动器能够准确及时地动作，各限位开关及安全装置的动作应准确、可靠；

4）当吊钩放到最低位置时，卷筒上的钢丝绳的圈数不应少于2 圈（固定圈除外）；

5）每项试验不少于5 次，并且动作应准确无误。

3.3 运输

采用1 500 kN履带吊将单节钢梁吊至倒运台车上面，用手拉链条葫芦和钢丝绳将钢梁稳固在台车上，稳固后再通过卷扬机将台车牵引至拼装位置并固定台车。

3.3.1 1 500 kN履带吊工况选择

每榀主钢梁分5 节，最大、最重1 节钢梁质量为29.3 t、长12 m、宽1.2 m、高3.3 m。1 500 kN履带吊的臂长为24 m，最大的起吊幅度约为7 m，当起吊幅度为14 m时，最大的起重质量为44.1 t，起重荷载约为最大起重质量的67%，所以，1 500 kN履带吊完全可满足钢梁吊运的要求。

3.3.2 起重钢丝绳的选型

为确保钢梁吊装时平稳安全，采取焊接吊耳板式两点（每点为双根钢丝绳）吊装法。由吊装示意图作出钢丝绳受力分析图，如图3所示。

图3 钢梁吊装及受力分析示意

根据单节钢梁的质量进行吊具选择：吊物质量M物=29.3 t，吊具质量M吊具=0.3 t；

单根钢丝绳受力为85.5 kN，取钢丝绳的安全系数K=6，最大拉力是：N=6×85.5=513 kN，选用φ36 mm（6×37）钢丝绳，钢丝绳的破断拉力为705 kN＞513 kN，满足吊装要求。

钢丝绳长度为L1=2×5.8+2×1.7=15 m，共需2 根（已考虑接头长度）。

3.3.3 卸扣选型

根据最大起重载荷为171 kN，选用250 kN弓形卸扣，每个吊点使用1 个，共4 个。

3.4 拼接

待单榀钢梁的每节构件倒运至拼装平台上的相应位置后，采用手拉葫芦和千斤顶将其对接接头部位调节至组装要求位置，对接过程中必须严格控制好其整体直线度、平面度以及相应的上拱度，待所有尺寸满足规范的验评要求后，再采取点焊连接方式临时固定。

3.5 焊接

钢梁对接焊缝的焊缝质量等级要求为一级。焊接前应将焊口附近50 mm范围内铁锈、油污等杂物清除干净，电焊条应烘焙。施焊时，焊缝内部质量和外观质量应满足图纸设计和规范规定要求，焊后及时清除药皮及飞溅物。

3.6 吊装

每榀钢梁加工尺寸及焊接质量应符合图纸设计和验评规范要求后方可吊装，吊装采用900 kN+900 kN桥吊，将整榀钢梁抬吊至安装位置。单榀钢梁质量为136 t、共15 榀，长54 m、宽1.2 m、高3.3 m，起吊最大高度为30 m；根据桥吊的性能参数，完全可以满足钢梁吊装工况要求。

3.6.1 吊装顺序

由于K～1/J轴为桥吊拆卸通道，K～1/J轴的次钢梁不能利用桥吊安装，K～1/J轴次钢梁在桥吊拆除后利用设置在40 m层的50 kN卷扬机安装；L～K轴为拼装平台位置，所有钢梁都通过拼装平台起吊，所以L～K轴的次钢梁也到最后安装。钢楼盖的主、次梁吊装顺序总体上是由下至上，具体程序如下：

2层楼盖主钢梁吊装→2层楼盖次钢梁吊装→3层楼盖主钢梁吊装→3层楼盖次钢梁吊装→4层楼盖Q～P轴次梁吊装排放到相应位置的3层钢梁上→4层楼盖P轴主钢梁吊装→4层楼盖Q～P轴次梁吊装→P～K轴线的4层主、次钢梁按前3 个步骤重复进行→完成3 层的全部吊装作业。

3.6.2 吊耳板设计

1）根据钢梁的结构特点，为确保钢梁平稳、安全吊装，采取焊接吊耳板式两点吊装法，卷扬式吊钩直接穿在钢梁的吊耳上。

2）吊耳受力分析：由吊装示意作出受力分析，如图4所示。

图4 单榀主钢梁吊装及受力分析示意

3）吊耳板强度验算。单个吊耳受力F=846 kN；单块吊耳板受力F=507.6 kN。

按局部紧接承压条件，计算得吊耳板需要厚度t≈25.6 mm。

因此，吊耳板选用厚40 mm的Q345B钢（图5），满足要求。

图5 吊耳示意

4）剖面强度验算。1-1剖面：[σ] =F拉/A≈39.7 MPa ＜[σ]容许= 230 MPa；

2-2剖面：吊耳孔壁拉应力σk≈91.5 MPa＜144 MPa，吊耳满足要求。

5）吊耳板焊缝长度验算。取焊角高度为24 mm，焊缝长度L≈175 mm；

吊耳板与箱形钢梁腹板的T形焊缝要求全熔透，焊缝质量等级一级，并对其四周20 mm的角焊缝围焊，焊缝长度为670 mm。

3.6.3 吊装试验

首先进行静负荷试验，在第1根钢梁吊装前，利用钢梁进行吊装试验，桥吊缓慢起升，在桥吊质量显示器显示钢梁质量的20%、40%、60%、80%、100%及110%时分别悬停不小于10 min，并检查桥吊轨道悬挑梁下混凝土梁、加固钢柱、悬挑梁尾部固定情况。待一切设备、设施等无异常后，方可进行动负荷试验。110%静负荷试验采用加载10%钢梁质量的配重来实现。在110%试验卸去负荷后，应再次仔细检查轨道梁、悬挑梁、悬挑梁下混凝土梁及桥吊金属结构，应无裂纹、焊缝开裂、油漆脱落及其他影响安全的损坏和松动等缺陷。

在静负荷试验合格后进行动负荷试验，起吊高度约200 mm，大车行驶距离为1.5 m左右，保证钢梁不离开拼装平台的台车上方，在进行动负荷试验时，检查一切设备、设施等是否正常。动负荷试验主要验证桥吊各机构制动器的功能。如果各部件能完成其功能试验，并在随后进行的目测检查中，没有发现机构或结构的构件损坏，连接处也没出现松动或损坏，则认为本试验结果合格。

3.6.4 吊装

吊装前，检查所有的安全防护措施是否到位以及准备工作是否全部完成，待吊装条件全部满足要求后，方可开始起吊。首先，将桥吊移动至拼装平台的上方，把吊装钢丝绳穿好挂在吊钩上面。接着，桥吊的2 台卷扬机同时起吊，当起吊提升至离地面500 mm时，悬空停留约15 min进行试吊，待一切设备、设施等无异常后，方可进行下面操作：开动桥吊，移动钢梁吊至安装位置的正下方，到位后缓慢上升，当钢梁接近就位点时，先将稍低的一端钢梁与柱的钢牛腿用螺栓连接定位，此时只需穿上定位螺栓即可，待另一端稍微落钩后同样穿好定位螺栓，待所有螺栓穿入拧紧、水平方向定位板焊接牢固后方可卸钩。其他节钢梁吊装工序与第1榀类似。在吊装时，2 台卷扬机起吊过程中，应该密切注意两吊点起升的同步性。

3.7 次梁安装方法

除了主钢梁质量为136 t外，其余次梁的质量较轻，最大质量为3.3 t。所有次梁都制作成整体，再运输到安装现场，采用1 500 kN履带吊倒运下车，卸车后利用台车运至展示中心内。

吊装步骤：吊装前，检查所有的安全防护措施是否到位以及准备工作是否全部完成，待吊装条件全部满足要求后，方可开始起吊。首先，将桥吊开动，行走至钢梁摆放位置，且将其吊钩落至挂钩点，把吊装钢丝绳穿好挂在吊钩上面。接着，桥吊小车启动起吊，起吊后检查吊点和钢丝绳受力情况，一切无误后，起吊至最高高度，满足起吊后钢梁能够跨越最上层主钢梁，再通过开动桥吊，使次梁吊装到位。当次梁接近就位点时，先将稍低的一端钢梁用螺栓连接定位，此时只需穿上4 个螺栓即可，待另一端稍微落钩后同样穿好4 个定位螺栓，待所有螺栓穿入拧紧后，方可卸钩。

所有的次梁连接都采用高强螺栓连接，高强螺栓安装注意事项：

1）高强螺栓在施工前必须有材质证明书（质量保证书），必须在使用前作复试。

2）高强螺栓设专人管理并妥善保管，不得乱扔乱放。在安装过程中，不得碰伤螺栓，防止污染，以防扭距系数发生变化。

3）高强螺栓要防潮、防腐蚀。

4）安装螺栓时，应用光头撬棍及冲钉对正上下（或前后）连接板的螺孔，使螺栓能自由投入。

5）若连接板螺栓孔的误差较大时应检查分析，若属调整螺孔无效或剩下局部螺孔位置不正，可使用电动绞刀或手动绞刀进行打孔。

6）在同一连接面上，高强螺栓应按同一方向穿入，高强螺栓安装后，应当天终拧完毕。

4 结语

由于多方面的原因，本工程不得不在全部外围的钢筋混凝土框架完成之后，再来策划内部3 层大型钢结构楼盖的吊装方法。因为主钢梁跨度大、质量重，所以吊装任务成了本工程的极大难点，直接影响到后续工程的施工。在此情况下，利用现有的成熟吊装技术和吊装设备，充分考虑到已建工程的有利因素，经过精密的计算，针对工程的具体特点，提出了完整的施工方案，该方案经专家论证后实施，最终安全、顺利和成功地解决了这一难题，为完成工程任务做出了贡献。这是应用建筑新技术的成功案例，推进了该地区建筑新技术的应用和发展，实现了较好的社会效益[3,4]。