大跨度钢桁架双机抬吊施工

马翔，平衡

（山西三建集团有限公司，山西长治 046000）

0 引言

将大跨度钢桁架从地面拼装到高空就位时，通常需要使用大型吊机进行整体吊装安装。然而，在吊装过程中，由于钢桁架的高度较高、跨度较长，面外稳定性较差，因此需要进行加固或改造来确保结构的整体稳定。针对这一问题，本文提供了一种双机抬吊吊装过程中的工况分析方法和负荷分配计算方法。这些方法可以确保在提升或移位过程中，结构受力合理、负荷均衡，避免出现过度倾斜或不平衡的情况，从而顺利将钢桁架安装到位。

1 案例概况

某国际会展中心是HA 重点工程，占地面积约80700m2，地上建筑面积约44830m2，地下建筑面积约35870m2，总建筑面积约64230m2。钢结构总用钢量约6000t。该建筑具有一层钢筋混凝土框架结构和地上一层及局部三层的大型空间钢架结构。展厅的建筑高度分别为25.55m 和26.63m，东西长168m，南北宽134m。整个建筑由前后展厅的异形门式钢架和中央展厅的大跨度空间桁架结构组成，形成一个回字型的结构。同时，该建筑还采用了复杂的结构形式，包括钢筋混凝土框架结构和大跨度空间桁架结构，具有高度和尺寸的巨大变化，需要精确的设计和施工技术来确保结构的稳定性和安全性。

2 吊装工艺

2.1 吊装施工方案

（1）针对工期短、桁架幅数多、构件量大且重的情况，可以采用双机抬吊方式进行桁架的整体安装。该施工方案利用两台履带式吊车作为主要吊装设备，通过合理分配吊装重量，使每台吊车承受的重量都在允许范围内，以完成整体安装作业[1]。

（2）桁架从胎架上立起来后，对右侧吊机的4 个吊点的拉索进行适当的调节，以解决杆件受压时可能出现失稳的问题。具体做法是使中间两个拉索的张紧度大于两侧的两根拉索。通过调节拉索的张紧度，可以实现对杆件的稳定支撑。在进行调节时，可以考虑以下几点：分配拉索的张紧度：确保中间两个拉索的张紧度大于两侧的两根拉索。可以通过调节吊机上的相应拉索使其达到预期的张紧度。调整拉索的位置：根据桁架结构的实际情况，在桁架上适当调整拉索的位置，使其能够对杆件施加合适的压力。

（3）在起吊过程中，上弦两端垂直弦杆的方向上各设置两根溜绳，这样可以在吊装过程中防止吊机发生摇摆或者遇到大风时便于控制桁架的位置，这些措施可以提高起吊的稳定性和安全性。

2.2 起重机选择

使用7150 型150t 履带式起重机和CX2000 型200t 履带式起重机进行屋面架的吊装工作。这两种起重机的承载能力可以满足屋面架的重量要求，而且履带式起重机具有良好的机动性和适应性，可以适应现场条件限制。在选择起重机时，除了考虑承载能力外，还需要综合考虑性能和经济等因素。7150 型150t 履带式起重机具有较高的承载能力和工作速度，适合大型构件的吊装作业。而CX2000 型200t 履带式起重机则具有更高的承载能力，适合于更大跨度和较重的构件的吊装作业。根据屋面架的跨度和高度，以及起重机的承载能力和机动性要求，可以选择适当数量的起重机进行施工。在施工过程中，需要注意起重机的设置和调整，确保其稳定性和安全性。同时，还需要进行合理的吊装方案设计和施工计划制定，确保施工进度和质量的控制，以及工程安全的保障。7150 型150t 履吊带技术参数如表1 所示，CX2000 型200t 履吊带技术参数如表2 所示。

表1 7150 型150t 履吊带技术参数

表2 CX2000 型200t 履吊带技术参数

根据规定：单机折减系数取0.8，双机抬吊不均衡系数取0.75。

（1）CX2000 型200t 履吊带的起重能力为0.8×36.3t=29.04t>38/2=19t。

（2）7150 型150t 履吊带的起重能力为0.8×32.6t=26.08t>38/2=19t。

（3）双机履带吊总额定负荷为0.75×（36.3+32.6）t=51.65t>38t。

综上，使用7150 型150t 履吊带和CX2000 型200t履吊带进行双机抬吊吊装主桁架是安全的。

3 负荷分配方法及加固措施

3.1 桁架重心确定，吊点设置以及负荷分配计算方法

屋面架的重量合理分配和架子的平衡问题，确保两个吊钩与架子的重心位于同一垂直平面上是非常重要的。以下是一些建议和步骤。

（1）查找架子的重心。可以使用三维建模软件或有限元计算软件等工具来查找架子的重心。确保架子的重心位于一个确定的位置，这有助于后续吊装过程中的负荷分配。

（2）吊点设置。根据架子的结构特点和重心位置，确定吊点的位置。通常情况下，吊点位于架子上的弦节点上。

（3）加强措施。由于吊装过程中可能会对架子产生变形，为了解决这个问题，可以在架子上的上下翼缘之间加设加强板，以使整个截面同时承载。

（4）吊装计算。根据工程实际情况，进行翻身阶段和提升阶段的计算，确保吊装过程中的安全和平衡[2]。吊点位置布置如图1 所示。

图1 吊点位置布置

图1中，O 为桁架重心，根据力学关系，可通过式（1）和式（2）表示。

式中：G——构件重量（包括吊钩、钢丝绳、加固构件）；F1和F2——2 台起重机的负荷；D1和D2——起重机吊点距离桁架的重心距离，并考虑双机抬吊引起的负荷变化的不均衡系数为0.75。

3.2 桁架的加固措施

在起吊过程中确保桁架的稳定性和防止变形和扭转确实需要采取有效的加固和补强措施，以下是一些常见的措施。

（1）使用套筒和临时节点。为了增加桁架的刚度和稳定性，在起吊过程中可以使用套筒和临时节点加强连接点。套筒是连接杆件的钢筒，用来增加连接的刚度和稳定性。临时节点是在吊装过程中添加的临时连接点，用来增加连接的稳定性和刚度。

（2）添加临时支撑。在起吊过程中，可以添加临时支撑来增加桁架的稳定性。临时支撑可以是支撑杆、支撑架等，用来支撑桁架的关键部位，防止桁架发生过大的变形和扭转。

（3）使用临时调整杆。在起吊过程中，可使用临时调整杆来对桁架进行调整和修正。临时调整杆可以是连接在桁架各杆件上的调整杆，通过调整杆的长度和位置，可以对桁架进行微调和修正，确保桁架保持稳定。

（4）在辅助桁架底部一侧与原桁架上弦杆件平行的位置，两者之间必须采取有效措施进行紧密连接。这可以通过添加连接件或套筒来实现。连接件可以是连接两个杆件的螺栓或焊接连接，以增加连接的刚度和稳定性。套筒是加在原桁架杆件上的钢筒，用来与辅助桁架的杆件紧密连接，增加整体的稳定性[3]。

4 吊装过程验算

4.1 有限元模型建立

有限元软件是一种先进的工具，可以帮助工程师对主桁架在吊装过程中的受力和变形进行详细的计算和评估。以下是有限元分析在主桁架吊装中的一些重要应用。

（1）受力分析。通过有限元分析，可以计算主桁架在吊装时的受力情况，包括桁架杆件和连接点的应力、应变等。这些数据可以提供给工程师，并进行进一步的评估，以确定是否需要进行加固补强措施。

（2）变形分析。吊装过程中，主桁架会受到较大的变形影响。通过有限元分析，可以模拟并计算主桁架在吊装过程中的变形情况，包括简并和非简并变形。这些数据可以用于判断主桁架是否超出允许的变形范围，并采取相应的措施进行调整。

（3）碰撞分析。在吊装过程中，主桁架和其他吊装设备之间可能发生碰撞。通过有限元分析，可以模拟并计算主桁架在吊装过程中的碰撞情况，并评估其对主桁架的影响。这可以帮助工程师及时采取措施预防碰撞事故的发生。

4.2 吊装时工况受力分析

在桁架的吊装过程中，可以将基本工况分为翻身阶段和提升阶段。具体来说，吊装过程中的荷载包括构件的自重、施工荷载和风荷载，并考虑动力系数。

首先是翻身阶段，当桁架从水平位置转向竖直位置时，会受到外力的作用，包括自身的重力和水平方向施加的力。同时也需要考虑施工荷载，如工人和设备的分布在翻身过程中的影响。此外，还需要考虑风荷载对于架体的作用，根据设计标准中的风压系数来计算其影响[4]。

在提升阶段，主要是吊装构件的过程，除了自身的重力和施工荷载外，还需要考虑风荷载对于吊装构件的作用。根据设计标准中的风压系数，计算吊装过程中可能受到的风荷载。在计算吊装过程中的荷载时，还需要考虑动力系数，用于考虑吊装速度、振动和加速度等因素对荷载的影响。

4.3 稳定性验算

（1）局部稳定验算是针对桁架的受压杆件的稳定性和强度进行的验算。根据计算分析得到的内力数据，可以对这些杆件进行局部稳定性验算，这包括判断杆件是否有足够的抗弯承载能力和抗压能力，以确保其局部稳定性。

（2）整体稳定性验算是对整个桁架结构的稳定性进行的验算。在这个验算中，斜腹杆和上下弦杆等效为组合截面，然后确定其换算长细比，得到稳定系数。根据《钢结构设计规范》的要求，对桁架的整体稳定性进行验算。

通过局部稳定验算和整体稳定验算，可以评估桁架结构在使用条件下的稳定性。经验算满足要求，这表明桁架的稳定性得到了有效的事前控制，并且吊装过程的质量和安全是可以得到保证的。同时，施工方案的合理性和可行性是通过对加固方案和计算分析得出的构件内力数据进行验算，来进行评估的。这也是确保吊装过程质量和安全的重要环节[5]。

5 结语

大跨度钢桁架结构的施工，施工方案的分析和优化非常重要，可以帮助解决施工过程中的问题，并确保工程的质量和安全，通过对本文的分析，可以得出以下3 个方面的结论。

（1）计算模型简化。在进行吊装方案分析时，对计算模型进行合理性的简化是必要的。这意味着需要找到合适的简化假设和方法，以减少计算的复杂性。例如，在非对称桁架的分析中，确定重心和负荷分配值可以通过实际测量和计算得出。这些数据可以帮助选择合适的吊点位置，以确保吊装过程的质量和安全。

（2）弱点加固。钢桁架结构中可能存在一些薄弱的部分，需要进行必要的加固措施。根据施工方案的分析和评估结果，可以确定这些薄弱环节，并制定相应的加固措施，以确保结构的局部受力均匀和稳定。

（3）数值模拟。采用数值模拟对钢桁架施工过程中的各种工况进行定量分析是非常有益的。通过对吊装过程进行数值模拟，可以评估吊装方案的合理性和可行性，并识别潜在的问题和风险。数值模拟结果可以帮助工程师事前控制，制定相应的措施，以确保吊装过程的质量和安全。