林國發(fā)

(福建省閩南建筑工程有限公司 福建泉州 362100)

大型多棱角懸挑桁架整體平衡吊裝關(guān)鍵技術(shù)

林國發(fā)

(福建省閩南建筑工程有限公司 福建泉州 362100)

結(jié)合工程實踐應(yīng)用，總結(jié)形成了一類整體吊裝改進技術(shù)，并著重闡述其工藝操作關(guān)鍵要點及質(zhì)量控制措施。實踐證明，采用計算機模擬仿真施工、多臺機整體平衡吊裝和桁架與幕墻的防碰撞等施工技術(shù)，具有技術(shù)先進、安全可靠、工期縮短、成本降低、質(zhì)量優(yōu)和高效環(huán)保等優(yōu)點。

多棱角桁架；模擬仿真；定位控制；平衡吊裝；防碰撞

0 引言

近年來，大型鋼結(jié)構(gòu)桁架憑借其抗震性能好、空間靈活性強、造型美觀多樣等優(yōu)點迅速發(fā)展，尤其在大型商場、體育館等公共建筑中得到廣泛使用。然而，相應(yīng)的越是復(fù)雜多樣的鋼桁架結(jié)構(gòu)，施工難度就越大，且桁架整體吊裝與高空散裝法等其它常規(guī)的安裝方法相比，這些造型獨特的大型多棱角桁架，具有確認重心難度大、吊裝安全風險高，必須借助計算機科學等學科知識才能避免經(jīng)驗判斷出錯，及對整體吊裝等相關(guān)技術(shù)進行改進和創(chuàng)新。

本文結(jié)合石獅國際輕紡城工程的進一步實踐應(yīng)用，針對大型多棱角懸挑桁架整體平衡吊裝涉及的桁架重心位置、起重機械選型、吊點布置、多臺機平衡吊裝和防碰撞等關(guān)鍵問題及措施，總結(jié)出更為成熟、適用的施工技術(shù)。

1 工程概況

石獅國際輕紡城工程位于石獅市靈秀鎮(zhèn)，是一組集專業(yè)商業(yè)市場和綜合辦公塔樓為一體的大型建筑群體，由商業(yè)A區(qū)、商業(yè)B區(qū)、辦公2#樓組成，總建筑面積約33萬m2，工程總造價6.138億元。工程商業(yè)A區(qū)入口鋼架大門，分為網(wǎng)架和管桁架兩部分。管桁架總重量70t，高度27m，懸挑9.7m，跨度50m，5個頂點，為三角錐體系。網(wǎng)架采用螺栓球節(jié)點形式。管桁架上部與網(wǎng)架焊接成整體，其下部兩支撐點分別與柱預(yù)埋件焊接成整體，管桁架離石材幕墻20cm，并與幕墻面平行。由于石材幕墻完工后才進行管桁架的安裝，因此管桁架的整體吊裝必須防止與石材幕墻的碰撞及符合整體吊裝必須保持一定平衡度的要求。

2 關(guān)鍵技術(shù)原理

通過分析計算機模擬仿真施工過程中的理論數(shù)據(jù)，對桁架重心位置進行確認和吊裝起重機械進行選型，并參照計算機模擬過程實施現(xiàn)場吊裝。

整個桁架采用兩臺超大型全路面起重機與一臺大型全路面起重機協(xié)同進行吊裝，并通過全站儀對平衡吊裝過程的位置、高度及角度進行定位和控制。

為了避免桁架與幕墻的碰撞，在各焊接點附近安裝防碰撞裝置，對多棱角桁架吊裝進行控制。

3 操作關(guān)鍵要點

3.1計算機模擬仿真施工吊裝

應(yīng)用PKPM軟件對整個桁架進行受力分析，并計算標出整個桁架重心點位置，確定起重機使用的臺數(shù)、噸位及場地布置和各吊點與棱角頂點起始位置坐標，設(shè)計好吊車伸臂長度和回轉(zhuǎn)半徑范圍等，從而確定各臺起重機起吊方式和平衡吊裝方法。

應(yīng)用3DMAX軟件動畫功能及視覺處理效果，從空間上觀察整個桁架平衡吊裝全過程中的每段吊裝軌跡；各個實體在空間中的位置構(gòu)成關(guān)系[1]；整個桁架的運動情況，特別是桁架重心點的運動受力情況；每臺起重機吊裝速度v和吊裝時間t的關(guān)系是否滿足動力系數(shù)1.2和荷載系數(shù)1.2等限制要求。從而在理論上肯定了吊裝過程的可行性，并評估吊裝過程中可能存在的安全風險，以提前準備應(yīng)對措施。

3.2起重設(shè)備與鋼絲繩選用

3.2.1起重機械選用

根據(jù)計算機模擬仿真施工吊裝的數(shù)據(jù)進行起重機械選型,桁架的吊裝選用2臺500t全路面起重機(支腿跨距9.6m，配重160t)和1臺350t全路面起重機(支腿跨距9m，配重107t)進行完成。

3.2.2起重機現(xiàn)場吊裝主臂荷載表選用范圍

(1)QAY350起重機現(xiàn)場吊裝主臂荷載表選用范圍：主臂回轉(zhuǎn)半徑≤20m，起重機臂長選用36.1m，得出起吊高度≥30.05m，大于桁架高度27m，起吊重量≥52t，起重臂起吊仰角≥56°，起吊角度滿足起重臂不與桁架碰撞。

(2)兩臺QAY500起重機現(xiàn)場吊裝主臂荷載表選用范圍：主臂回轉(zhuǎn)半徑≤24m，起重機臂長選用36.9m，得出起吊高度≥28.03m，起吊重量≥47.6t，起重臂起吊仰角≥56°，起吊角度滿足現(xiàn)場吊裝要求。

(3)桁架為對稱結(jié)構(gòu)，現(xiàn)場QAY350和兩臺QAY500起重機最低起吊重量為：52+47.6+47.6=147.2t>K1×K2×Q=1.2×1.2×71t=102.24t，滿足桁架吊裝要求，Q為桁架與吊具重量，K1為荷載系數(shù)，K2為動力系數(shù)。

3臺起重機起吊點放置在主桁架，如圖1所示。

圖1 起重機吊點布置圖

3.2.3鋼絲繩受力計算與選用

(1)3臺起重機鋼絲繩結(jié)構(gòu)都為6×37+IWS，換算系數(shù)0.82，安全系數(shù)5。作捆綁吊索的鋼絲繩結(jié)構(gòu)都為6×37+IWS，換算系數(shù)0.82，安全系數(shù)8。

(2)QAY350起重機取[Fg]=52t=0.82Fg/5，得到Fg=317.07t×9.8N/kg=3107.32kN，起重機鋼絲繩公稱直徑選用76mm，公稱抗拉強度1770N/mm2，得到鋼絲繩最小破斷拉力總和3170kN>3107.32kN，滿足要求。作捆綁吊索的鋼絲繩，取[Fg]=52t=0.82×Fg/8，得到Fg=507.32t×9.8N/kg=4971.71kN，鋼絲繩公稱直徑選用94mm，公稱抗拉強度1870N/mm2，得到鋼絲繩最小破斷拉力總和5120kN>4971.7kN，滿足要求。

(3)QAY500起重機鋼絲繩公稱直徑選用72mm，公稱抗拉強度1870N/mm2。作捆綁吊索的鋼絲繩公稱直徑選用90mm，公稱抗拉強度1870N/mm2。

3.2.4起重機支承場地要求

場地回填土采用大噸位壓路機碾壓數(shù)遍，場地道路采用鋼筋混凝土硬化路面，起重機支承場地承載力均滿足設(shè)計規(guī)范要求。

3.3防碰撞裝置安裝

桁架底端兩焊接部位的防碰撞裝置由鋼絲繩、起重機配重塊、掛鉤、柱方鋼預(yù)埋件、預(yù)制鋼軌道、軌道鋼鋪板、預(yù)埋螺栓、預(yù)制鋼小車、碰撞橡膠片和止動牽引裝置組成。

(1)起重機配重塊埋入土中并用同類土夯實，埋入土中之前基土須夯實，配重塊上焊接方型槽，鋼絲繩一端與方型槽固定，另一端與桁架底部掛點連接，在鋼絲繩離桁架1m處設(shè)置一個0.5m長的止動牽引裝置，當鋼絲繩被拉直時，由止動牽引裝置進行調(diào)節(jié)，防止了桁架底部與幕墻的碰撞。

(2)鋼軌道平行焊接在鋼鋪板上，軌道距離1m，鋼鋪板四邊用螺母分別與預(yù)埋螺栓鎖住，小車上部前后兩側(cè)焊接兩片鋼板，該鋼板用來卡桁架的前后滑移，并與桁架底部前后邊平行，且多留寬0.06m，小車面板與前后兩側(cè)分別固定0.03m厚碰撞橡膠片，小車面板為傾斜狀，并與桁架底部平行，小車用鋼絲繩與柱方鋼預(yù)埋件連接，兩者中間連接一段止動牽引裝置。

屋頂防碰撞裝置由方管、方管卡槽、方管鋼絲繩、止動牽引裝置、圓鋼管、方鋼、碰撞橡膠片和螺栓組成。方鋼鎖住型鋼混凝土柱，方鋼內(nèi)側(cè)固粘有2mm厚橡膠片，鋼管與方鋼用螺栓連接，鋼管與止動牽引裝置一頭對接焊接，方管與止動牽引裝置另一頭對接焊接，方管固粘0.015m碰撞橡膠片，碰撞橡膠片懸挑0.21m，當桁架緊貼碰撞橡膠片時，碰撞力由方管、止動牽引裝置、鋼管和方鋼傳給了混凝土型鋼柱和梁，確保了桁架上部不與幕墻碰撞。

3.4多臺機全站儀定位平衡吊裝

3.4.1全站儀定位

(1)在圖2位置架設(shè)一臺TPS1202全站儀，分別標出兩處預(yù)埋件與桁架焊接部位的中心點，預(yù)埋件的兩焊接部位中心點的標高相同，西邊預(yù)埋件中心點在全站儀上設(shè)為三維坐標0點，兩中心點連線為Y軸， 經(jīng)過0點向上并垂直于水平面的為H軸，在水平面上經(jīng)過0點并垂直于Y軸的為X軸，Y⊥H平面與石材幕墻平行。

(2)分別在圖1桁架A、B、C、a、b、c、d和e點位置合適處貼上兩個帶標號棱鏡反射片，使TPS1202全站儀在整個桁架吊裝過程中始終能觀測到各點至少一處棱鏡反射片。觀測各點的兩個棱鏡反射片中心十字標的三維坐標，TPS1202全站儀CF卡存入觀測數(shù)據(jù)，作為三維坐標起始點數(shù)據(jù)。

起重機與全站儀平面布置，如圖2所示。

圖2 起重機與全站儀平面布置圖注：1-TPS1202全站儀；2-QAY500起重機；3-QAY350起重機；4-防碰撞裝置；5-防碰撞裝置；6-活動房

(3)由計算機模擬吊的數(shù)據(jù)，找出桁架重心點G位置，并在重心點G位置固定一片棱鏡反射片，TPS1202全站儀觀測重心點G的三維坐標，CF卡存入觀測數(shù)據(jù)。

3.4.2桁架整體平衡吊裝

起重機司機根據(jù)總指揮和信號工的指令及TPS1202全站儀的定位調(diào)整操作：

(1)QAY350起重機的起重臂伸長36.1m，起重臂起吊仰角≥56°。

(2)兩臺QAY500起重機的起重臂伸長36.9m，起重臂起吊仰角≥50°。

(3)QAY350起重機吊鉤用鋼絲繩勾住鋼桁架A點位置，兩臺QAY500起重機吊鉤分別用鋼絲繩勾住鋼桁架B、C點位置，如圖1所示。

(4)兩臺QAY500起重機同時緩慢分段起吊B、C點，B、C兩端著地，兩吊點每段上升高度須相同，上升高度0.8～1m為一段，由全站儀進行定位調(diào)整操作，須調(diào)整完畢，使兩吊點起吊高度一致后，才能進行下一段起吊，此過程中A吊點始終保持無吊力狀態(tài)。

繼續(xù)執(zhí)行上步步驟，當桁架GE連線與水平面接近垂直時，吊點B、C的每段上升高度為0.1m～0.2m，QAY350起重機開始起吊A點,使其鋼絲繩受力拉直。當桁架GE連線與水平面垂直時，兩臺QAY500起重機停止起吊，QAY350起重機起吊；當QAY350起重機鋼絲繩受力拉直且垂直于水平面時，保持拉直狀態(tài)。

(5)3臺起重機同時緩慢分段向上起吊桁架，每段高度為0.3m～0.5m；當桁架離地高度0.5m～0.8m時，3臺起重機協(xié)調(diào)起吊，使桁架abec平面與水平面夾角成90°時，停止起吊。

(6)兩臺QAY500起重機和一臺QAY350起重機分別緩慢起吊B點、C點和A點，使桁架兩焊接部位中心點與兩頭預(yù)埋件焊接部位中心點的H軸和Y軸標高分別一致，且桁架ABEC平面與石材幕墻垂直時，3臺起重機保持靜止受力狀態(tài)。

(7)3臺起重機同時緩慢分段向前吊裝，3個吊點每段向前移動的距離須相等，向前移動距離0.3m～0.5m為一段，每段吊裝完畢，確保3個吊點的Y軸和H軸坐標不變，才能進行下一段吊裝。

繼續(xù)執(zhí)行上步步驟，當桁架abec平面離石材幕墻距離為1.2m～1.5m時，3臺起重機保持靜止受力狀態(tài)。

3.4.3防碰撞平衡吊裝

啟用桁架與幕墻的防碰撞措施，3臺起重機在全站儀的定位下把桁架兩底處平行放入兩小車面板上，并處在小車前后兩塊卡板內(nèi)，由止動牽引裝置和起重機共同調(diào)節(jié)桁架的移動。當桁架兩頭離幕墻距離為0.2m時，用止動牽引裝置保持兩頭防碰撞鋼絲繩處于受力拉直狀態(tài)，此時桁架兩頭焊接部位與預(yù)埋件焊接部位對接。QAY350起重機向前緩慢起吊，兩臺QAY500起重機隨即保持鋼絲繩拉直狀態(tài)，使桁架上部緩慢靠近碰撞橡膠片，并緊貼碰撞橡膠片，3臺起重機保持靜止受力狀態(tài)，方管上的鋼絲繩穿過桁架，卡緊在方管卡槽上，由止動牽引裝置進行水平微調(diào)，使桁架上部離幕墻距離為0.2m。

3.5桁架整體就位焊接

(1)在桁架吊裝就位后，由測量組對桁架標高、軸線位置進行全面的檢查復(fù)核，對桁架進行最終定位、調(diào)整。

(2)3臺起重機應(yīng)始終保持原有的吊裝狀態(tài)，在測量復(fù)核無誤后，進行桁架支座焊接。

(3)桁架共有3個主要受力支座節(jié)點和若干個柱預(yù)埋件抗拉節(jié)點，均采用對接焊接固定。A點支座位于桁架頂部，實際為鋼雨棚網(wǎng)架的支座點，B、C點支座位于桁架底部，是整個桁架整體受力支點。

(4)在焊接完成24h后，對焊縫進行超聲波探傷或X射線探傷。焊縫無損探傷發(fā)現(xiàn)超標缺陷時，應(yīng)對缺陷產(chǎn)生的原因進行分析，提出改進措施，焊縫的返修措施應(yīng)得到焊接技術(shù)人員同意，返修的焊縫性能和質(zhì)量要求與原焊縫相同。返修次數(shù)原則上不能超過兩次，超次返修需要經(jīng)公司焊接工程師和監(jiān)理工程師批準。

(5)在焊縫探傷檢測合格，標志著整個桁架吊裝完成，方可進行吊機松鉤。吊機松鉤分兩步由小到大進行：先對QAY350起重機進行松鉤；最后，對兩臺QAY500起重機同時進行松鉤。在松鉤過程中，每一步松鉤后，都要對桁架的整體沉降、偏位進行跟蹤監(jiān)測。

4 質(zhì)量控制措施

(1)按照設(shè)計圖紙嚴格控制管桁架構(gòu)件工廠生產(chǎn)的下料長度，壁厚、管徑和重量。

(2)在吊裝過程中為保證每臺起重機的重量分配與計算機模擬仿真施工相符，吊裝施工人員應(yīng)對桁架進行試吊，經(jīng)試吊初始重量分配與計算機模擬仿真施工相符后再進行吊裝。

(3)吊裝施工中，總指揮、信號工、測量員和起重機司機必須保持緊密聯(lián)系，并做到協(xié)調(diào)一致，由總指揮發(fā)布指揮信號。指揮信號應(yīng)交底清楚，分工明確，發(fā)布信號與傳遞信號要統(tǒng)一，清晰、準確、及時。

(4)桁架起吊平移中，其底部與所要跨越的物體之間的距離不應(yīng)小于30cm。

5 結(jié)語

本文闡述了某大型多棱角懸挑桁架整體平衡吊裝的施工主要方法、質(zhì)量控制措施。該技術(shù)較目前傳統(tǒng)的施工技術(shù)具有安全性、可靠性、先進性和節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點。通過對這一項施工技術(shù)的深入研究，作者于2017年5月完成了企業(yè)施工工法，目前正進行省級工法的申報。本施工技術(shù)的成功應(yīng)用，為擬建類似項目提供重要參考依據(jù)，具有推廣應(yīng)用價值。

[1] 王少輝，韓迪波，吳小強，等.計算機仿真技術(shù)在大型吊裝工程中的應(yīng)用[J].施工技術(shù)，2008,37(2):32-34.

Integralbalancehoistingtechnologyoflargemultianglecantilevertruss

LINGuofa

(Fujian Minnan Construction Engineering Co.,Ltd,Quanzhou 362100)

Combined with the application of engineering practice,a kind of integral lifting improvement technology was summarized,and the key points of its operation and quality control measures were emphasized.Practice has proved that the construction of computer simulation，the overall balance of multiple machines and hoisting truss and anti-collision curtain wall construction technology,with advanced technology,safety and reliability,can shorten the construction period,reduce the cost,quality and efficient environmental protection etc.

Multi angle truss; Simulation; Positioning control; Balance lifting; Anti-collision

TU7

A

1004-6135(2017)10-0078-04

林國發(fā)(1985- )，助理工程師。

E-mail:904507805@qq.com

2017-06-27