馬翔，平衡

（山西三建集團(tuán)有限公司，山西長治 046000）

0 引言

將大跨度鋼桁架從地面拼裝到高空就位時，通常需要使用大型吊機(jī)進(jìn)行整體吊裝安裝。然而，在吊裝過程中，由于鋼桁架的高度較高、跨度較長，面外穩(wěn)定性較差，因此需要進(jìn)行加固或改造來確保結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定。針對這一問題，本文提供了一種雙機(jī)抬吊吊裝過程中的工況分析方法和負(fù)荷分配計算方法。這些方法可以確保在提升或移位過程中，結(jié)構(gòu)受力合理、負(fù)荷均衡，避免出現(xiàn)過度傾斜或不平衡的情況，從而順利將鋼桁架安裝到位。

1 案例概況

某國際會展中心是HA 重點工程，占地面積約80700m2，地上建筑面積約44830m2，地下建筑面積約35870m2，總建筑面積約64230m2。鋼結(jié)構(gòu)總用鋼量約6000t。該建筑具有一層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)和地上一層及局部三層的大型空間鋼架結(jié)構(gòu)。展廳的建筑高度分別為25.55m 和26.63m，東西長168m，南北寬134m。整個建筑由前后展廳的異形門式鋼架和中央展廳的大跨度空間桁架結(jié)構(gòu)組成，形成一個回字型的結(jié)構(gòu)。同時，該建筑還采用了復(fù)雜的結(jié)構(gòu)形式，包括鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)和大跨度空間桁架結(jié)構(gòu)，具有高度和尺寸的巨大變化，需要精確的設(shè)計和施工技術(shù)來確保結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。

2 吊裝工藝

2.1 吊裝施工方案

（1）針對工期短、桁架幅數(shù)多、構(gòu)件量大且重的情況，可以采用雙機(jī)抬吊方式進(jìn)行桁架的整體安裝。該施工方案利用兩臺履帶式吊車作為主要吊裝設(shè)備，通過合理分配吊裝重量，使每臺吊車承受的重量都在允許范圍內(nèi)，以完成整體安裝作業(yè)[1]。

（2）桁架從胎架上立起來后，對右側(cè)吊機(jī)的4 個吊點的拉索進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)，以解決桿件受壓時可能出現(xiàn)失穩(wěn)的問題。具體做法是使中間兩個拉索的張緊度大于兩側(cè)的兩根拉索。通過調(diào)節(jié)拉索的張緊度，可以實現(xiàn)對桿件的穩(wěn)定支撐。在進(jìn)行調(diào)節(jié)時，可以考慮以下幾點：分配拉索的張緊度：確保中間兩個拉索的張緊度大于兩側(cè)的兩根拉索?？梢酝ㄟ^調(diào)節(jié)吊機(jī)上的相應(yīng)拉索使其達(dá)到預(yù)期的張緊度。調(diào)整拉索的位置：根據(jù)桁架結(jié)構(gòu)的實際情況，在桁架上適當(dāng)調(diào)整拉索的位置，使其能夠?qū)U件施加合適的壓力。

（3）在起吊過程中，上弦兩端垂直弦桿的方向上各設(shè)置兩根溜繩，這樣可以在吊裝過程中防止吊機(jī)發(fā)生搖擺或者遇到大風(fēng)時便于控制桁架的位置，這些措施可以提高起吊的穩(wěn)定性和安全性。

2.2 起重機(jī)選擇

使用7150 型150t 履帶式起重機(jī)和CX2000 型200t 履帶式起重機(jī)進(jìn)行屋面架的吊裝工作。這兩種起重機(jī)的承載能力可以滿足屋面架的重量要求，而且履帶式起重機(jī)具有良好的機(jī)動性和適應(yīng)性，可以適應(yīng)現(xiàn)場條件限制。在選擇起重機(jī)時，除了考慮承載能力外，還需要綜合考慮性能和經(jīng)濟(jì)等因素。7150 型150t 履帶式起重機(jī)具有較高的承載能力和工作速度，適合大型構(gòu)件的吊裝作業(yè)。而CX2000 型200t 履帶式起重機(jī)則具有更高的承載能力，適合于更大跨度和較重的構(gòu)件的吊裝作業(yè)。根據(jù)屋面架的跨度和高度，以及起重機(jī)的承載能力和機(jī)動性要求，可以選擇適當(dāng)數(shù)量的起重機(jī)進(jìn)行施工。在施工過程中，需要注意起重機(jī)的設(shè)置和調(diào)整，確保其穩(wěn)定性和安全性。同時，還需要進(jìn)行合理的吊裝方案設(shè)計和施工計劃制定，確保施工進(jìn)度和質(zhì)量的控制，以及工程安全的保障。7150 型150t 履吊帶技術(shù)參數(shù)如表1 所示，CX2000 型200t 履吊帶技術(shù)參數(shù)如表2 所示。

表1 7150 型150t 履吊帶技術(shù)參數(shù)

表2 CX2000 型200t 履吊帶技術(shù)參數(shù)

根據(jù)規(guī)定：單機(jī)折減系數(shù)取0.8，雙機(jī)抬吊不均衡系數(shù)取0.75。

（1）CX2000 型200t 履吊帶的起重能力為0.8×36.3t=29.04t>38/2=19t。

（2）7150 型150t 履吊帶的起重能力為0.8×32.6t=26.08t>38/2=19t。

（3）雙機(jī)履帶吊總額定負(fù)荷為0.75×（36.3+32.6）t=51.65t>38t。

綜上，使用7150 型150t 履吊帶和CX2000 型200t履吊帶進(jìn)行雙機(jī)抬吊吊裝主桁架是安全的。

3 負(fù)荷分配方法及加固措施

3.1 桁架重心確定，吊點設(shè)置以及負(fù)荷分配計算方法

屋面架的重量合理分配和架子的平衡問題，確保兩個吊鉤與架子的重心位于同一垂直平面上是非常重要的。以下是一些建議和步驟。

（1）查找架子的重心?？梢允褂萌S建模軟件或有限元計算軟件等工具來查找架子的重心。確保架子的重心位于一個確定的位置，這有助于后續(xù)吊裝過程中的負(fù)荷分配。

（2）吊點設(shè)置。根據(jù)架子的結(jié)構(gòu)特點和重心位置，確定吊點的位置。通常情況下，吊點位于架子上的弦節(jié)點上。

（3）加強(qiáng)措施。由于吊裝過程中可能會對架子產(chǎn)生變形，為了解決這個問題，可以在架子上的上下翼緣之間加設(shè)加強(qiáng)板，以使整個截面同時承載。

（4）吊裝計算。根據(jù)工程實際情況，進(jìn)行翻身階段和提升階段的計算，確保吊裝過程中的安全和平衡[2]。吊點位置布置如圖1 所示。

圖1 吊點位置布置

圖1中，O 為桁架重心，根據(jù)力學(xué)關(guān)系，可通過式（1）和式（2）表示。

式中：G——構(gòu)件重量（包括吊鉤、鋼絲繩、加固構(gòu)件）；F1和F2——2 臺起重機(jī)的負(fù)荷；D1和D2——起重機(jī)吊點距離桁架的重心距離，并考慮雙機(jī)抬吊引起的負(fù)荷變化的不均衡系數(shù)為0.75。

3.2 桁架的加固措施

在起吊過程中確保桁架的穩(wěn)定性和防止變形和扭轉(zhuǎn)確實需要采取有效的加固和補(bǔ)強(qiáng)措施，以下是一些常見的措施。

（1）使用套筒和臨時節(jié)點。為了增加桁架的剛度和穩(wěn)定性，在起吊過程中可以使用套筒和臨時節(jié)點加強(qiáng)連接點。套筒是連接桿件的鋼筒，用來增加連接的剛度和穩(wěn)定性。臨時節(jié)點是在吊裝過程中添加的臨時連接點，用來增加連接的穩(wěn)定性和剛度。

（2）添加臨時支撐。在起吊過程中，可以添加臨時支撐來增加桁架的穩(wěn)定性。臨時支撐可以是支撐桿、支撐架等，用來支撐桁架的關(guān)鍵部位，防止桁架發(fā)生過大的變形和扭轉(zhuǎn)。

（3）使用臨時調(diào)整桿。在起吊過程中，可使用臨時調(diào)整桿來對桁架進(jìn)行調(diào)整和修正。臨時調(diào)整桿可以是連接在桁架各桿件上的調(diào)整桿，通過調(diào)整桿的長度和位置，可以對桁架進(jìn)行微調(diào)和修正，確保桁架保持穩(wěn)定。

（4）在輔助桁架底部一側(cè)與原桁架上弦桿件平行的位置，兩者之間必須采取有效措施進(jìn)行緊密連接。這可以通過添加連接件或套筒來實現(xiàn)。連接件可以是連接兩個桿件的螺栓或焊接連接，以增加連接的剛度和穩(wěn)定性。套筒是加在原桁架桿件上的鋼筒，用來與輔助桁架的桿件緊密連接，增加整體的穩(wěn)定性[3]。

4 吊裝過程驗算

4.1 有限元模型建立

有限元軟件是一種先進(jìn)的工具，可以幫助工程師對主桁架在吊裝過程中的受力和變形進(jìn)行詳細(xì)的計算和評估。以下是有限元分析在主桁架吊裝中的一些重要應(yīng)用。

（1）受力分析。通過有限元分析，可以計算主桁架在吊裝時的受力情況，包括桁架桿件和連接點的應(yīng)力、應(yīng)變等。這些數(shù)據(jù)可以提供給工程師，并進(jìn)行進(jìn)一步的評估，以確定是否需要進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng)措施。

（2）變形分析。吊裝過程中，主桁架會受到較大的變形影響。通過有限元分析，可以模擬并計算主桁架在吊裝過程中的變形情況，包括簡并和非簡并變形。這些數(shù)據(jù)可以用于判斷主桁架是否超出允許的變形范圍，并采取相應(yīng)的措施進(jìn)行調(diào)整。

（3）碰撞分析。在吊裝過程中，主桁架和其他吊裝設(shè)備之間可能發(fā)生碰撞。通過有限元分析，可以模擬并計算主桁架在吊裝過程中的碰撞情況，并評估其對主桁架的影響。這可以幫助工程師及時采取措施預(yù)防碰撞事故的發(fā)生。

4.2 吊裝時工況受力分析

在桁架的吊裝過程中，可以將基本工況分為翻身階段和提升階段。具體來說，吊裝過程中的荷載包括構(gòu)件的自重、施工荷載和風(fēng)荷載，并考慮動力系數(shù)。

首先是翻身階段，當(dāng)桁架從水平位置轉(zhuǎn)向豎直位置時，會受到外力的作用，包括自身的重力和水平方向施加的力。同時也需要考慮施工荷載，如工人和設(shè)備的分布在翻身過程中的影響。此外，還需要考慮風(fēng)荷載對于架體的作用，根據(jù)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)中的風(fēng)壓系數(shù)來計算其影響[4]。

在提升階段，主要是吊裝構(gòu)件的過程，除了自身的重力和施工荷載外，還需要考慮風(fēng)荷載對于吊裝構(gòu)件的作用。根據(jù)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)中的風(fēng)壓系數(shù)，計算吊裝過程中可能受到的風(fēng)荷載。在計算吊裝過程中的荷載時，還需要考慮動力系數(shù)，用于考慮吊裝速度、振動和加速度等因素對荷載的影響。

4.3 穩(wěn)定性驗算

（1）局部穩(wěn)定驗算是針對桁架的受壓桿件的穩(wěn)定性和強(qiáng)度進(jìn)行的驗算。根據(jù)計算分析得到的內(nèi)力數(shù)據(jù)，可以對這些桿件進(jìn)行局部穩(wěn)定性驗算，這包括判斷桿件是否有足夠的抗彎承載能力和抗壓能力，以確保其局部穩(wěn)定性。

（2）整體穩(wěn)定性驗算是對整個桁架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性進(jìn)行的驗算。在這個驗算中，斜腹桿和上下弦桿等效為組合截面，然后確定其換算長細(xì)比，得到穩(wěn)定系數(shù)。根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》的要求，對桁架的整體穩(wěn)定性進(jìn)行驗算。

通過局部穩(wěn)定驗算和整體穩(wěn)定驗算，可以評估桁架結(jié)構(gòu)在使用條件下的穩(wěn)定性。經(jīng)驗算滿足要求，這表明桁架的穩(wěn)定性得到了有效的事前控制，并且吊裝過程的質(zhì)量和安全是可以得到保證的。同時，施工方案的合理性和可行性是通過對加固方案和計算分析得出的構(gòu)件內(nèi)力數(shù)據(jù)進(jìn)行驗算，來進(jìn)行評估的。這也是確保吊裝過程質(zhì)量和安全的重要環(huán)節(jié)[5]。

5 結(jié)語

大跨度鋼桁架結(jié)構(gòu)的施工，施工方案的分析和優(yōu)化非常重要，可以幫助解決施工過程中的問題，并確保工程的質(zhì)量和安全，通過對本文的分析，可以得出以下3 個方面的結(jié)論。

（1）計算模型簡化。在進(jìn)行吊裝方案分析時，對計算模型進(jìn)行合理性的簡化是必要的。這意味著需要找到合適的簡化假設(shè)和方法，以減少計算的復(fù)雜性。例如，在非對稱桁架的分析中，確定重心和負(fù)荷分配值可以通過實際測量和計算得出。這些數(shù)據(jù)可以幫助選擇合適的吊點位置，以確保吊裝過程的質(zhì)量和安全。

（2）弱點加固。鋼桁架結(jié)構(gòu)中可能存在一些薄弱的部分，需要進(jìn)行必要的加固措施。根據(jù)施工方案的分析和評估結(jié)果，可以確定這些薄弱環(huán)節(jié)，并制定相應(yīng)的加固措施，以確保結(jié)構(gòu)的局部受力均勻和穩(wěn)定。

（3）數(shù)值模擬。采用數(shù)值模擬對鋼桁架施工過程中的各種工況進(jìn)行定量分析是非常有益的。通過對吊裝過程進(jìn)行數(shù)值模擬，可以評估吊裝方案的合理性和可行性，并識別潛在的問題和風(fēng)險。數(shù)值模擬結(jié)果可以幫助工程師事前控制，制定相應(yīng)的措施，以確保吊裝過程的質(zhì)量和安全。