大型、异型钢结构屋面板材吊运技术研究

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  摘要:随着科学技术的发展,在建筑施工领域中,钢结构结构也成多样化的发展,目前很多大型钢结构建筑外观设计造型新颖,钢结构屋面工程系统既要满足防水功能、耐久性能又要充分表现建筑外观,很多都通过采用金属板材屋面来实现。钢结构金属屋面板可根据需要的长度,弯曲半径在施工现场压制成型。在实际施工中,要把这些超长或曲面板材运送至屋架施工面上,通常做法把设备架设在屋架上加工、搭设坡道人工搬运等,上述方法存在较多的局限性,比如,因屋架荷载不能承受原材料及设备重量或施工场地不足限制坡道的搭设难以适用。目前大多情况是通过起重机吊装运输,但是,金属屋面板的特性是抗弯刚度小,易弯折;板材尺寸长,曲率大,而且形状不规则,吊装过程中不容易设置合适的吊点,所以经常在吊装过程中出现板材折断,扭曲撕裂等现象,导致浪费材料,工作效率低下。
  因此目前亟需一种能够避免了大型、异型钢结构屋面板材在吊运过程中出现板材折断或扭曲撕裂现象的大尺寸板材吊运装置用来节约材料,提高了工作效率都具有积极的意义。
  关键词:大跨度钢结构,大型、异型钢结构屋面板材,吊装工具开发研究。
  1吊装工具技术研究要求:
  1.1自行研发吊装工具,要制作简单,施工方便,经济适用。
  1.2大跨度金属屋面采用大尺寸屋面板吊装,将解决了板材折断、扭曲撕裂、导致浪费材料、工作效率低下等问题。
  1.3相对传统设备架设在屋架上加工、搭设坡道人工搬运等施工方法,大尺寸屋面板吊装可直接进行垂直运输,明显缩短了施工工期,降低了施工成本。
  1.4整个施工过程提前通过AutoCAD、犀牛软件精确模拟,清晰直观,安全可靠。
  2 ;工艺原理:
  ; ; ; ;在进行大型、异型钢结构屋面板材吊运时,先将板材通过夹持装置与主梁固定,然后再将主梁通过吊耳与起吊装置连接,由于主梁为刚性的主梁,在主梁与被吊装板材被同时吊起时,由于有主梁的支撑,进而防止了在吊装过程中,被吊装板材发生弯曲或者扭曲撕裂。
  3 ;大型、异型钢结构屋面板材吊装工具开发研究流程及操作要点
  3.1施工技术研究流程
  





 ;







 ;











 ;
  3.2施工操作要点
  3.2.1 ;设计吊装装置
  本新型的目的在于:针对目前大型、异型钢结构屋面板材在吊运过程中容易出现折断和扭曲撕裂的不足,提供一种能够避免吊运过程中出现板材折断或扭曲撕裂的大尺寸板材吊运装置。   为了实现上述目的,本实用新型采用的技术方案为:
  一种大型、异型钢结构屋面板材吊运装置,包括刚性的主梁,所述主梁的长度与被吊装板材的被夹持边的长度相匹配,所述主梁上间隔布置有若干与所述被夹持边相配合的夹持装置,所述主梁上还间隔布置有若干与起吊装置相配合的吊耳。在进行大尺寸的板材吊运时,先将被吊装板材通过夹持装置与主梁固定,然后再将主梁通过吊耳与起吊装置连接,由于主梁为刚性的主梁,在主梁与被吊装板材被同时吊起时,由于有主梁的支撑,进而防止了在吊装过程中,被吊装板材发生弯曲或者扭曲撕裂。
  作为优选,所述主梁的形状与所述被吊装板材的被夹持边的形状匹配。主梁的形状与被吊装板材的被夹持边的形状相匹配,使得被吊装板材在各个位置都能够被主梁良好的支撑。
  作为优选,所述主梁为弧形,所述主梁的曲率等于所述被吊装板材的被夹持边的曲率。当被吊装板材为曲面板材时,主梁的曲率等于被吊装板材的被夹持边的曲率,使得本实用新型的吊运装置可以起吊曲面板材。
  作为优选,所述主梁为三角形,所述夹持装置为三个,并分别布置在所述主梁的三个顶点位置,所述主梁其中两个顶点之间的距离等于所述被吊装板材的被夹持边的两端点之间的距离,所述主梁的另一个顶点位于所述被吊装板材的被夹持边上。当被吊装板材为曲面板材或者其他不规则形状板材时,先将被吊装板材的被夹持边的两个端部固定在主梁的其中两个顶点处的夹持装置上,然后再通过另一个夹持装置夹持住被吊装板材的被夹持边的另一部位,通过三点固定被吊装板材,在起吊被吊装板材时,由于有刚性主梁的支撑,能够避免被吊装板材发生弯曲或者扭曲撕裂,而且起吊过程中,被吊装板材也能被夹持装置牢固的固定。
  作为优选,所述主梁的行心与所述被吊装板材的重心位于同一竖直线上。使得起吊过程平稳,各个夹持装置的受力均衡,进一步的避免被吊装板材出现局部受力过大而发生折弯或者撕裂的危险。
  作为优选,所述主梁两侧对称布置有一根与所述主梁平行的次梁,所述主梁与次梁之间间隔设置有若干水平支撑,所述主梁与所述次梁通过所述水平支撑连接成一体式结构。通过在主梁两侧设置次梁,并通过水平支撑连接成一体式结构,进一步的提高了主梁的刚度。
  作为优选,所述次梁的下侧与所述主梁的下侧平齐,所述次梁的上侧与所述主梁的上端之间设置有斜支撑。通过设置斜支撑,进一步的提高主梁的刚度。
  作为优选,所述主梁和所述次梁为空心的矩管。将主梁和次梁设置为空心的矩管,在减轻吊运装置本体重量的同时,有保证了主梁和次梁具有良好的刚度。
  综上所述,由于采用了上述技术方案根据所要吊装的板材的长度或弯弧半径确定吊具长度和吊具的几何形状大小,现场选择制作吊具的材料规格。计算吊具的荷载按连续简支梁计算,分段按最不利的简支构件进行计算分析。钢结构金属屋面板在吊具上的吊点间距为3米,即可将荷载简化为均布荷载作用于吊具上计算。根据现场材料的实际重量和现场长度,通过简单的力学计算确定可吊装荷载。装置设计示意图如下:
  



 ;
  ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ;吊装装置示意图一 ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ;吊装装置示意图二
  


  ;吊装装置示意图三
  1-主梁,2-被吊装板材, ;3-夹持装置,4-吊耳,5-次梁,6-水平支撑,7-斜支撑。
  3.2.2在AutoCAD上对吊装装置进行实际尺寸放样,并绘制三维模型制作吊装装置图
  根据所设计的吊装装置,以及钢结构屋面所需的大尺寸板材规格型号、吊装位置等实际尺寸,利用AutoCAD软件对设计的装置按实际尺寸进行模拟放样,并用犀牛软件对吊装装置进行三维模型生成,制作出吊装装置制作图和效果图。
  3.2.3 ;制作吊装装置
  根据吊装装置制作图和效果图,选用符合荷载计算要求的规格钢矩管拼装焊接,接缝处内部增加衬管,外部设置补强钢板以增加链接处的强度。挂点处用角钢或方钢管做斜撑和平行主骨架的次骨架,构成简单的三角桁架,分散荷载,便于固定板材。采用焊接连接时施焊应符合设计或施工验收规范的规定,控制焊接工艺,防止焊接变形。
  3.2.4 ;检查吊装装置质量
  由于是新型吊装装置,考虑到是首次投入使用,其安全施工的质量是重中之重。在装置制作好之后,严格按照钢结构焊接施工工艺,对其焊接质量(外观、夹渣、咬边等)进行严格检查,确保其有足够的安全性及承载力之后才能投入使用。   3.2.5 ;布置起重机
  根据现场预先确定的最佳吊装位置布置起重机,起重机使用前也要进行严格的检查,保证安全施工。
  3.2.6 ;吊装装置试运行
  现场对制作好的钢结构金属屋面板吊装装置进行吊装试运行,吊装吊点采用五点起吊,吊点位置的选择应设置在钢吊架最理想的受力点,保证整体均匀受力,控制吊具自身刚度。起吊时先将吊装装置无荷载离地面50cm左右,观察吊装装置受力情况和是否变形。若吊装装置无明显变化,再徐徐升钩,吊具由吊机移动到需要吊装的材料位置,吊具上设置缆风绳用于控制被吊物件的角度和方向。观察整个吊装过程是否安全可靠。
  3.2.7 ;固定板材
  板材按可吊装数量分组摆放,下方用木方垫起留足穿绑扎绳的空间。吊具由吊机移动到需要吊装的材料位置,用固定绳索将板材固定在吊具预定挂点上。
  3.2.8 ;吊装
  现场对测试完毕的吊装装置进行吊装,吊装吊点采用吊装带进行五点起吊,吊点位置的选择应设置在钢吊架最理想的受力点,保证整体均匀受力,控制吊具自身刚度。起吊时先将装有材料的吊装装置吊离地面50cm左右,观察吊装装置受力情况和是否变形。若吊装装置无明显变化,再徐徐升钩,吊具由吊机移动到需要吊装的材料位置,吊具上设置缆风绳用于控制被吊物件的角度和方向,使吊机起吊将材料运输至施工作业区域。在吊装过程中派专职安全员监督整个吊装过程是否安全可靠,直到所有材料吊装完毕。
  4吊装工具在实际工程中的经济效益预测和分析
  4.1理论分析:
  ; ; ;大型、异型钢结构屋面板材的吊装工具如果在工程过程中施工,结合工程设计要求和板材的实际尺寸和重量,采用了新型实用吊装技术将缩短了材料运输的施工工期,解决了板材易折断,扭曲撕裂等现象而导致浪费材料的问题,将确保了施工安全,降低了施工成本,取得良好的经济效益。
  4.2实例分析:
  ; ; ;以重庆市巴南区体育中心建设项目体育馆金属屋面材料吊装工程为例
  ; ; ;重庆市巴南区体育中心建设项目体育馆屋面总面积约18600㎡,总长度为89.6米,最大跨度为64.7米。屋面板材材料约178吨,如果采用新型吊装工具时间仅用一个工作日,并且在吊装过程中无板材易折断,扭曲撕裂等现象。大大提升了施工进度,降低了施工成本。
  经济效益数据对比分析
  巴南体育馆工程采用通常施工方法成本
  工种分类
  工作人员数量(个)
  人工单价(元)
  生产天数(天)
  成本合计(元)
  搬运工
  24
  200
  3
  14400
  吊装人员
  4
  260
  3
  3120
  机械分类
  吊装机械数量(台)
  机械单价(元)
  生产天数
  成本合计
  50吨起重机
  1
  4500
  3
  13500
  材料损耗暂估和其他费用
  20000
  巴南体育馆工程采用通常施工方法成本总计
  51020
  巴南体育馆工程采用新型吊装技术成本
  工种分类
  工作人员数量(个)
  人工单价(元)
  生产天数(天)
  成本合计(元)
  搬运工
  8
  200
  1
  1600
  吊装人员
  4
  260
  1
  1040
  机械分类
  吊装机械数量(台)
  机械单价(元)
  生产天数
  成本合计(元)
  50吨起重机
  1
  4500
  1
  4500
  其他费用
  3000
  巴南体育馆工程采用新型吊装技术成本总计
  10140
  经济效果对比
  巴南体育馆工程采用通常施工方法成本总计
  51020
  巴南体育馆工程采用新型吊装技术成本总计
  10140
  巴南体育馆节约直接成本
  40880
  ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ;制表人:邓霄 ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ;制表时间2014年6月
  


  ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ;巴南体育馆工程经济效益预测分析数据柱状图
  ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ;制图人:邓霄 ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ;制图时间2014年6月
  数据结论分析:
  如果重庆市巴南区体育中心建设项目体育馆大跨度钢结构工程采用新型金属屋面材料吊装工工具将节约直接成本为40880元。
  5小结
  ; ; ; ;综上所述,本新型的工具研究目的在于:针对目前大跨度钢结构存在的大型、异型钢结构屋面板材在吊运过程中容易出现折断和扭曲撕裂的不足,提供一种能够避免吊运过程中出现板材折断或扭曲撕裂的大尺寸板材吊运装置。
  由于采用了上述技术方案,本实用新型的有益效果是:
  在进行大跨度钢结构,大型、异型钢结构屋面板材,大尺寸的板材吊运时,先将板材通过夹持装置与主梁固定,然后再将主梁通过吊耳与起吊装置连接,由于主梁为刚性的主梁,在主梁与被吊装板材被同时吊起时,由于有主梁的支撑,进而防止了在吊装过程中,被吊装板材发生弯曲或者扭曲撕裂。从而将缩短了材料运输的施工工期,解决了板材易折断,扭曲撕裂等现象而导致浪费材料的问题,将确保了施工安全,降低了施工成本,更能取得良好的经济效益。
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