土法吊装在室内空间下的运用

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  【摘要】结合四川遂宁世界华人财富会所报告厅室内大跨度钢桁架吊装施工实例,提供了一种在室内空间受限的情况下进行吊装作业的方法,以期对类似工程提供指导和借鉴。
  【关键词】室内空间;平行钢桁架;土法吊装
  引言
  起重吊装作业在工程建设、机械设备运输、维修安装及生产中发挥着重要作用,是国家规定的特殊工种。它要求从业人员具有较强的力学理论知识和丰富的实践经验。起重吊装一般采用起重机械作业,但在某些特殊情况下,不能使用起重机械吊装工艺,只能另避蹊径,因地制宜,通过人力使用简易工装器材工具等,应用非常规吊装工艺来完成吊装,这类方法称之为土法吊装。
  遂宁世界华人财富会所为二层框架结构,平面呈椭圆状,底层为商场,二层为报告厅,建筑物顶部为正三棱锥倒放钢网架结构。装饰施工时,报告厅天面的装饰荷载超过了网架设计荷载,原结构设计在报告厅网架下增加了10榀钢桁架用来承载吊顶结构的荷载。钢桁架支撑在混凝土牛腿上。牛腿采用化学植筋并浇筑混凝土形成,牛腿的顶标高为16.0m。钢桁架高3.2m,上、下弦采用200mm×200mm×8mm×8mm工厂焊接H型钢,腹杆采用150mm×150mm×6mm×8mm工厂焊接H型钢,吊杆采用2根∠80mm×50mm×6mm角钢长边相并焊接而成。桁架最大跨度为39.30m,重量4.7T,最小跨度长度25.9m,重量3.05T。
  报告厅位于二楼,室内地坪大部分呈台阶状,门洞高度和宽度限制了起重机械进入,楼板也无法承受起重机械荷载。同时,屋顶网架结构也阻碍了起重机械吊车臂的伸展及回转,使钢桁架无法提升到指定的安装高度。由于客观条件的限制,故采用土法吊装工艺。
  1 方案设计
  按照钢桁架的最大跨度来设计吊装方法。钢桁架最大跨度39.3m,重量4.7T,属于大跨度轻型钢桁架。根据跨度,拟采用“地面原位拼装,四点整体提升”的方法。因为室内空间无法使用起重机械作业,所以拟采用电动葫芦装置。电动葫芦的挂点根据现场实际情况设置。
  2 操作要点
  2.1 钢桁架的室内拼装
  钢桁架的加工通常是在工厂完成,也可以采用工地现场加工的方式。工厂加工的后的钢桁架由于跨度较大不利于运输,一般情况下需要加工后切成若干段,然后再运输至工地现场重新拼装焊接。室内拼装首先要保证所要拼接的钢桁架在平卧方式下处在同一个水平面上,这样可以避免钢桁架纵向出现弯曲,其次室内拼装要保证桁架的起拱高度和焊缝的质量。对缝焊接后需在焊缝处背一块钢板,以增加焊缝处的强度。钢桁架焊接后需对每一条焊缝进行探伤,确保焊缝质量合格。
  2.2 吊点设计
  大跨度钢桁架的吊点选择至关重要,合理的吊点设置可以使钢桁架在吊装时发生的变形最小。根据经验,40m左右跨度的钢桁架需要四个吊点,吊点的设计原则是两端吊点位置设在距端头0.2L(L为钢桁架跨度)处,剩余两个吊点按端头两个吊点之间的距离进行三等分。钢桁架的吊点尽量设置在节点处。
  遂宁世界华人财富会所报告厅钢桁架的吊装,其吊点的设计与经验位置有所不同。以39.3m跨度的钢桁架为例,它充分考虑了现场的实际条件及报告厅内两侧钢构耳房的后续施工需要,两个端头的吊点并不在0.2L处,而是设在了距端头0.8m处,其余的两个吊点设置在距端头13.95m处的钢桁架节点处。
  两端吊点设计在端头0.8m处是为了充分利用了现场的特殊条件(报告厅屋顶钢网架屋面外围有一个天沟通道,通道的宽度为2.2m。网架顶部距下弦有2.4m的空间,网架边缘支座位于报告厅内圈的封口梁柱上。因此,可以利用这个条件在屋面的通道和报告厅内的封口梁之间设置两个简易支架用来悬挂电动葫芦),这样做的主要目的在搭设满堂脚手架时为两侧耳房的钢构施工留下工作面,同时电动葫芦的链条不会和混凝土牛腿直接接触发生摩擦。
  钢桁架中间两个吊点设计在两端各距端头13.95m处,这样做一是让吊点尽量处在钢桁架的节点处,二是让吊点对称且两个吊点之间的距离不至于过大。
  2.3 两端吊装设备安装
  2.3.1 起吊设备:起吊设备需根据所要吊装的对象的重量及提升高度来选择,并要留下足够的安全余量。本工程最大的钢桁架重量为4.7T,提升高度为16m,为了确保吊装时的安全,四个吊点均采用的起重量为5T、25m加长链条、提升速度为0.9m/min的电动葫芦作为起吊设备。
  2.3.2 钢桁架两端吊点对应的电动葫芦安装方法:在屋顶天沟处,用200mm×100mm×5.5mm×8mm的H型钢做电动葫芦的起重梁。起重梁的两个端头,一端固定在天沟外侧的混凝土结构梁上,另一端从现有的窗洞处穿入,经过设置的人字形支架后伸入报告厅内,其作为安装电动葫芦载体。人字形支架设置在顶标高为19.55m的内框封口梁上(梁为300mm×700mm),采用10mm厚钢板和8#槽钢焊接加工而成。人字形支架的顶面、两脚采用10mm厚镀锌钢板,两腿采用8#槽钢,钢板与槽钢之间进行焊接。支架脚部两块钢板均通过4根M12化学螺栓锚固在混凝土梁上。人字支架的两腿之间用8#槽钢横向拉结。起重梁通过人字形支座伸向报告厅内长度为1.0m。
  2.4 中间吊装设备安装
  2.4.1 钢桁架中间两个吊点对应的电动葫芦的安装方法:由于中间的两个吊点对应的电动葫芦不能够设置在已有的钢网架上,为了固定这两个电动葫芦,采取在钢桁架的一侧搭设满堂脚手架,并且满堂脚手架需要在固定吊点的两侧各2m范围内进行立杆及横杆的加密与加固。
  2.4.2 电动葫芦的安装高度
  钢桁架中间两个吊点设置距端头13.95m处的节点上,为了将钢桁架提升至牛腿(牛腿顶面标高16.0m)之上,悬挂电动葫芦的高度至少应在20m(桁架高度3.2m+支座高度0.2m+牛腿顶高度16.0m+电动葫芦高度0.6m=20m),考虑到电动葫芦自身的大小及安全距离,电动葫芦的悬挂安装高度设置为22m。
  2.4.3 满堂架的搭设方法   满堂脚手架立杆间距按1m×1m,水平杆步距按1.5m,双向布置。在位于中间吊点两侧2m区域内,立杆按0.3m间距进行加密。遂宁世界华人财富会所报告厅平面呈椭圆形,10榀钢桁架的位置平行于椭圆的短轴方向,钢桁架的跨度由中间向两边递减。受建筑结构的影响,钢桁架的吊装次序必须采取由两边向中间进行,即满堂架的搭设也服从该规律。满堂脚手架的搭设高度不但要考虑钢桁架吊装的需要,还要考虑钢桁架吊装后天面钢结构转换层的施工需要。因此,除中间两个吊点两侧各2m范围内脚手架搭设高度为22m外,其余部位的满堂脚手架搭设高度为15m(钢桁架吊装就位后,其下弦底标高为16.2m)。为防止钢桁架吊装时发生横向弯曲且与满堂脚手架的横向连接杆发生擦挂现象而影响满堂脚手架的安全和稳定,在满堂架外侧靠近中间两个吊点的部位和钢桁架的中部位置设置三根垂直的φ110钢管作为钢桁架提升时的滑竿,钢管的高度为16m。
  2.5 钢桁架翻身扶直
  钢桁架翻身扶直:桁架吊装前需要将钢桁架翻身扶直,桁架由平卧工况转为竖起工况。钢桁架翻身前,在桁架上弦设计的吊点处用钢丝绳捆绑两周,利用专用锁具锁牢,将电动葫芦的吊钩挂住钢丝绳,确保挂钩处安全。四个吊点均准备就绪后,在现场指挥统一调度下,四台电动葫芦同时开机,使钢桁架在翻身扶直过程中,桁架绕下弦转动,下弦不离开地面。当桁架转动到直立状态时,电动葫芦停机,使用人工利用撬棍将桁架平移到牛腿的正下方。
  2.6 试吊、正式起吊
  2.6.1 钢桁架吊装之前需要对吊装作业人员进行培训及安全技术交底,明确指挥系统及其运行方式,确保吊装过程中操作及电动葫芦的起停协调一致。
  2.6.2 为了解决钢桁架吊装到混凝土牛腿部位从侧面向上就位的问题及吊装过程中动态控制钢桁架空中姿态,在钢桁架的上、下弦适当位置系上6根缆风绳。钢桁架的上弦两端各系一根,控制这两根缆风绳的人员站在屋顶室内封口梁外侧,其余四根系在钢桁架的下弦,左右两侧对称布置,控制缆风绳的人员处在桁架的两侧根据需要进行施加适当的拉力以调整钢桁架的姿态。
  2.6.3 正式吊装之前要再次细致检查各个吊点、吊钩、钢丝绳、电动葫芦等是否安全可靠,各人员是否已就位准备就绪,确认无问题后,在吊装总指挥的统一指挥下先进行试吊。在试吊时,可以先将钢桁架吊离地面以上大约50cm,电动葫芦停机,观察一下钢桁架的悬空姿态,同时再次检查起吊装置及电动葫芦。
  2.6.4 人工动态控制桁架横向弯曲措施:由于钢桁架的跨度大,截面的高宽比大,横向的抵抗矩小,桁架在提升时容易出现弯曲。桁架的弯曲可能出现两种情况,一种是桁架中间顶向脚手架而两端远离脚手架,另一种是钢桁架中间远离脚手架而两端靠近脚手架。针对第一种情况,满堂架侧面设置的φ110的滑竿起到了作用,钢桁架在提升时,弯曲时钢桁架沿着滑竿向上,为了不致弯曲过大,安排三个人用绳索套住钢桁架,并且随着桁架的上升而顺着脚手架爬升。第二种情况可以通过缆风绳控制使其向第一种情况发展。
  2.7 钢桁架翻越牛腿就位:钢桁架缓慢吊装到上弦距牛腿高度大约1m时,牵引缆风绳的人员向钢桁架外侧共同用力拉动,根据实际情况控制拉力的大小,使钢桁架翻越牛腿时尽量靠近牛腿但不能碰到牛腿。当钢桁架下弦完全升至牛腿顶部时牵引缆风绳的人员停止使力,使钢桁架在自重的作用下恢复到平衡位置,此时需控制电动葫芦,采取停、放的断续方式使钢桁架落在牛腿上。桁架校正好位置后和支座进行连接。
  2.8 桁架之间的连接固定:当吊装完第一榀桁架后,其上设置的四个电动葫芦不能马上拆除。需按照相同的办法吊装相邻的第二榀桁架,第二榀桁架吊装就位固定后,和第一榀桁架进行水平及交叉系杆的连接,这样可以确保桁架之间形成整体,增加其稳定性。两榀桁架连接后,方可拆除第一榀桁架的四个电动葫芦,用于相邻的第三榀桁架的吊装,依此类推,完成整个工程的钢桁架吊装。
  3 安全措施:
  3.1 吊装作业人员必须持有特殊工种作业证。作业前进行安全技术交底,作业人员必须做到“四个明确”,即工作任务明确,作业方法明确,所吊装设备重量明确及设备吊装作业要求明确。
  3.2各种吊装作业前,应预先在吊装现场设置安全警戒标志并设专人监护,非施工人员禁止入内。
  3.3吊装作业中,施工现场应有足够的照明。
  3.4吊装作业人员必须佩带安全帽,安全帽应符合GB-2811的规定,高处作业时必须遵守HG-23014的规定。
  3.5吊装作业前,应对起重吊装设备、钢丝绳、揽风绳、链条、吊钩等各种机具进行检查,必须保证安全可靠,不准带病使用。
  3.6吊装作业时,必须分工明确、坚守岗位,并按GB-5082规定的联络信号,统一指挥。
  3.7吊装作业前必须对各种起重吊装机械的运行部位、安全装置以及吊具、索具进行详细的安全检查,吊装设备的安全装置要灵敏可靠。吊装前必须试吊,确认无误方可作业。
  3.8悬吊重物下方严禁站人、通行和工作。
  3.9 施工人员必须严格执行操作规程,精力集中,听从指挥,统一行动。
  4 结语
  土法吊装使用人力比重较大,多因地制宜,不使用或不依靠大型机械,效率低、风险高。土法吊装看起来因陋就简,用起来实用性很强。土法吊装绝不是野蛮吊装,也是讲科学重经验的实践活动。
  参考文献:
  [1]姚刚,谢巍,居虎 基于应变能法的大跨度钢桁架四吊点选取分析[J].重庆大学学报,2009.09 第32卷第9期
  [2]郑贵东,于海洋 大跨度混凝土折线屋架梁吊装施工工法[J].科技信息
  [3]唐葆华 大跨度单榀钢桁架整体提升研究及应用[J].建筑施工,第32卷第8期
  作者简介
  胡宗锋(1978~ ),男,工程师。全国一级注册建造师(建筑、市政),注册造价工程师。2002年毕业于石家庄铁道学院,主要从事施工管理工作。
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