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浙江省电力生产调度大楼巨型转换桁架的吊装施工

作者：建筑钢结构网    
时间：2009-12-22 20:25:58 [收藏]

    （杭州大地网架有限公司 何永泉 周大干 方顺生 张妙林 居荣初）

    [摘 要] 本文择要介绍了浙江省电力生产调度大楼在施工中难度最大的三榀巨型转换桁架的吊装方案的形成和实施过程。并扼要介绍了吊装设备的制作和试验结果。?
    [关键词] 转换桁架、桅杆〖

    一、建筑概述?
    浙江省电力生产调度大楼位于杭州市教工路延伸段（黄龙路）与西溪路交叉口的东南侧，为浙江省重点建设工程。由浙江省电力公司投资兴建，设计单位为浙江大学建筑研究设计院，施工总承包单位为浙江建工集团，钢结构部分则由杭州大地网架制造有限公司负责制造和安装。工

    程占地面积20亩，南北长约165m，东西长约80m。建筑物地上14层，地下3层，总建筑面积85689m2（其中地上59269m2，地下26420m2），总用钢量为3000余吨，建筑总高度65.4m（局部69m），工程总投资约6.5亿元人民币。地下室采用全现浇钢筋混凝土结构，主体上部采用现浇钢筋（型钢）混凝土框架??剪力墙结构。吊装全貌见图1。?
    二、钢结构转换桁架安装探讨?
    由于建筑功能的需要，该建筑中包括三榀巨型转换桁架，它们分别位于纵向A轴、B轴、C轴，横向10轴～18轴，安装难度很大。?
    （1） 编号HJ1桁架，跨50.515m、宽0.7m、高8.6m、重191t，安装位置在10轴～16轴、基础标高38.17m。?
    （2） 编号HJ2桁架，跨40.15m+16.55m、宽0.7m、高8.6m，重188t、安装位置在10轴～15轴～轴。安装基础标高38.17m。?
    （3）编号HJ3桁架，跨50.515m+24.65m、宽0.7m、高8.6m、重197t，安装位置在10轴～15轴～18轴，安装基础标高38.17m。?
    全部桁架均在工厂制造和试拼装。但在现场安装过程中，却遇到了很大的困难。由于施工场地狭窄拥堵，施工时拼装架设难度很大。?
    由于工期较紧的原故，土建施工日夜赶工，交叉施工情况时有发生。即使在吊装作业区内还有钢筋加工场和堆放建材,施工拥挤现象十分严重。?
    建筑物的东向紧靠着居民住宅区?
    南面马路边就是市体委?
    西面临黄龙路?

    为此，甲方、设计院、施工单位、监理单位及我公司有关技术人员经多方研究，深入分析后形成了三个可行方案，而最终又优选第三方案作为实施方案，每个方案均有一定特点，现将它们简单介绍如下：?
    2.1 一号施工方案?
    先搭建一座高位的承重拼装平台，使用大吨位的液压汽吊把散件吊到平台上，进行组装，实施组装、就位、焊接一体化的施工方式。?
    一号方案必须的条件是：?
    （1） 土建全面地退出桁架的安装区域。?
    （2) 在安装位置搭设一座长70m、宽30m、高45m的承重工作台架，共计：94500m3，按每平方米m2耗钢20kg，合计用钢1890t。?
    （3)下设承重支点20个，每点承受荷重≥1300KN，这对有地下层的建筑来说，肯定是不允许的，必须进行临时的基础加固。?
    （4）吊装设备的选择?
    采用AC300型（线圈）300t液压汽吊。?
    杆长59m全伸，100t平衡配重全加满，工作半径8m，能吊重25t。?
    （5)综合以上情况，不难得出以下结论。就是说我们的转换桁架是不能一步到位的，还须在平台上拼好后作整体的水平移位后，才能到达安装位置，搁置到基础上，而且至少得移位二榀桁架。?
    （6) 由于转换桁架在高空组焊拼接，工程质量大大地受到影响，操作者的劳动强度大大提高，安全生产的隐患极大。?
    （7）必须延长工期，不能满足工程进度的总体安排。?
    （8) 大吨位的起重机械不能发挥其长处，不能提高机械的使用效率，起重成本大幅度的提高，估计安装费用计：2500万元。?
    2.2 二号施工方案?
    采用地面拼装焊接，整体吊装提升。（液压提升技术）到达设计标高后，再进行横向水平移位，到基础上再安装就位。实施的必须条件是：?
    （1) 必须专门设计，制造和架设好钢结构的提升支架和水平移位的高空滑道和支架横梁等，约用钢村300t。?
    （2) 购置液压提升设置8套，每套起重量50KN，水平推移液压装置2套，中心油泵设置、电子监控装置等，提升承重钢线等。?
    （3）土建要让出38m层面的大部分施工区。?
    （4)液压提升的速度很慢，每榀转换桁架要大约二天的时间才能到位，桁架的水平移位又需要一天时间，不但施工期长，而且构件须悬吊过夜，安全性存在缺陷。?
    （5)操作人员在高空平台上作业，对设备机具的要求高，油路管线压力高，必须严密、可靠。估计安装费用：1000万元。?
    2.3 三号施工方案?
    离地500mm处搭设胎架，在胎架上拼装2装架，采用双桅杆抬吊，水平移位的过程由桅杆倾斜幅度的调整来完成，使转换桁架吊装升空后，进行一次性的基础就位。?
    实施的必须条件是：?
    （1） 专门设计、制作2根高60m，额定吊重1200KN的桅杆。?
    （2） 加固二支桅杆的基础。?
    （3）密切与土建配合，实施穿插施工法，避免交叉立体施工。?
    （4)购置10t电动卷扬机4台，800KN起重滑轮，钢丝绳等。估计费用200万元。?
    针对以上转换桁架吊装的三个不同方案。我们进行了认真的分析、比较，大家认为，三号方案的可行性比较大，同时也符合现场的实际情况，比较科学和经济。?
    （1) 桁架整体在地面拼装，对质量、对安全都有可靠的保障，对缩短工期也有很大的意义和作用。?
    （2) 大幅度降低了操作工人的劳动强度，将高空作业变为地面作业，降低了安全生产的风险性，加强了对劳动者的保护，着重于以人为本，推动了和谐社会的建设。?
    （3）节约了大量的钢材消耗，免去超重型钢结构承重架的搭设。?
    （4）较大程度地减少了对地基加固的工程量。?
    （5)压缩了施工期，避免了与土建争施工、抢场地的局面。减少了相互干扰施工的不安全因素。?
    （6） 节约了大量的大吨位汽吊的台班费用。?
    （7) 与液压提升和水平移位的钢结构支承架来说，制作二根桅杆的钢材消耗要减少很多，而且对设计、造来说也要简单得多。?
    （8) 其次是设备的简单化，液压提升设备复杂，技术要求高，其中有较大部分是一次消耗的工具、材料，不能重复使用。而卷扬机、钢丝绳、滑轮组就能重复使用，不受较大影响，从经济角度来说比较合算。?
    三、吊装桅杆的设计和试验?
    3.1桅杆设计的要求和原则?
    由于我公司为钢结构制造厂而非起重设备机械制造企业，因此起重桅杆的设计和制造已经超越了我们业务范畴。但是由于施工期紧迫以及经济性考虑，公司领导决定自行设计、制造、试验，以确保吊装工作能顺利完成。? （1) 为了减轻桅杆在组装、拆卸劳动强度，同时为方便于运输，设计的桅杆应达到起重量大，且自重要轻的要求。?
    （2) 要求桅杆的横截面尽可能的小而又合理。做到小巧实用，又要结构简单，节约钢材。?（3）桅杆设计的长细比要合理。?
    （4）选用合理的安全系数?
    为了保证所设计的桅杆能够正常的工作，应该通过对安全系数的确定，求得材料的允许应力。在一般条件下很难对桅杆在工作状态下的外力和材质的内在因素作出十分精确的计算和估计。特别是桅杆在工作过程中的重力变化，角度的改变，速度的变化，风力荷载，惯性作用，材料的不均匀性等等。?
    材料的允许应力值，取决于安全系数的选用。安全系数选用过小，允许应力就要高，设计出来的桅杆可能就不安全，反之，如果安全系数过大，那么允许应力就低。这样设计出来的桅杆虽然比较安全，但是会造成大材小用，不符合节约的原则。?
    因此，在既要保证安全，又能发挥材料的最大潜力的原则下，正确地选择安全系数或允许应力是吊装工程中重要而且又复杂的技术经济课题。?
    在本工程中，吊装的转换桁架重量达2000KN左右，按照规范规定，对吊装工件重量的大小分为四个等级：超大型工件质量为3000KN以上?
    大 型 工件质量为800～3000KN?
    中 型 工件质量为400～800KN?
    小 型 工件质量为400KN以下?
    很显然，这次吊装是属于大型的起重吊装工程项目。?
    一般对大型的吊装项目，对工件的重量、形体、性质以及在吊装中的特殊要求，和固定方法都是比较重视的。对工件在垂直吊装过程中的每一处细节，都要仔细地研究分析，因此在计算上的误差不会很大。而且，大型吊装过程中，工件的提升速度不会很快，工件做到平衡。大型吊装中使用的桅杆不是很频繁，工作频率很低。?
    因此，我们把这次工程中桅杆设计的安全系数确定为1?8。我们认为这1?8的安全系数是科学合理的，而且在以后的实施过程中也证实了我们的分析是正确的，是经济合理的。?
    桅杆在工作时，它是个细长的受压杆体，桅杆主体结构的内力主要是压和弯的组合应力，因此，压弯强度的计算不如稳定性验算来得重要。?
    （1） 桅杆的几何尺寸：?
    长60m，节距1?25m×48节?
    头部截面800×800（mm） 中部截面1300×1300（mm） ?
    （2） 桅杆材质为Q235?
    型号为：主肢杆4根?200×200×16角钢?
    腹杆?75×75×6角钢?
    连接法兰板30厚Q235钢板?
    连接螺栓为M30×120高强螺栓 ?
    （3）技术参数?
    L0=612?i=5.98 w=13639cm3 λ=102.3?
    e=50cm A=248cm2 φ=0.59?
    （4）荷载?
    吊重1210KN，总荷载1660KN，允许应力［σ］=170N/mm2?
    （5）公式?
    M/W+N/φA≤［σ］?
    50×1210/13639+1660/0.59×248=157N/mm2 ≤［σ］?
    （6） 结论?
    从理论上讲，桅杆虽然单侧受压，但是由于桅杆的倾斜受压状态和缆风绳的向下侧压力，其合力的作用力通过桅杆的中心与桅杆的轴线会产生一定偏距，会造成对桅杆的偏心受压。另外桅杆的不垂直也可能引起桅杆的轴线与横截面重心不重合，也会造成荷载的偏心距。因此，我们预先设立了一个较大的偏心距50cm，而在实际工作状况时，桅杆的偏心距是远远达不到50cm的。?
    在验算中就是达到了50cm的偏心距时，桅杆产生了极大的弯矩，但是验算结论得出，桅杆即使在最不利的工作状况下，也不会失稳，也是能保障安全可靠地工作的。?
    但是我们还得验算桅杆的单肢杆抗压。?
    肢杆长度1.25m 肢杆?200×200×16（mm） F=0.62m2?
    查钢结构设计手册表?200×200×16抗拉强度730KN,抗压强度550KN?
    因此桅杆的单肢受力工作时不会失稳，是安全的。?
    桅杆的抗剪、抗扭强度验算?
    腹杆?75×75×6 A=0.074m2 L=1.8m?
    查设计手册?75×75×6 抗拉强度107KN 抗压强度45KN?
    桅杆扭剪力44KN 斜杆扭剪力=63KN?
    每支腹杆扭剪力为: 63KN/2=32KN＜45KN?
    腹杆在桅杆工时是安全的。?
    3.2桅杆的荷载试验?
    为了确保吊装工程的顺利进行。因此对桅杆进行一次静载试验是很有必要的。?
    静载试验是检验桅杆在满荷载工况下的工作能力的可靠性，来观察桅杆的总体弹性变形和各连接部位的可靠度。?
    试验的方法一般是以其他重物替代试吊或是在试验台上测试的。?
    以上的两种方式我们都无法实行。其一，我们不是专门从事桅杆制造的企业，没有专门的试验台。其二，现场的场地太拥挤，无法堆积1500KN的钢材，没有空地。?
    所以我们专门设计了一个与现场实际符合的试吊方案。现场示意见图3:?

    3.3 试验过程?
    （1) 按工艺要求布置做好桅杆，重缆绳、锚点，起重滑轮组、卷扬机、吊耳、平衡梁及其他机具的架设。?
    （2） 经过严格的安全检查程序。?
    （3）设置好试吊重物或注水容器。?
    （4)第一次试吊是额定负荷80%，起重绳按计算结果是100KN。以100KN的重物或在容器中注9m?3的水，加容器的重量10KN正好是100KN，拴在尾绳上。?
    （5)经安全检查后，指挥发出命令，起动卷扬机，把重物或注了水的容器吊起悬空30cm，保持停止10分钟，在停留时间检查吊杆的各部分状况，并对主缆绳及其他缆绳及锚点，卷扬机等都要进行检查并记录。?
    （6) 10分钟后，指挥者再发出起升命令，启动卷扬机，把重物吊高2～3m，立即放下重物，如此升降二次后，把重物放置在地面上。?
    （7) 继续再做第二次试验。应该吊重是额定荷载的110%，重物提升离地30cm，按理论计算，尾绳是120KN内力，如此升降重物三次，检查是否安全。?
    （8) 最后进行第三次试吊，应该是额定荷载的125%，即1500KN。按计算尾绳的内力是140KN，即试吊重物应该是140KN。当卷扬机吊起140KN到30cm时停止。仔细观察桅杆的头部变化，整体的变形量，支座的变化状态及主缆绳的受力和锚点的坚固情况，这时不再做升降动作。?
    （9）根据试验观察和记录结果，评定出桅杆的安全结论。?

    四、转换桁架HJ3整体吊装简介?
    本次吊装共有三榀转换桁架，即HJ1桁架长度64.8m、高8.6m、重1970KN;HJ2桁架长度56.7m、高8.6m、重188t;HJ3桁架56.7m、高8.6m、重1910KN。这里将以HJ3桁架为例说明整个吊装过程。?
    4.1 主要吊装设备及附属措施?
    （1） 起重桅杆2支，自制格构式，长度1。25m×48节共60m，自重250KN/支，额定起重量1200KN。?
    （2） 桅杆底盘是槽钢焊接件2.5m×2.5m与桅杆采用铰支连接，方便倾斜变幅。?
    （3）起重滑轮H80-50D共4组，起重钢丝绳6×37+1，直径φ21.5，长度800m，共4根。?（4）起重卷扬机是电动慢速卷扬机，起重力100KN,提升速度10m/分。?
    （5）主受力缆绳是6×37+1，直径φ36.5钢丝绳，调节部分用H20-4D滑轮组变幅，滑轮使用直径φ18钢丝绳锚固点在G轴的砼柱上。?
    主缆绳调节动力是50KN慢速电动卷扬机。?
    （6） 其它次缆绳均使用6×37+1，直径φ21?5钢丝绳，调节使用50KN手拉葫芦。?
    （7） 一根桅杆使用2套滑轮组吊装，为了保持吊装时间的受力平均在桁架的吊耳上，用平衡吊梁平衡重量。?
    （8） 第一次安装HJ3桁架时，桅杆布置在B轴上，其中甲杆在12轴，乙杆在16轴，甲乙杆的吊装方向都向西，桅杆向西倾斜10.5m，桅杆底盘都布置在下一层的柱顶上。?
    每根桅杆的缆风绳不少于6支，主缆绳2支，次缆绳4支。?
    （9)桅杆的上前方即黄龙路，不允许有跨路的缆风绳，因此只能在场地内设置重压式锚点固定。?
    （10)桅杆的底盘下辅枕木一层，底盘四周使用直径φ26钢丝绳拉紧固定，以保持在桅杆受力工作时的底部不发生移位。?
    4.2 拼装?
    HJ3因为体积超宽，道路交通也不允许整体分段运输，所以构件只能以单件形式进场。?（1) 先把下弦杆三段按设计要求，垫放在胎模上调直，调整好起拱度，进行对接，焊接严格按工艺标准。?
    （2） 把竖杆按布置位置吊好，校正施焊，并支撑好斜杆。?
    （3）吊装上弦杆到位，使桁架成为一个整体，再把腹杆对称地吊焊上去。?
    （4）随时进行测量和校正工件，以保证几何尺寸的可靠性。?
    （5）在桁架地面拼装时，除了使用H型钢的4道斜撑外，还加布设了2对φ21.5的钢丝绳缆风4支。加固稳定桁架，缆风绳采用50KN葫芦收紧在砼柱上。?
    4.3〓钢桁架HJ3的吊装全过程?
    经过前一天的试吊后，于2004年10月30日上午8时许开始正式起吊。当日，天气晴朗，无风，于9时10分安全就位。?
    （1) 按照预定的分工各岗位进入了角色，各自按照要求检查了各自的作业范围的安全状况，都依次向总指挥报告，总指挥全面地了解了情况以后，认为一切情况属于正常，发出了起吊命令。?
    （2) 起动了4台100KN卷扬机，待HJ3桁架被吊分离地30cm时总指挥发出停止命令，桁架停止上升，组织人员对HJ3桁架进行了人为的冲击、晃动，等工件静止后，对吊装的机具设备再次进行检查。各岗位自查，关键部位由技术负责人检查，实行记录，再向总指挥汇报情况。?
    （3)检查结束无异常，总指挥发出起吊命令，起动4台100KN卷扬机，使桁架平衡地缓慢向上提升。工件提升时，用白棕绳把工件的两端栓住、牵引，并附着工件的上升慢慢地紧、松绳子，其目的就是使工件不发生晃动，避免与其它物体或是土建砼体相碰撞。?
    指挥者随时观察着工件的水平程度，并发出调节的命令使工件能保持水平状态上升。?
    （4）等工件补被吊高到安装标高时，总指挥发出停止命令，停止工件的上升，然后，发出变幅命令，起动4台5t卷扬机对桅杆的角度实行变幅，由原来倾斜的10.5m调正到6m，附着桅杆的扶直过程，主缆绳的滑轮在转动，主缆绳在收短，工件也慢慢地变幅移动，到了基础的上空。?
    （5)到达安装位置后，总指挥发出停止变幅的命令。接着发出指挥命令，下降工件，由38m层面上的分指挥通过对讲机把工件与基础的实际情况汇报给总指挥，总指挥根据反馈的信息，发出调节指令，准确对位，使桁架HJ3平稳地下降到了基础上。?
    （6) 工件的正确对位后，工件的60～80%的重量搁置到基础上后，停止卷扬机的动作，及时地收紧2对桁架的缆风绳，同时由经纬仪测量垂直度，检测定位以后，立即把支撑的杆件焊好，用以稳固桁架，稳固工件的支撑共三支，保障桁架的安全性。?
    （7) 支撑杆为格构式，长度10m，用4根?50×50×5角钢作为主肢杆，腹杆用?40×40×4角钢焊接而成，中间截面为400×400，两端截面200×200,支撑杆用塔吊吊装就位，上端与桁架的上弦杆焊接，下端就和砼层面上的预埋钢板焊接，埋件位置在B轴与10轴、15轴、17轴的交点上。?
    （8) 待HJ3桁架按设计要求和工艺布置焊好以后，经质检和严格的安检后，确认桁架稳定、坚固时，慢慢地放松10t卷扬机，并且对桁架进行安全监控。最后，全部松掉吊装设备，拆去连接吊点机具后。移动吊装的桅杆，移到下一榀桁架吊装的位置，做下一轮吊装的准备工作。?
    吊装HJ3桁架时的受力分析见图4。

    五、结论?
    本次三榀转换桁架的吊装工作，由于领导重视，相关技术人员和工人齐心协力，联合攻关，所以工作进展十分顺利，实际每榀吊装到位时间仅仅花了1小时10分，完全符合施工质量要求，得到了领导机关和各相关单位的一致好评。不仅满足了施工进度的要求，而且大大节省了施工费用，说明在施工过程中挖掘经济潜力还是十分巨大的。

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