大跨度大截面钢梁高空吊装施工技术.pdf

某市初级中学建设工程总建筑面积45 667.94 m2，钢结构预制率为60%，总用钢量为4 330 t。本工程共享中心3、4楼，风雨操场和食堂4楼所用钢梁跨度大、截面大，其中共享中心3楼有4根，四楼3根，风雨操场和食堂4楼有5根。共享中心单梁跨度最大可达23.48 m，截面尺寸最大为H1 8004003036。风雨操场和食堂单梁跨度最大可达29.09 m，截面尺寸最大为H1 6804502028，且安装高度最高为19.28 m。钢梁高空吊装安装精度控制是本次钢结构施工的重点与难点，本项目大跨度钢梁均为H型钢梁，材质为Q235B。2 施工难点共享中心、风雨操场和食堂所用钢梁跨度大、构件自重大，单根构件质量约30 t，现场钢梁安装位置特殊，建筑物旁边是地下室顶板，导致钢梁安装点位和起重设备站位较远，现场吊装实施难度较大。（1）施工场地狭小以及钢梁跨度较大，无法保证钢构件堆放在便于吊装位置，吊装机械只能设置在跨外，且由于现场工期较紧张，在吊装大跨度钢梁前主体结构四周钢梁已经安装，底部楼板仅铺设楼层桁架板，无法在底部楼层上进行安装作业。（2）由于钢梁跨度较大，为便于工厂制作以及运输，将钢梁分成2段进行加工，为防止其在自重以及施工荷载作用下产生下挠，因此需对其进行预起拱处理。（3）施工质量要求高，本项目作为公司主推的五大产品体系中的装配式学校建筑体系是树立企业形象的示范项目，因此对工程质量要求较高。3 选择钢梁安装方案针对本工程装配式钢结构特点、结构形式和现场施工条件，主要有以下2种可供选择的安装方案。（1）屋面层的钢梁在工厂分2段加工，运至现场后，用汽车式起重机吊至3层8.700 m高的楼面上进行对接拼装，然后用吊装支架配合手拉葫芦进行吊装 就位。（2）屋面层的钢梁在工厂分2段加工，运至现场大跨度大截面钢梁高空吊装施工技术孙建龙，鲍聪，周为，王锦涛，黄鹏程，王家耀（浙江精工钢结构集团有限公司，浙江绍兴312030）摘要 结合某市初级中学共享中心、风雨操场和食堂这两个单体工程屋顶大跨度钢梁安装实例，并结合现场平面部署及整体施工进度要求，对钢梁整体进行起拱、吊装验算，因此，施工现场对钢梁分段对接安装、测量校正和焊接质量具有较高的要求。基于此，提出一种安全可靠又节约工期的大跨度大截面钢梁整体吊装方法，并对安装流程及安装措施作出详细介绍，旨在为类似工程提供借鉴。关键词 大跨度；大截面；高空吊装；分段对接；整体吊装 中图分类号TU 758.11 文献标志码A 文章编号1001-523X（2023）08-0104-03HIGH-ALTITUDE HOISTING CONSTRUCTION TECHNOLOGY OF LARGE-SPAN AND LARGESECTION STEEL BEAMSSun Jian-long，Bao Cong，Zhou Wei，Wang Jin-tao，Huang Peng-cheng，Wang Jia-yao AbstractCombined with the actual installation of long-span steel beams on the roof of the two single projects of the sharing center of a junior middle school,rain and rain operation and canteen in a city,and combined with the on-site plane deployment and the requirements of the overall construction progress,the overall arch camber and hoisting checking calculation of the steel beams are carried out.Therefore,the construction site has high requirements for the segmental butt installation,measurement and correction and welding quality of the steel beams.This paper presents a safe,reliable and time-saving integral hoisting method of long-span and large-section steel beam,and introduces the installation process and installation measures in detail,in order to provide reference for similar projects.Keywordslarge span；large cross section；highaltitude hoisting；segmented butt joint;integral hoisting收稿日期：20230525作者简介：孙建龙（1988)，男，浙江绍兴人，工程师，主要研究方向为装配式钢结构施工。工程技术建 筑 技 术 开 发 105Engineering and TechnologyBuilding Technology Development第50卷第8期2023年8月后再进行现场拼装，然后采用500 t汽车式起重机在跨外一次吊装就位。两种施工方案对比见表1。表1 施工方案对比施工方案吊装支架配合手拉葫芦进行吊装就位汽车式起重机跨外吊装法使用设备汽车式起重机、吊装支架、手拉葫芦500 t汽车式起重机施工周期/d307施工成本/元60 90080 000质量方面需待3层楼面混凝土浇筑成型且强度满足要求后方可进行操作地面进行焊接，然后整体吊装，无需对楼板进行浇筑后吊装安全方面需搭设大量的施工操作平台，存在一定风险安全可靠度较高综合对比工期长，施工质量不能保证，施工安全有保障工期短，施工质量、安全有保障因此，现场作业时要求吊装机械吊臂较长且能安全吊运，综合对工期、成本、质量及安全要求的情况下决定选用 500 t汽车式起重机进跨外吊装。4 施工方案的实施4.1 工艺流程现场大跨度钢梁安装流程如图1所示。外部施工环境现场杂物清理预起拱试吊施工准备钢梁拼装主钢梁吊装钢梁测量校正验收钢梁轴线测量测量放线梁底标高测量焊缝检测次梁、隅撑安装测量校正图1 大跨度钢梁现场安装流程4.2 施工准备对于共享中心、风雨操场和食堂钢梁跨度较大，最长约29 m，在钢梁1/2位置处分段运抵现场后拼装，其余钢梁及次梁单根整体运至现场。钢结构材料在进场时需见证取样检测，需符合验收规范及设计要求，检查构件在装卸、运输及现场堆放过程中有无损伤或变形，若有变形则应予以矫正。构件堆放场地应平整，且构件应堆放于地下室顶板外便于现场吊装的位置，每根构件底部应下垫枕木，由于本工程钢梁重心较高，为防止钢梁侧倾，在钢梁两侧间隔34 m设置防侧倾支护杆，使构件保持平稳放置。另外，在钢梁吊装前需对现场钢柱垂直度以及钢梁轴线进行测量复核，并准备好后续工序所需辅助设备及相应材料。4.3 钢梁拼装钢梁在吊装时应根据构件中心合理设置吊点，汽车式起重机在吊装时应考虑起吊角度、吊臂外伸长度、行走路线及吊装先后步骤等，另外应根据最大钢梁的重量、长度等参数选择钢丝绳的规格。4.3.1 钢梁焊接由于钢梁整体跨度达到29 m，根据相关规范及文献按照L/500（L为钢梁长度）进行大跨度钢梁预起拱，其预拱度则通过钢梁底部枕木进行微调至要求高度。钢梁现场焊接步骤如下。（1）钢梁吊装至枕木对接前需用全站仪定出其两端的边缘线并标上记号。（2）吊装钢梁进行初步对接时以边缘记号为基准，进行钢梁平面校正。（3）钢梁初步校核完成后，将标尺立于梁顶，利用汽车式起重机配合水准仪调整标高，按照起拱要求利用底部枕木高度相应增大或减小标高，调整完后支护好防侧倾支护杆。（4）待标高符合要求后，利用码板将钢梁点焊固定。然后进行拼接处焊缝施工，先焊接腹板、后焊接上下翼缘板，待焊接完毕后，需进行焊后复测工作。4.3.2 连接板安装由于本项目当中钢梁尺寸较大，腹板高度较大，导致连接钢梁与钢柱钢托座连接处的连接板质量较大。若按传统方法将连接板通过螺栓连接于腹板上，然后进行整体吊装的方法将对后续钢梁与钢托座对接造成较大影响，此外，连接钢梁与钢托座时需拧开螺栓，连接板质量较大，易造成连接板掉落的安全 风险。因此，为便于现场安装及安全考虑，本项目在钢梁连接处腹板上部与下部焊接两个合页将连接板固定于腹板上，当钢梁吊装至与钢柱钢托座水平方向平齐之后可将梁腹板两边合页打开，便于钢梁的精确定位以及后续的安装。4.3.3 吊耳设置考虑到钢梁是分段制作并运至现场拼装，其吊耳设置需结合现场施工工艺及吊装设备而定，因此，工厂制作时仅在分段钢梁两端设置方便卸货工程技术建 筑 技 术 开 发106 Engineering and TechnologyBuilding Technology Development第50卷第8期2023年8月的吊耳，钢梁吊装时需根据钢梁重心计算出吊耳设置位置，吊耳选用钢板Q345B材质，经计算吊耳设置于钢梁两端头L/4处，吊耳同钢梁之间的焊接采用坡口熔透焊接，并对吊耳截面抗剪和焊缝抗拉强度进行受力验算。（1）吊耳截面抗剪验算。=AnNf （1）式中：An为吊耳板的抗剪面积，即An=3 740 m2；N为作用于焊缝的拉力，N=300 kN，K为安全系数，取1.5。则：=80.2 N/mm2f=170 N/mm2，满足要求。（2）焊缝抗拉强度。f=helwN ffw （2）式中：f为沿焊缝长度方向的剪应力；N为作用于焊缝的拉力，N=300 kN，K为安全系数，取1.5；he为角焊缝计算厚度，对直角焊缝等于0.7倍焊角宽度，即he=14 mm；lw为角焊缝计算长度，对每条焊缝取实际长度减去2倍，即lw=L2 he=212 mm；ffw为角焊缝强度设计值，按三级焊缝质量等级，抗拉取200N/mm2；则f=50.5N/mm2200N/mm2，满足抗拉要求。4.4 钢梁吊装待钢梁现场拼接、吊耳焊接等工作完成后，需根据钢梁的重量进行计算验证吊装钢丝绳的直径大小以及安全性，随后安装好吊绳对钢梁进行试吊装、吊 装等。4.4.1 钢梁吊装钢丝绳计算根据现场吊装最大起重量来选择钢丝绳，钢梁最重约30 t，吊装时2根钢丝绳吊装，吊装时钢丝绳与构件的角度按600计算，即有17.3 t，即173 kN，且需满足以下要求：N 39 kN，因此选用 39的钢丝绳满足现场吊装要求。4.4.2 钢梁起吊、就位与固定待所有准备工作完成后，即可进行钢梁的试吊装，结合地下室顶板上部空间对大跨度钢梁安装施工需求，将钢梁提升到适当高度后停止吊装，观察吊点是否存在偏移，钢梁两端标高是否一致，钢丝绳是否处于正常吊装状态，确认安全后方可继续起吊，保证吊装工作顺利进行。另外，在钢梁正式吊装前还需测量相邻两钢柱钢托座间的净距离，并与钢梁长度进行较，观测其是否满足顺利安装要求，发现存在较大偏差的则需先进行处理再进行吊装作业。在钢梁吊装前需在钢梁两端挂好安装爬梯并设置好揽风绳，待钢梁提升至安装点附近时，通过钢梁两端的缆风绳对钢梁进行调节，使钢梁平稳就位且使钢梁两端坡口与柱钢托座处坡口对齐，然后利用冲钉穿孔作临时就位对中，钢梁两侧各穿入不少于1/3的普通螺栓进行临时加固，固定完毕后方可摘钩。钢梁临时固定后需对其标高、轴线、垂直度偏差进行校核，校核完毕后，将各节点的安装螺栓拧紧，要求节点处的连接板与构件紧贴为止，确保满足后续更换高强螺栓的安装质量要求，后续大跨度钢梁的安装均重复以上步骤，直至钢梁全部安装。待钢梁安装完成后，钢梁之间的次梁则通过塔式起重机进行吊装，并连接固定，以确保钢梁的整体性，直至钢梁全部施工完成。待整体钢结构安装完成后需对钢梁连接部位的质量，尤其是焊接质量、标高、垂直度进行检查并做好记录。5 结束语如今钢结构在建筑中的应用越来越广泛，但其构件质量通常较重，且在大型建筑体系当中存在大跨度的钢梁安装情况，常规吊装机械又难以完成吊装作业，施工难度及安全管理难度较大。因此，通过实际工程介绍大跨度大截面钢梁高空吊装的各项技术要点，并对主要施工阶段进行验算校核，制订出有针对性的安全控制措施，成功解决了现场大跨度钢梁吊装难的难题，并节约了工期和成本，可为以后同类工程项目提供一定的借鉴。参考文献1 梅超,金燕飞,卢京,等.大跨度变截面钢梁高空施工技术J.钢结构(中英文),2019,34(8):7881.2 王元清,石永久,陈宏,等.现代轻钢结构建筑及其在我国的应用J.建筑结构学报,2002(1):28.3 王家通,刘灿卿,熊杰,等.大跨度钢梁群复杂施工技术C/第二届全国智慧结构学术会议论文集,2016:242246.4 朱小林,殷兆敬,李伟.室内大跨度钢连桥简易滑移施工技术及现场安全管理J.建筑安全,2018,33(2):2630.5 刘军,朱宝红,李华,等.大跨度起拱钢梁施工技术研究C/2014中国钢结构行业大会论文集,2014:309312.