高层建筑转换层钢桁架组合吊装技术

1巨型框架结构转换层钢桁架组合吊装技术[摘要]本文根据南京市电信局鼓楼多媒体通讯大楼工程的的施工实践，介绍了在巨型框架结构施工中应用塔吊-龙门吊组合吊装技术高空安装大跨钢桁架的施工方法，着重阐述了二次吊装就位法的原理、施工工艺及相应的技术措施。实施结果表明,组合吊装技术应用于高层结构转换层钢桁架吊装，经济合理，安全可靠。[关键词]钢桁架龙门吊组合吊装楼面平移楼面起吊空中平移南京电信局鼓楼多媒体通讯楼，主楼地下2层，地上30层，总高度149.5m，建筑面积40770m2。该工程由南京市建筑设计研究院设计，南通市第六建筑安装工程有限公司施工，江苏建科建设监理有限公司监理。图1转换层结构平面图图2主楼立面及钢桁架吊装示意图本工程为巨型框架结构，以角部的四个筒体作为巨型框架柱，以设在第6、13和20层的三个结构转换层作为巨型框架梁。筒体为劲钢混凝土结构，每个筒体的四角配置了钢骨柱。转换层的结构形式为劲钢混凝土桁架，每个转换层有8榀桁架，其安装标高分别为30.35m、62.85m、95.35m。主楼转换层平面布置见图1，主楼立面见图2。21结构钢桁架吊装的特点及难点按照设计要求，转换层钢桁架须在工厂整体制作，运至现场整体吊装，就位后与焊接在钢骨柱上的端部杆件采用螺栓连接，见图3。经分析,本工程转换层结构钢桁架吊装有下列特点及难点：（1）安装标高高．，最高处为95.35m；（2）构件尺寸大．，最大尺寸为:15.4m（长）×5.5m（高）；（3）构件重量重．，最重达21.9t；（4）安装精．度高，钢桁架两端均采用高强精制螺栓连接，每榀钢桁架有256个螺栓；（5）楼层施工作业面和周围施工场地狭小．，周边只有5～10m的空地；（6）吊装任务量少．，仅有24榀钢桁架，且分布于第6、13和20三个楼层，需间断施工。2吊装方案的确定在确定吊装方案时，曾先后考虑了下列两种方案：（1）一次吊装就位法采用塔吊将钢桁架一次吊装就位，有单机吊装和双机抬吊两种方案，按此方案需分别投入一台560t•m或2台250t•m塔吊。这种方案技术上是可行的，但从经济上分析，不仅塔吊台班费用过高，而且塔吊的起重能力还不能得到充分利用(因为对于转换层以外的土建施工而言,布置一台125t•m的塔吊即可满足施工要求),显然是很不经济的。（2）二次吊装就位法先利用塔吊将钢桁架从地面吊运到楼面上，再通过其它吊装方法把钢桁架吊装就位。二次吊装的可选方法有桅杆吊、拔杆吊、龙门吊等，经过分析比较，只有龙门吊是最安全可靠和经济合理的。通过深入分析该工程的结构特点、施工条件、现场环境及工期要求等因素,并经过反复研究，最终确定了塔吊—龙门吊组合吊装方案。其方法是选用一台加强型H3/36B附着式塔吊作主要的垂直运输机械，将钢桁架从地面吊运到转换层下面一层的楼面上,再在楼面上进行平移，将钢桁架移位到龙门架下方，最后用龙门吊将钢桁架二次吊装就位。3龙门吊的设计3.1龙门架利用筒体内的结构钢柱作为门架柱，专门制作工具式钢梁搁置于钢柱上作为龙门架横梁，见图3。钢柱高10.7m，在钢柱的5m和9.5m处纵横向均有相连，钢柱横截面见图4。3图3龙门吊及吊装示意图图4钢骨柱横截面图（1）工具式钢梁的设计考虑到工具式钢梁除承受竖向荷载外还承受水平荷载，自身要能保持稳定，且结构钢桁架还需在其上进行横向移动，因此设计为格构式矩形钢梁。工具式钢梁高度为1200mm，宽度为650mm，节间距为1350mm。该钢梁为空间桁架，内力分析计算比较复杂，为了力求计算准确，使用SAP2000程序进行电算，经计算上弦杆最大压力为375KN，下弦杆最大拉力为351KN，腹杆的最大压力为155KN。根据内力计算结果，弦杆均选用∟125×10，侧面斜腹杆两端选用∟75×8，跨中选用∟75×5，顶面和底面斜腹杆选用∟60×6。（2）构造措施a）拼接构造工具式钢梁跨度分别为：18.4m和13.7m，为节约起见，长跨和短跨的两榀工具式钢梁统筹考虑，只制作一榀，将钢梁设计成可拆装的三个单元节，见图3，三节拼装起来成为长跨的钢梁，抽去中间一节，其余两节拼接后即成为短跨的钢梁，单元节组拼采用弦杆对接并用螺栓连接。b）端承处的连接构造工具式钢梁偏轴线搁置，即端部400mm宽直接支承于钢柱上，另250mm宽支承于钢柱外侧，用一根短支柱支撑。短支柱用φ150×6钢管制成，下端搁置于钢柱外侧的钢梁上。工具式钢梁与钢柱的连接方法是：在钢柱顶面加设顶板，顶板下焊加劲肋，肋板与钢柱十字腹板螺栓连接，工具式桁架两端支承于结构钢柱顶板上，并用螺栓与钢柱顶板连接，与钢柱形成铰接。3.2起重系统起重设备选用2只20T手拉葫芦（HSZ20型），相对于电动葫芦和卷扬机滑轮组，虽然提升速度稍慢，但是减轻了工具式钢梁的荷载，减少了提升过程中的振动，且精确就位时微调十分方便。横向行车由小横梁及一对滚轮和丝杆旋转装置组成，滚轮支承于小横梁上，人工转动丝4杆向前顶推滚轮轴，即可使行车在小横梁上行走，实现钢桁架的空中平移。4吊装施工工艺4.1吊装顺序和吊装工艺流程(1)吊装顺序每个转换层8榀钢桁架的吊装顺序如图1所示,按1#-8#顺序安装。(2)吊装工艺流程钢梁：加工制作→拆装组拼→吊运就位→安装固定钢桁架：地面起吊→楼面平移→楼面翻身→垂直提升→空中平移→确精就位铺设平移装置螺栓连接4.2吊装方法结构钢桁架吊装就位过程包括3道工序：地面起吊、楼面平移和楼面起吊。（1）地面起吊塔吊布置于主楼北侧，见图1和图2。用塔吊将平卧状态的钢桁架从地面起吊（行走小车的回转半径位于12.0m以内），，垂直提升并吊运至转换层下面一层的操作层楼面，卧放于楼面平移装置上。（2）楼面平移转换层的下一层为大空间，正可用于平移结构钢桁架。结构钢桁架平放在平移装置上，见图5。采用撬杠推动，依靠钢管滚动使其向前移位，平移路线见图6。待钢桁架上弦平移至龙门架正下方位置后，进行纵向调整，使钢桁架位置对应于安装纵坐标位置，调整方法为用3.2T手拉葫芦牵引钢桁架，使钢桁架在钢管上滑移。图5钢桁架楼面平移示意图图6钢桁架楼面平移路线图（3）楼面起吊从楼面起吊至就位安装，要完成3个作业步骤：楼面翻身、垂直提升、空中平移。5楼面翻身：在结构钢桁架的上弦上两点绑扎，依靠悬挂在工具式钢梁上的2个20T手拉葫芦，吊起钢桁架上弦慢慢上升，同时用撬杠推动钢桁架下弦往前移动，逐步使结构钢桁架翻身至竖直状态。垂直提升：待钢桁架直立后，继续拉动手拉葫芦将其吊离楼面，逐步提升直到安装标高为止（垂直提升4.5m）。由于腹杆与弦杆的接头位置要错开，结构钢桁架两端斜腹杆相对于弦杆接头位置向外伸出约0.7m（见图2和图7），在垂直提升结构钢桁架时，为避让预焊于柱侧的下弦杆端头，就必须将其偏出安装轴线平面外。空中平移：利用丝杆顶推小行车滑行，带动结构钢桁架在空中横向水平移动250mm（见图7），横向插入并精确就位，与预焊于柱侧的弦杆和腹杆端头对接。图7钢桁架平移俯视图5技术措施5.1确保操作楼层结构承载力的措施（1）吊装操作楼层下的模板支撑，立杆间距800，横杆步距1500，下面保留二层支撑，在钢桁架安装结束后方可拆除。（2）安装钢桁架时操作楼层砼强度达到C25以上，其下层结构砼强度达到100%。为此在浇筑操作楼层砼时掺用早强剂，以提高其早期强度。5.2确保工具式钢梁安全可靠的措施（1）正式吊装前，对工具式钢梁进行了结构性能试验，以验证程序计算的准确性。经试验，工具式钢梁的承载力和挠度均满足设计要求。（2）工具式钢梁单元节组拼后，专人认真检查组拼质量，主要是弦杆对接轴线偏移、螺母扭紧力矩。（3）结构钢桁架翻身时，下弦前移与上弦提升动作协调，使吊钩上的钢丝绳基本保持竖直，不得斜吊，防止工具式钢梁承受过大的侧向水平力。（4）在钢桁架即将吊离楼面时刻，先调整好钢桁架下弦位置，使钢桁架呈基本竖直状态，然后缓缓起吊，将钢桁架吊离楼面，同时拉紧系在下弦上的溜绳，以防钢桁架在吊离楼面时刻出现较大的侧向摆动。6（5）结构钢桁架吊离楼面后缓慢平稳提升，上升速度控制在180mm/min以内，且两个吊点保持同步上升。5.3确保结构钢柱不受变形影响的措施（1）工具式钢梁与结构钢柱仅作铰接连接，使钢柱只承受竖向轴压力。（2）龙门吊起吊结构钢桁架时，在钢柱顶端纵向锚拉钢丝绳，并用手拉葫芦调节，以保持钢柱始终处于垂直状态。6施工效益及体会本工程采用二次吊装就位法，成功解决了重达21.9t长达15.4m的转换层钢桁架在95.35m高空整体吊装的技术难题，并取得了显著的技术经济效益：①投入少成本低，节约施工成本60多万元；②操作简便快捷，吊装速度快，安装一榀钢桁架仅需1～2h；③作业环境安全，吊装十分顺利。综观本工程转换层钢桁架吊装过程，其特点在于：灵活运用并改进传统吊装工艺，科学制定了二次就位的吊装方案，充分利用转换层下的大空间进行结构钢桁架的楼面平移，巧妙利用结构钢柱作为龙门吊承重柱，合理设计了工具式钢梁及行车装置。实现了利用已安装好的钢结构吊装钢桁架的构想，它类似于塔吊的自升过程。实践证明，塔吊—龙门吊组合吊装技术，技术先进，经济合理、安全可靠、方便快捷，对于类似的大型钢结构吊装工程非常适用。