大跨度桁架分段吊装施工工法

1、西部交通建设科技项目大跨度钢桁架分段吊装施工工法中铁建工集团有限公司北方分公司王亚录 杨占营1前言近年来，钢结构不仅在海洋工程、桥梁工程中得到了广泛应用，而且在工业及民用建筑 中的应用日益广泛， 钢结构在我国建筑结构中的应用也越来越多， 钢桁架结构是钢结构中的 重要一种。由于适应性比较强，近年来在大跨空间结构中得到了广泛应用。中铁建工集团有限公司北方公司积极开展科技创新，在钢桁架吊装施工技术上进行技术攻关。同时，总结形成了 “大跨度钢桁架分段吊装施工工法”。此工法应用于广州南车城市轨道车辆维修组装基地 1-1区钢结构工程，在保证结构质量和安全施工方面效果明显，取得 了良好的经济效益和社会效益。

2、2工法特点大跨度钢桁架分段吊装施工技术与其他吊装方法（高空散装法、整体滑移吊装等）具有施工简洁、方便、安全、工期短、工程质量容易保证，不需要搭设满堂钢脚手架，降低 施工费用等特点。钢桁架材料均在工厂内制作完成，拼装放在现场场地内制作，可保证尺寸精度要 求，节省工期和文明施工。3适用范围本工法适用于具有满足分段拼装要求的施工场地、满足大型吊车起吊要求等特点的工程整体吊装施工。4.工艺原理根据工程构件特点并结合现场实际情况（1-1区地面为架空板结构，架空板荷载及行车路线受到严格限制），同时根据以往类似施工总结的经验，采取每根主桁架采用地面分段 拼装，分段吊装。从东往西逐根递进进行吊装。5工艺流程及

3、操作要点施工工艺流程见图页脚内容1西部交通建设科技项目编制专项施工方案一零部件加工制作一现场拼装一吊点选择及绑扎方法确定一吊装一 连接操作要点CJ跨5-16线60m平面格构式屋架由于平面外稳定性较差，为了保证吊装过程中及安装就位后的桁架平面外稳定，现拟定采用胎架固定，分段吊装的方法进行安装，待空中对接口焊缝焊接完成、检测合格后，最后进行胎架卸载，并拆除胎架。胎架为四肢格构式胎架，按悬臂柱考虑，不设缆风绳。主肢截面14a,缀条L45x5,顶部横梁 H175x175x7.5x11,区格间距 1575mm ,底座为路基箱，规格为 6000mmx2000mmx200mm 。60m屋架分段及胎架安装位置

4、见下图:GJ-j.CJ-Jj.uJ-Ji .T-a)图0138m和36m屋架托架与60m屋架梁相比，平面外稳性相对较好，现拟定采用双机抬 定的方式进行吊装。页脚内容2西部交通建设科技项目吊装分析及胎架设计8由9-13线和13-1碳屋架托架吊装分析38m屋架托架的结本形式见图02, 36m屋架托架的结本形式见图03,均为平面格构式桁架，上弦、下弦截面为 H400 x400 x30 x20，腹杆截面为 H350 x250 x20 x20、H350 x250 x16x20、 H350 x200 x16x20、 H400 x400 x20 x20 。图0238m屋架托架吊装工况下的计算模型如下：图03

5、吊装工况下的变形及应力:页脚内容3西部交通建设科技项目图04变形（最大变形 4.7mm）图05应力比（最大应力比 0.257）结论：38m屋架托架的强度满足吊装要求。36m屋架托架的吊装形式同上，其杆件截面也完全与38m托架一致，且跨度稍小，据此推算该托架强度也可满足吊装要求。5.3.2 60m屋架支承胎架设计1、荷载取值1）风荷载根据荷载规范7.1.1计算主要承重结构风荷载标准值：基本风压按广州市10年一遇取:20 0.30KN /m o杆件风荷载体型系数s按荷载规范表7.3.1第31项取 s 1.3。风荷载计算按高度分段，风压高度变化系数z按荷载规范中表 7.2.1的B类地面取值。分段高度

6、（m）61218风压图度变化系数z1.001.061.21_z.z计算。考虑风振效应，风振系数z 1z按式根据荷载规范附录 E中E.1.1取：T1 0.013 18 0.234。220T10.30 0.2340.017 ,线性插值法取脉动增系数：1.54脉动影响系数根据荷载规范表 7.4.4-1取：v 0.776页脚内容4西部交通建设科技项目振型系数z根据荷载规范7.4.5规定，振型系数可根据相对高度z/H按附录F中表F.1.1确定。分段高度（m）61218相对高度（z/H）0.330.671振型系数z0.1670.5511根据上述参数，可计算不同高度处的风振系数高度H (m)脉动 增大系数脉

7、动 影响系数振型系数z高度变化系数z风振系数z 1zz61.540.7760.1671.001.20121.540.7760.5511.061.62181.540.77611.211.99结构风荷载标准值k计算结果如下表:高度H (m)风振系数z高度 变化系数z体型系数s基本风压0(KN/m2)kz s z 0(KN/m2)61.201.001.30.300.47121.621.061.30.300.67181.991.211.30.300.942）胎架的竖向支承载荷胎架除支承60m屋架自重带来的竖向荷载外，在卸载过程中，还需支承由千斤顶顶升3mm时带来的附加荷载。故利用有限元软件Midas采

8、用加强制位移的方法进行模拟计算，取1.0d+1.0L荷载组合下胎架支承部位的支座反力为胎架所承受的竖向荷载，计算结果如下:页脚内容5西部交通建设科技项目故：胎架支承的竖向荷载取80kN。Midas进行模拟计算结果如下：3）胎架顶部的侧向荷载胎架顶部的侧向荷载为 60m屋架所受的风荷载，同样利用有限元软件 计算，取风荷载分析工况下胎架支承部位的支座反力为胎架顶部的侧向荷载，故：胎架顶部最大侧向荷载为16.137kN,取16.5kNo5.3.3荷载组合1、1.35D+0.98L 2、 1.2D+1.4L3、1.0D+1.0L4、1.2D+1.4L+0.84WX5、1.2D+1.4L+0.84Wy6

9、、 1.0D+1.4WX页脚内容6西部交通建设科技项目7、1.0D+1.4WyD恒荷载（自重）；L活荷载（竖向荷载）；Wy一胎架风荷载+侧向荷载;Wx胎架风荷载；5.3.4胎架单肢稳定及缀条强度采用Midas计算计算模型竖向荷载（F=80kN）页脚内容7西部交通建设科技项目Y向风荷载页脚内容8西部交通建设科技项目肢应力比（最大0.426）缀条应力比（最大 0.311页脚内容9西部交通建设科技项目顶部梁应力比（最大 0.395）5.3.5胎架整体稳定性验算1、截面尺寸及截面特性柱肢截面为14a,缀条L45x5,交叉支撑，从底向上区格间距1400mm,顶部支撑梁截面 为 HW175x175x7.5

10、x11 材质均为 Q235B。槽钢14a截面特性：2A 18.5cm2 TOC o 1-5 h z 43_ 一Ix 564cmWx 80.5cm i 5.52cm HYPERLINK l bookmark16 o Current Document ，八 53.2cm4 W 13cm3 iy 1.7cm组合截面特性： HYPERLINK l bookmark20 o Current Document ._ _2A 4 18.5 74 cm页脚内容10西部交通建设科技项目x187256 ,742 98050.3039（按悬臂柱考虑，取2倍计算长度）187256503745.12cm3X轴：Ix 4

11、 564 502 18.5 187256cm450.30cm换算长细比:ox40怖M 40金42(GB50017-2003 5.1.3-5)b类截面，查表可得稳定系数：x 0.891Y轴:Iy 4 53.2 502 18.5185212.8cm4Iy185212.850.03cm742 98050.0340（按悬臂柱考虑，取2倍计算长度）185212.85033704.26cm3换算长细比:oy2 4味 J402 40 晨43(GB50017-2003 5.1.3-6)b类截面，查表可得稳定系数：y 0.8872、整体稳定性验算1）轴力：N 1.2 12 1.4 80 126.4KN2）迎风面

12、积：Ay 2 0.140 9.8 1.601 0.045 14 1.0 0.045 6 0.175 1.24 14.24m2Ax 2 0.058 9.8 1.680 0.045 14 1.0 0.045 6 0.140 1.0 1.0 2.61m2页脚内容11西部交通建设科技项目5）风荷载及侧向荷载产生的弯矩:My 2.12 (0.47 2.45 0.67 7.35) 12.88KN mMx 1.31 (0.47 2.45 0.67 7.35) 16.5 9.8 169.7KN m6)根据 GB50017 2003 5.2.6-1公式进行验算参数取值：mxmyI.0， tx ty 1.0Nex

13、2EA1.1 x3.142 2.06 105 74001.1 4227745.81KN)NEy2ea3.142 2.06 105 74001.1 4327389.73KN126.4Nex7745.810.016126.4NEy7389.730.017tyMyWy126.410331.0 169.7 1031.0 12.88 100.891 74 104 3745.12 10 61 0.891 0.0163704.26 10 6根据 GB50017-2003 5.2.5-1 公式得:mxMxxAWy1 上y NEy3126.4 1040.887 74 1031.0 169.7 1031.0 12

14、.88 103745.12 10 63704.26 1061 0.887 0.01768.10MPa 215MPa结论：胎架符合规范要求。5.3.6胎架底座抗倾覆（滑动）验算见下图，工况一：当胎架安装后，屋架未安装前绕 最不利工况，倾覆力矩主要是由沿X轴的风荷载引起,Y轴方向发生倾覆的可能性较大，为 倾覆力矩为：M1 My 2.12 (0.47 2.45 0.67 7.35)12.88KN m页脚内容1268.62MPa 215MPa根据 GB50017-2003 5.2.5-2公式得:txMxmyMy西部交通建设科技项目水平力：F12.12 (0.47 0.67) 2.42 KN抵抗力矩由胎

15、架（重约 1.2t）、路基箱（重约 3t）自重引起:M1(12 30) 1 42 KN m该工况下抵抗力矩大于倾覆力矩，故可不设缆风绳。路基箱底板与碎面之间的摩擦力：Fi （12 30） 0.4 16.8KNFi （路基箱底板与碎面间的摩擦系数根据GB50017-2003 8.4.13规定进行取值，下同）工况二：屋架安装后绕X轴方向发生倾覆的可能性较大,故不会滑动。为最不利工况，倾覆力矩主要是由沿Y轴的胎架风荷载和屋架风荷载（即：胎架侧向荷载）共同引起，倾覆力矩为:M2 Mx 1.31 (0.47 2.45 0.67 7.35) 16.5 9.8 169.7KN m水平力：F2 1.31 （0

16、.47 0.67） 16.5 17.99KN抵抗力矩由胎架（重约 1.2t）、路基箱（重约 3t）自重和竖向支撑荷载引起：M2（12 30） 3 80 3 366KN m该工况下抵抗力矩仍大于倾覆力矩，故也可不设缆风绳。路基箱底板与碎面之间的摩擦力：F2 （12 30 80） 0.4 48.8KNF2,故也不会滑动。5.3.7胎架支撑部位的楼板承载力校核对楼板而言，在4.3.5中工况二状态下，楼板负荷最大，则路基箱对楼板产生的面荷载 为：页脚内容1312 30 80(6 2) 2西部交通建设科技项目20.4 KN/m2 38 KN/m2 （设计院规定值）（处于安全考虑，路基箱对荷载的扩散作用按

17、半面积计）。5.3.8 60m屋架-中段吊装工况下对楼板产生的荷载由于硅结构原设计上未考虑在E-G轴线间设置吊机行走路线，所以现根据设计院提供的该区域的楼板面荷载 38kN/m 2能否满足吊装需求进行校核。荷载统计：50吨汽车吊自重 40.27t;路基板（6m x 2m x 0.2m） 4 块，3t/块，共计 12t;构件单重约8t ;吊装工况下，吊机每个支腿所支承的荷载为：40.27 12 8，一10 1.4 210.945KN （1.4为荷载不均匀系数）4为安全其见，取路基箱半面积计，则等效面荷载为：210.94535.16KN m238KN/m2,满足吊装需求。5.3.9C轴线9-13线

18、、13-1做屋面梁托架吊装工况下对楼板产生的荷载由于该区域屋面梁托架较重，故采用两台50t汽车吊进行双机抬吊，所以现根据设计院 提供的该区域的楼板面荷载43 kN/m 2能否满足吊装需求进行校核。荷载统计：50吨汽车吊自重 40.27t;路基板（6m x 2m x 0.2m） 4 块，3t/块，共计 12t;构件单重约32t;吊装工况下，吊机每个支腿所支承的荷载为：10 X40,27+12+16/4X 1.4=238.945kN （1.4为荷载不均匀系数，16t为半根屋面梁托架重 量）为安全其见，取路基箱半面积计，则等效面荷载为：238.945/6=39.83kN/m2 -1 regr iff

19、v&i 整ft 占矍稣 iWHXANec Ui zain nut ho西部交通建设科技项目,213to.jiaVon Mises stress由上图可知，吊具最大变形 0.55392mm ,最大等效应力为 269.342MPa345MPa (Q345B钢的屈服强度)，故认为该吊具可满足吊装要求。5.3.12吊机行走路线二71 一ZpT -J =-BJf r1:一1 L, i.! ! 卡fn.11 I.，】1一11 , j.，T -Esl-Fai 4=S1 -Fs- -Fan FlIIIIII上仔卜w _L 一 二-J1tlg -I- 4kF：-EELNin：ip，p gj1 :*11上-:1日

20、R:=!产 科.L:i:Lz -二kJihH口HIE-说明:hJ rm- !闻 io.1 i. H.1、CJ跨5-15线的屋架梁后度达到 60m ,平面外稳定性较差，采用在E轴、G轴设置临页脚内容18西部交通建设科技项目时胎架做支撑，分三段利用50t汽车吊进行吊装。2、C轴线9-13线、13-1裱的屋架梁托架，单根重量约32吨，吊装采用2台50t汽车吊进行双机抬吊，吊机彳T走路线同上图。50t汽车吊的使用工况及性能表如下：作业半径杆长额定起重“田：金人&用作业半径tir杆长X tn额定起重作业半径杆长招办1额定起重作业半径6杆长额定起重二作业半名0r杆长In r额定起重量一 工作内容C轴/91

21、3线、1317线的屋架梁托架50t汽车 吊作业半径（m）7杆长（m）24.6额定起重量（t）17.5理论起重局度（m）23.5835.3.13吊机工况及吊装示意图厂房柱为变截面的焊接H型钢屋面梁，最大吊装高度约16.125m,单件重量见下表所示:构件名称截面尺寸(t)JK跨屋架 梁H型变截面4.9CJ跨屋架 梁格构式屋架7BC跨屋架 梁H型变截面5AB跨屋架梁H型变截面4.5吊机工况及吊装示意图如下图所示:50t吊机自重40.27t,吊装柱子单根总重为 7t,路基箱自重约为 2t,总重约为49.27t,取路基箱面积约为12m2,故等效均布荷载约为41.5kN/m2 V 43kN/m2,故能满足

22、吊装要求。4.6屋面楝条吊装页脚内容19西部交通建设科技项目厂房屋面楝条为 Z280 x80 x20 x3的Z型钢，单重9.281kg/m,所以单根屋面楝条重约95kg。屋面楝条安装主要靠吊机进行吊装,局部位置吊机无法吊装到位的，采用人工利用滑子进行安装。屋面楝条安装示意图如下:TX自吊作业半径作业半径c.r杆长杆长以额定起重1 、 !额定起重1 作业半名：T杆 长In额定起重作业半名-T杆长y.r额定起重量.MUi作业半用占r杆 长%额定起重量F ,r, 吊机起重高度复核:吊 机名称作业半径R(mm)杆长L(mm)夹角0(度)(0R)=arccos)L理论 起重局度(m)(H=L x sin

23、 0 )实际 安装高度h(m)结论25t汽车吊200003100049.82223.6816.125Hh, 满足吊装 要求220003100044.79121.8416.125同上见上图，在利用吊机吊装楝条的过程中，吊机每钩挂3对钢丝绳，每次吊装 3根楝条,避免吊机重复起钩或落钩耽误时间。注：楝条吊装过程中最好按图的安装位置逐一安装或摆放楝条，禁止在同一位置摆放3根以上的楝条。墙架系统吊装利用25吨汽车吊站在厂外，沿厂房四周按序施工。该系统的构件多为300-500mm左右的H型钢，构件较轻，地面上施工，作业半径较小，所以施工相对简单， 在此不再赘述。6材料与设备页脚内容20西部交通建设科技项目

24、结合总装厂房的结构跨度、构件的外形尺寸及吊机的行走路线，选用2台50t汽车吊进行吊装柱、行车梁及大部分屋架梁吊装施工。其中吊机的性能及工作参数如下:页脚内容21西部交通建设科技项目主要技术参数T H M 乂 些 上*彳丁型二二卮重量JHRbDOKI基工誉StjE全+农“M14冷t范丁支盟羊归二力吗一 0t帝士三专力於q乏,不wi在动a优*三时X1F11 Rz M某工瞥iL配计iW3mn 6生看度人星外高度m42.1军多雷噂詈箜曷M.营原大越土宅段E: f iii他.3小号虑吊臂妾搏单算*诲13方4卜年KM里曼力Ki奥（由4世1F Pifln聚二6廷革者正守时力S-帅九言甘士，时=.s9回铸苴.

25、登F的 11li 安 GMMW?,步谭岳汨舞本隹找宣%加最一推杳克林m1岁1* * M h 用.显小濯咕同时m in第共二:弓爱用强族隹加明展底片如白萤工中此-34MOOrf 仃与对方F台h-Kzr40m和十？*氏量a jEW36JL AM前制a标，J博500启林由图JIE/期式切xjb U尺寸两外一尺中出一烹5,32土手纵七打房IT市僦90半伸4N支更嘴，跄齿E财工营愠flhipni.r.o一町国青代9.5 . 15；长骨工月030ft &生号ZLJSttIdD总征号.ZLMOM 3孝划二费发和;w三W-W掰量韵波看之力事k f . r r，T. r n n江厅要00炭刎大墙上一知1工前双一

26、飞归生产企业中；关至共页脚内容22西部交通建设科技项目额定起重量表曲Q. kg1 T作痔片1 与t 也(F主口鼻(s)圭11 %智！咐冲心口 军尤.立匐土小 网，首有忙业心. 0+9 务电 0-i-IA D1，11fi& B20ff工WOOD4000032 ODOac4b002lb0J;1000vxco784bo02DbO2iiUC1Q00|4 0da：7Q4.20019bo, 811- 1:1州jVXQ7430001)002 DOC1(100i U36000330C02VXQ21 BOO7235001屿口IAIY100011i嫌3200030co0.27300IBQOOQ腔的1&QC8WTO

27、.ft i U二手必1750025TCO1肛ifiCCT钝300017501goo(1,后2 BODO耍500第郎帕因01瓯口12400褥血nss_ 145cHru7 o23500230001 丁6 2G1 46g1网。8133001660门goo1 i22300“90021m1际014DCDI24D062：QOCiece125G750需心 1t9?CC1MCX)1r , Vnw11 日co60170USD1旧700Ko1 -.LV ：1000I43QOINIQQI09CK)sooo5g140011C0130CM广I 口I _ r120001 , ,112GOI0DMgoco561150用Q由

28、制5001 cI07X-1C3CO92009330S4死CiE5065C2。B2D0BOCO90OD970065007 gCO占2750460EXflsa3o若bOQ7150760068C01 3 KO54CO57500001 16 0SbbD4l&04bG04配1加口2&OD第CO司bCO37502 U240027403CC04 C19COTl662026 U1就lftO6 085013001*50 -on0%0IQbQ12 0下力? 7y 77 ?J TiIIO0Q5四M17 423 2J心12e专4431才由 150嗯工学内11 .J ! . L7质量控制7.1加强工程质量管理的措施1、

29、加强对施工人员的质量意识教育，进一步提高全体施工人员对质量第一 ”的认识。2、建立工程质量保证体系。落实各部门各级岗位责任制，落实国家的规范、规程、工 艺标准的贯彻执行，落实重点工程施工技术措施的制定，开展创优活动。3、加强对工程质量进行跟踪检评，实行工程质量奖罚办法。4、严格资料管理制度，每一道工序完成后及时办理隐蔽记录和验评表。5、建立质量控制点，抓住关键部位，预防质量通病发生，落实质量目标责任制。6、做好技术交底，做好质量检查和记录及评定。7、工程技术资料与施工进度同步，做到及时准确、真实、完整，杜绝漏项、错项、漏 签、评定错误出现，实行按分部分项会签审查，保证资料全面准确反映工程质量状

30、况。8安全措施施工现场必须选派具有丰富吊装经验的信号指挥人员、司索人员，作业人员施工前 必须检查身体，对患有不宜高空作业疾病的人员不得安排高空作业。作业人员必须持证上岗，吊装挂钩人员必须做到相对固定。吊索具的配备做到齐全、规范、 有效，使用前和使用过程页脚内容23西部交通建设科技项目中必须经检查合格方可使用。吊装作业时必须统一号令， 明确指挥，密切配合。构件吊装时，当构件脱离地面时，暂停起吊，全面检查吊索具、卡具等，确保各方面安全可靠后方能起吊。吊装的构件应尽可能在地面组装，做好组装平台并保证其强度，组装完的构件要采 取可靠的防倾倒措施。电焊、高强螺栓等连接工序的高空作业时，必须设临边防护及可

31、靠的安全措施。作业时必须系挂好安全带，穿防滑鞋，如需在构件上行走时则在构件上必须预先 挂设钢丝缆绳，且钢丝绳用花篮螺栓拉紧以确保安全。并在操作行走时将安全带扣挂于安全缆绳上。作业人员应从规定的通道和走道通行，不得在非规定通道攀爬。在主要施工部位、作业点、危险区、都必须挂有安全警示牌。夜间施工配备足够的 照明，电力线路必须由专业电工架设及管理，并按规定设红灯警示， 并装设自备电源的应急照明。吊装作业应划定危险区域，挂设明显安全标志，并将吊装作业区封闭，设专人加强 安全警戒，防止其他人员进入吊装危险区。吊装施工时要设专人定点收听天气预报，当风速达到15m/s （6级以上）时，吊装作业必须停止，并做

32、好台风雷雨天气前后的防范检查工作。9环保措施成立对应的施工环境卫生管理机构，在工程施工过程中严格遵守国家和地方政府下 发的有关环境保护的法律、法规和规章，加强对施工燃油、工程材料、设备、废水、生产生 活垃圾、弃渣的控制和治理，遵守有防火及废弃物处理的规章制度，做好交通环境疏导，充 分满足便民要求，认真接受城市交通管理，随时接受相关单位的监督检查。将施工场地和作业限制在工程建设允许的范围内，合理布置、规范围挡，做到标牌 清楚、齐全，各种标识醒目，施工场地整洁文明。对施工中可能影响到的各种公共设施制定可靠的防止损坏和移位的实施措施，加强 实施中的监测、应对和验证。同时，将相关方案和要求向全体施工人员详细交底。设立专用排浆沟、集浆坑，对废浆、污水进行集中，认真做好无害化处理，从根本 上防止施工废浆