广东某超高层建筑的设备吊装施工技术

超高层建筑的设备吊装技术[摘要]广东*****综合楼楼层总高度为247m，共70层，其中地上64层。该大楼是广州市***高的超高层建筑，而本次设备吊装是广州市吊装高度最高的重型设备吊装项目。我司采用“两套桅杆三级吊装”的吊装方案一次性获得成功。本文详细论述了吊装方案及其技术措施，对其他超高层建筑的设备吊装也具有较高的参考价值。[关键词]超高层建筑设备吊装1工程概况广东*****综合楼位于广州市中山***路***号，楼层总高度为247m，共70层，其中地下6层，地上64层。首至9层为裙楼，10层至64层是塔楼，为高级写字楼。建成后将是广州市****高的超高层建筑。本次设备吊装是广州市吊装高度最高的吊装项目。该大楼主要有以下较设备需吊装至不同楼层：1.1柴油发电机组1台，外形尺寸（长×宽×高）为6005mm×2092mm×2459mm，单机重量为15305kg。要求吊装至标高为＋235.9m的64层发电机房就位安装。1.2离心式冷水机组2台，外形尺寸（长×宽×高）为4779mm×2108mm×2462mm，单机重量为13600kg。要求吊装至标高为＋175.4m的47层空调机房就位安装。1.3螺杆式冷水机组1台，外形尺寸（长×宽×高）为3536mm×1349mm×1816mm，单机重量为10950kg。要求吊装至标高为＋175.4m的47层空调机房就位安装。吊装时根据现场条件和起重运输设备配置情况进行选择考虑，吊装方法为桅杆吊装，即在59层和64层各设置一套无缝钢管结构的回转式起重桅杆，并利用4台专门定制的5t慢速卷扬机，作为设备吊运的起重装置，利用装置上的起重滑轮组和调幅滑轮组相互交替作用，将设备从大楼西南角墙外由地面悬空吊运到47层或64层楼层。2吊装前的准备工作2.1楼面加固根据采取的吊装方法及吊装过程必须首先校核，建筑物楼面在设备吊装时和水平运输时能否有足够的承载能力。如果楼面承载能力不够，则需要对楼面进行加固处理。楼面加固处理的方法如下：在相应次层楼楼面相应设备吊装点和水平运输通道相应的上，用φ114×5焊接钢管或镀锌钢管和槽钢设置加强顶桩（见图1），将上层楼面楼板承受的局部压力分散，增加楼面局部承载能力。图1楼面加固示意图2.2在59层楼面设备降落处，因女儿墙已浇制，故需安装一个钢结构斜滑行道，见图2。6000600012002500图2钢斜滑道示意图2.3设备吊装至楼面降落处、64层水平运输通道拐角处和64层发电机房入口处的女儿墙暂不要浇制，以降低设备吊装的难度。3吊装程序参照设备吊装示意图（图3），吊装主要程序如下：3.1清除吊装现场的障碍物，如有碍吊装部份的临时建筑物、外墙排栅、47层设备入口处安全网、设备吊装入口处部分钢筋等。3.2设置59层、64层起重桅杆、水平运输装置。3.3安装9层、59层、64层的次层楼顶加固设施。3.4设备移位至大楼西南角首层吊装点。3.5设备吊装至9层楼面。3.6安装防止设备吊装时旋转的控制装置(参见防止设备旋转装置示意图)。3.7三台冷水机组分别由9层楼面垂直吊装至47层楼面。3.8三台冷水机组分别水平运输至安装位置。3.9发电机组由9层楼面垂直吊装至59层楼面。3.10发电机组水平运输至下一次吊装位置。3.11发电机组由59层楼面垂直吊装至64层楼面。3.12发电机组由64层楼面水平运输至发电机房安装位置。3.13冷冻水泵、冷却水泵及空调控制柜由地面吊装至9层楼面。3.14冷冻水泵、冷却水泵及空调控制柜由9层吊装至47层楼面。3.15拆除设备运输底架，并将设备粗装在基础上。3.16设备精调。图3设备吊装示意图图3设备吊装示意图－1F－4.6m7F＋29.1m9F＋38.7m150t汽车吊人字回转式桅杆设备空调主机入口47F＋175.4m59F＋218.5m64F＋235.9m斜立双桅杆东向4吊装工艺4.1第一组人字回转式桅杆的设置4.1.1在标高218.5m的59层楼面的西南角（5－7×C－F轴）建筑女儿墙内如图4平面位置上，安装二个长1m宽0.6m的槽钢、钢板结构的平面构架作桅杆底座。同时在次层楼面相应于桅杆底座位置上，用10－12支114×5碳素钢管作加强顶桩，将59层楼楼板承受的局部压力转传分散，增加楼面局部受压强度。B向B向卷扬机卷扬机2700280060001600700A向图459F起重桅杆布置平面图缆风绳A向HA向H20×3D滑轮组15.5钢丝绳H20×3D滑轮组H20×3D滑轮组去卷扬机P缆风绳H15×2D滑轮组B向P立杆273×8主桅杆273×8C放大C向C向4.1.2在桅杆底座平面上的两端位置，安装一套用273×8钢管制作的12.4m高a=300的人字式桅杆作主桅杆，用17.5mm的四条钢丝绳作缆风绳在其后面相应的楼层二个砼柱上，把主桅杆固定成垂直状态。同时在桅杆底座平面主桅杆两腿前位置上，安装一套用273×8钢管制作的人字回转桅杆，回转桅杆两腿的位置上各安装一套旋转绞点装置，并将人字式主桅杆的腿部与之接合。在两桅杆顶部，用一套H20×3D－H20×3D调幅滑轮组联接起来，同时在回转桅杆顶部另一端装上另二套H20×3D－H15×2D滑轮组作起重滑轮组（绕绳方式如图5所示）。HH20×3D滑轮组H20×3D滑轮组调幅滑轮组绕绳示意图主吊滑轮组绕绳示意图H20×3D滑轮组H15×2D滑轮组设备图5滑轮组绕绳示意图4.1.3在桅杆底座设置回转桅杆系统的起重、调幅滑轮组的动力传导滑轮固定锚点。4.1.4在59层楼面安装四台牵引能力为5T的电动慢速卷扬机，通过设置在桅杆底座设置传导滑轮，将动力传到起重滑轮组。吊装冷水机组时，起重滑轮组的工作行程是从9层至47层的距离，所用的动力跑绳超过580m，而单台卷扬机的容绳量不足，故考虑使用二台5T卷扬机贯穿起重滑轮组，通过两台卷扬机交替工作，从而满足吊装需要。4.1.6吊装发电机组时，起重滑轮组的工作行程是从9层至59层的距离，所用的动力跑绳超过760m，如果二台卷扬机容绳量依然不足，考虑到这是本吊装工作的最后一台大型设备，可以逐段斩断动力跑绳来达到吊装目的。4.1.7调幅滑轮组动力跑绳达40m，故可使用一台5t卷扬机或使用二台5t手动葫芦交替工作。4.1.8为防止吊装过程中设备旋转或设备四周摆动，也为防止起吊滑轮组下放过程中钢丝绳旋转相互缠绕，在起重桅杆上设备防止旋转装置，见示意图6。钢丝绳钢丝绳φ13,引至9F楼面设备起吊点,并用手扳葫芦固定。碳素钢管φ114*5l=4500mm1500设备缆风绳图6防止设备旋转装置示意图4.2第二组斜立双桅杆设置图764F起重桅杆布置示意图45001400120050004000A向去卷扬机H20×2D滑轮组去手动葫芦H10×1D滑轮组H图764F起重桅杆布置示意图45001400120050004000A向去卷扬机H20×2D滑轮组去手动葫芦H10×1D滑轮组H10×2D滑轮组APH15×2D滑轮组在桅杆底座平面上的两端位置，安装一套用219×7钢管制作的6m高独立桅杆作主桅杆，用17.5mm的二条钢丝绳作缆风绳在其后面相应的楼层二个砼柱上，把主桅杆固定成垂直状态。同时在桅杆底座平面主桅杆两腿前位置上，安装一套用273×8钢管制作的回转桅杆，回转桅杆两腿的位置上各安装一套旋转绞点装置，并将主桅杆的腿部与之接合。在两桅杆顶部，用一套H10×2D－H10×1D调幅滑轮组联接起来，同时在回转桅杆顶部另一端装上另二套H20×2D－H15×2D滑轮组作起重滑轮组（绕绳方式见图8）。HH10×2D滑轮组H10×1D滑轮组调幅滑轮组绕绳示意图H20×2D滑轮组H15×2D滑轮组主吊滑轮组绕绳示意图设备图8滑轮组绕绳示意图4.2.3在桅杆底座设置回转桅杆系统的起重、调幅滑轮组的动力传导滑轮固定锚点。4.2.4利用59层楼面的二台5T电动慢速卷扬机，通过设置在动力传导通道口和在桅杆底座的传导滑轮，将动力传到二组起重滑轮组。4.2.5吊装发电机组时，起重滑轮组的工作行程是从59层至64层的距离，所用的动力跑绳达到100m，5T的卷扬机的牵引能力和容绳量均满足要求。4.2.6调幅滑轮组动力跑绳为5m，故可使用一台5t手动葫芦即可。5吊装过程5.1利用150t汽车吊将设备吊装到7楼，见示意图9。图9汽车吊吊装到7楼示意图5.2将回转桅杆调校在适当的吊运位置上，放下起重滑轮组至7层，并与选好吊点的设备用吊索具联接好。在检查确认一切装置处于正常，安全状态后，将设备吊离地成约10cm的高度，停止卷扬机的动作，进行20分钟的试吊检查。强检查确认整个吊装装置各受力点均符合安全后，再继续进行设备吊运。同时在吊运过程中，由专人专业人员不断对所有装置及吊运通道进行监视，确保安全运作。5.3将设备吊装到9层楼面，将设备摆正并准备垂直吊装。5.4当设备吊至接近59楼层墙高度时，停止起重滑轮组的动作，启动调幅滑轮组卷扬机或手动葫芦，使设备缓慢转移到女儿墙内，交放在水平运输轨道上随即解除作用在设备上的吊索具，完全交由水平运输装置进行滚杠运输就位。5.5发电机组吊装到59层并且平稳放置好之后，随即拆除临时设备斜滑道，然后准备利用设置在64层的第二套起重桅杆，将设备由59层吊装到64层。5.6一台设备吊装完毕后，起吊滑轮组放至首层的方法：利用防止设备旋转装置，在起吊滑轮组上悬挂重物后下放即可。利用同样的方法吊装下一台设备。6设备水平运输在楼层桅杆底座位置的正面空间至机房设备入口处的平面通道上，铺设木方与槽钢纵横相交的水平运输轨道，供设备抵达楼层后作水平滚杠移动（见图10）。同时在运输轨道相应的次层楼面设置加强顶桩。图10设备水平运输示意图图10设备水平运输示意图设备水平运输动力装置可采用卷扬机或手扳葫芦。7吊装过程受力分析计算7.1第一组人字回转式桅杆受立分析HrβHrβθαC59FLPPfPtr=15ｏQ＝15.305tH＝12.4mβ1＝45ｏL＝12.8mβ2＝75ｏC＝6.6m主桅杆按Φ273×8设计，G＝1.33t7.1.2受力分析计算载荷P＝（Q＋q）K1K2式中Q――设备重量tq――吊具重量，t（考虑到楼层高，钢丝绳长，按10％Q计算）。K1――动载系数；取K1＝1.1K2――超载系数，取K2＝1.1P＝（Q＋0.1Q）×1.1×1.1＝1.331Q＝1.331×15.305＝20.4t滑车组出绳端拉力S1＝P/m×K0式中，m--滑轮组数K0――荷载系数（按二个导向滑轮）。因使用二套滑轮组,每套滑轮组使用H20×3D和H15×2D，工作绳数每组为4股，经查表，得K0＝0.287则S1＝P/m×K0＝20.4/2×0.287＝2.93t起重跑绳采用Φ15.5钢丝绳(安全系数为5),采用5t卷扬机。7.1.3初始吊装状态,桅杆倾角（与水平夹角）为45ｏ（即β1＝45ｏ,θ＝67.5ｏ）PPtPf23006700P初始吊装时起重滑轮组上部每组吊具受力Pd＝((P/2)2+(2S1)2+2PS1sinβ)0.5＝((20.4/2)2+(2*2.93)2+2*20.4*2.93sin45ｏ)0.5＝14.93t初始吊装时变幅滑轮组受力计算如下：Pf*Lsinθ＝(P+G/2)*L*cosβ1Pf=(20.4+1.33/2)cos45ｏ/sin67.5ｏ＝16.3t计算主桅杆所受正压力除卷扬机牵引力外,其他荷载所附加在主桅杆上的正压力Pz1Pz1=(P+G)sinβ1+Pfcosθ=(20.4+1.33)sin45ｏｏ＝21.6t则,初始吊装状态时,主桅杆每条支腿所受正压力为Pz=Pz1/2cosr+2S1=21.6/2cos15ｏ+2*2.93=16.3t计算立杆所受正压力假设缆风绳与水平夹角α=15ｏ则缆风绳受力Pt=Pf.cos(θ－β1)/cosα=16.3*cos(67.5ｏ－45ｏ)/cos15ｏ=15.6t变幅滑轮组使用H20×4D和H20×3D，工作绳数每组为6股，经查表，得K0＝0.199，（按二个导向滑轮）。则变幅滑车组出绳端拉力S2＝Pf/m×K0＝16.3/1×0.199＝3.24t变幅跑绳采用Φ17.5钢丝绳(安全系数为5),采用5t卷扬机或5t手动葫芦。暂取立杆G=1t,则立杆所受正压力Pz2=Pf.sin(θ－β1)+S2+G+Ptsinα=16.3*sin(67.5ｏ－45ｏ)+3.24+1+15.6sin15ｏ=14.5t则,初始吊装状态时,立杆有滑轮组一侧单肢所受正压力为Pz=Pz2/cosr+S2=14.5/2cos15ｏ+3.24=10.24t7.1.4最终吊装状态,桅杆倾角（与水平夹角）为75ｏ（即β2＝75ｏ,θ＝82.5ｏ）当主桅杆与水平夹角约为75ｏ时,设备即可在水平牵引装置作用下吊装至59层楼面.PPtPf32006700P最终吊装状态时起重滑轮组上部每组吊具受力Pd＝((P/2)2+(2S1)2+2PS1sinβ2)0.5＝((20.4/2)2+(2*2.93)2+2*20.4*2.93sin75ｏ)0.5＝15.93t起重滑轮组选用20t满足受力要求.最终吊装时变幅滑轮组受力计算如下：Pf*Lsinθ＝(P+G/2)*L*cosβ1Pf=(20.4+1.33/2)cos75ｏ/sin82.5ｏ＝5.5t计算主桅杆所受正压力除卷扬机牵引力外,其他荷载所附加在主桅杆上的正压力Pz1Pz1=(P+G)sinβ2+Pfcosθ=(20.4+1.33)sin75ｏｏ＝21.7t则,最终吊装状态时,主桅杆每条支腿所受正压力为Pz=Pz1/2cosr+2S1=21.7/2cos15ｏ+2*2.93=16.34t计算立杆所受正压力假设缆风绳与水平夹角α=15ｏ则缆风绳受力Pt=Pf.cos(θ－β2)/cosα=5.5*cos(82.5ｏ－75ｏ)/cos15ｏ=5.65t则变幅滑车组出绳端拉力S2＝Pf/m×K0＝5.5/1×0.199＝1.1t则立杆所受正压力Pz22=Pf.sin(θ－β2)+S2+G+Ptsinα=5.5*sinn(82.55ｏ－75ｏ)+1..1+1+55.65siin15ｏ=4.288t则,最终吊装状态时,,立杆有滑轮轮组一侧单肢肢所受正压力力为Pz=Pz2/2coosr+S22=4.288/2coss15ｏ+1.1==3.17tt7.1.5校核验验算7.1.5.1主主桅杆单肢稳稳定性验算在设备备吊装过程中中，经上述受受力分析，主主桅杆单肢所所承受的最大大压力为PZ＝16.344t初选AA3号钢Φ273×8无缝钢管，截截面性质:（58.6kkg/m）截面积A＝66.6ccm2截面系数W=2700cm3惯性半径，i=99.34ccm计算长长细比λ＝1280/9.334＝137桅杆钢管管柱按偏受压压验算，取偏偏心值e＝200mm，偏心率ε＝eA/W=20*666.6/2270=4..93则查表表，并利用插插值法得该偏偏心压杆稳定定系数：Ψp＝0.1277稳定性验算σ＝PZ/(Ψp*A)＝16.334*1044/(0.127**66.6**100)＝193.22N/mm2＞〔σ〕=160N/mm2故需对主桅杆进行行加强。角钢钢管经验算,主桅杆中中部采用4支长6m的L90*990*8角钢加强即即可满足要求角钢钢管7.1.5.2立立杆单肢稳定定性验算在设备备吊装过程中中，经上述受受力分析，立立杆单肢所承承受的最大压压力为PZ＝10.244t初选AA3号钢Φ273*8无缝钢管，截截面性质:（58.6kkg/m）截面积A＝66.6ccm2截面系数W=2700cm3惯性半径，i=99.34ccm计算长长细比λ＝1280/7.55＝137桅杆钢管管柱按偏受压压验算，取偏偏心值e＝200mm，偏心率ε＝eA/W=20*666.6/2270=4..93则查表表，并利用插插值法得该偏偏心压杆稳定定系数：Ψp＝0.1277稳定性验算σ＝PZ/(Ψp*A)＝10.224*1044/(0.127**66.6**100)＝121.11N/mm2<〔σ〕=160N/mm2故主桅杆杆稳定性满足足要求.7.2第二组斜立立双桅杆受力力分析βθα59FLPβθα59FLPPfPtr=15ｏQQ＝15.3005tL＝6mβ1＝60ｏβ2＝70ｏ7.2.2受力分分析主桅杆暂按Φ2773*8制作,G=0..31t起重滑轮组布置按按上述图示.滑车组出绳端拉力力因使用用二套滑轮组组,每套滑轮组组使用H20×22D和H15×22D，工作绳数数每组为4股，经查表表，得K0＝0.31考虑到到双桅杆吊装装受力不平横横情况,取不平横系系数K=1.1176则S11＝P/m×K0K＝20.4//2*0.331*1.1176＝3.72tt起重跑跑绳采用Φ17.5钢丝绳(安全系数为5),采用5t卷扬机。7.2.3初始吊吊装状态,桅杆倾角（与与水平夹角）为60ｏ（即β1＝60ｏ,θ＝75ｏ）PPtPf64F18001200P初始吊装时起重滑滑轮组上部每每组吊具受力力Pd＝((KP/22)2+S12+2*(KKP/2)**S1sinβ)0.5＝((1.176**20.4//2)2+(3.772)2+2*(11.176**20.4//2)*3..72sinn60ｏ)0.5＝15.33t故上部选用20tt滑轮组满足足要求.初始吊装时变幅滑滑轮组受力计计算如下：Pf*Lsinθ＝((KP/2++G/2)**L*coosβ1Pf=(1.176**20.4//2+1.333/2)ccos60ｏｏ/sin775ｏ＝6.28tt计算主桅杆所受正正压力PzPz=(KP/2+GG)sinβ1+Pfcosθ+S1=((1.1766*20.44/2+1..33)siin60ｏ+6.288cos755ｏ+3.72＝16.022t计算立杆所受正压压力假设缆缆风绳与水平平夹角α=15ｏ，则缆风绳绳受力Pt=Pf.cos((θ－β1)/cosα=6.228*coss(75ｏ－60ｏ)/coss15ｏ=6.288t变幅滑轮轮组使用H10×22D和H10×11D，工作绳数数每组为3股，经查表表，得K0＝0.199，（按二个个导向滑轮）。则变幅幅滑车组出绳绳端拉力S2＝Pf/m×K0＝6.28//1×0.3375＝2.4t变幅跑跑绳采用Φ17.5钢丝绳(安全系数为7.7),采用5t手动葫芦。暂取立杆G=0..5t,则立杆所受受正压力Pz==Pf.sinn(θ－β1)+S2+G+Ptsinα=16.3*siin(75ｏｏ－60ｏ)+2..4+0.55+6.288sin155ｏ=6.155t7.2.4最终吊吊装状态,桅杆倾角（与与水平夹角）为70ｏ（即β2＝70ｏ,θ＝80ｏ）PtPf64F1200P根据据计算结果,当设备吊装装至64层楼层时,主桅杆与水水平最大夹角角约为70ｏ,即β2＝70PtPf64F1200P最终吊装状态时起起重滑轮组上上部每组吊具具受力Pd＝((KP/22)2+S12+2*(KKP/2)**S1sinβ2)0.5＝((1.176**20.4//2)2+3.7222+2*(11.176**20.4//2)3.772sin770ｏ)0.5＝15.55t起重滑轮组选用220t满足受力要要求.最终吊装时变幅滑滑轮组受力计计算如下：Pf*Lsinθ＝((KP/2++G/2)**L*COSSβ2Pf=(1.176**20.4//2+0.331/2)ccos70ｏｏ/sin880ｏ＝4.22tt计算主桅杆所受正正压力PzPz=(KP/2+GG)sinβ2+Pfcosθ+S1=((1.1766*20.44/2+0..31)siin70ｏ+4.222cos800ｏ+3.72＝16.022t计算立杆所受正压压力假设缆缆风绳与水平平夹角α=15ｏ,则缆风绳受受力Pt==Pf.cos(θ－β2)/cosα=4.222*coss(80ｏ－70ｏ)/coss15ｏ=4.3tt则变幅幅滑车组出绳绳端拉力S2＝Pf/m×K0＝4.22//1×0.3375＝1.6t则立杆所受正压力力Pz==Pf.sinn(θ－β2)+S2+G+Ptsinα=4.22*siin(80ｏｏ－70ｏ)+1..6+0.55+4.3ssin15ｏｏ=3.955t7.2.5校核验验算7.2.5.1主主桅杆单肢稳稳定性验算在设备备吊装过程中中，经上述受受力分析，主主桅杆单肢所所承受的最大大压力为PZ＝16.022t初选AA3号钢Φ273×8无缝钢管，截截面性质:（58.6kkg/m）截面积A＝66.6ccm2截面