某大型钢桁架吊装方案的计算与分析

纪 花，李九阳

（1.长春工程学院机电工程学院；2.土木工程学院，长春130012）

1 工程概况

该工程位于某市繁华地段，属于某工程项目组团中的钢结构部分，钢结构总工程量为315t，桁架及牛腿等钢构件均为工厂预制，采用50mm厚Q235DZ钢板制作，运至现场后吊装、组装。其中最大的构件是两榀钢桁架，分别位于①轴、Ⓐ轴上，单榀桁架重约95t，安装跨度28.2m，总共分成3段，长度分别为7.8m、12.6m、7.8m，桁架底标高20.87m，置于3根直径1.4m的钢筋混凝土柱上，下部空旷；桁架顶标高25.27m，施工完毕与主体部分连接形成穹顶，由于该桁架体积大、重量大、位置高，而施工场地又比较狭小，东面是主要街路，南面是胡同，后面相关建筑已先期做完，平面位置见图1，因此施工难度相当大。从桁架的卸车、吊装、拼接等每个环节都需要周密的考虑与细致的计算。下面对Ⓐ/①～⑤轴桁架从吊装的角度进行方案的分析与计算。

图1 平面位置图

2 吊装机具的选择

施工机具的选择是整个吊装方案的重点，机具选择适当与否决定了吊装的成败，根据构件及场地的现状，考虑到汽车式起重机的灵活、机动的特点，决定选用液压传动汽车式起重机，双机抬吊，吊装机型号的选择需满足以下几方面的因素。

2.1 构件吊装高度

构件吊装高度（H）＝吊钩及钢丝绳高度（H1＝3.0m）＋构件高度（H2）＋构件底至地面高度（H3）＋安装间隙（H4＝0.3m），即H＝H1＋H2＋H3＋H4＝3.0＋4.4＋20.87＋0.3＝28.57m。

2.2 吊装重量及起吊荷载

吊装重量（Q）＝吊钩及钢丝绳重量（Q1＝3t）＋最大构件重量（Q2）＋卡具及其他重量（Q3＝2t），即Q＝Q1＋Q2＋Q3＝3.0＋95＋2＝100t。根据现场情况，起重机只能在 Ⓐ轴两端站位，考虑到钢桁架的吊装采用焊接吊装环，吊装环焊接于桁架的上弦杆，为了避免桁架上弦杆节间受力引起受弯，吊装环的位置尚应考虑桁架的节点间距，吊点分别设在距构件重心10.1m、12.6m处，受力图见图2。

图2 受力图

Q＝100t，根据平衡，计算起吊荷载：P1×10.1＝（Q－P1）×12.6，P1＋P2＝Q，所以P1＝55.5t，P2＝44.5t。

2.3 起吊回转半径

根据构件重量、吊装高度及现场状况，对Ⓐ轴桁架的吊装采用2台QY16、QY34型汽车式起重机，双台整吊。其中在⑤轴处选用QY164型汽车式起重机，在①轴处选用QY164型汽车式起重机。为保证吊装安全，对每台吊车按性能参数乘以0.85的折减系数。⑤轴处QY16型起重机，根据起重机性能参数：回转半径7m，吊车出杆30.4m，吊装重量56t×0.85＞44.5t，①轴处 QY34型起重机，根据起重机性能参数：回转半径14m，吊车出杆34m，吊装重量70t×0.85＞55.5t。QY16、QY34型汽车式起重机部分性能参数见表1和2。

表1 QY16（160t）吊车性能参数

表2 QY34（340t）吊车性能参数

3 吊点受力计算

3.1 吊装点焊缝长度计算

吊装鼻子承受的最大荷载为55.5t，拟采用50mm厚Q345D钢板制作，一级全熔透侧面角焊缝，焊角尺寸hf＝10mm，焊缝强度fwf＝160N/mm2，则所需焊缝长度为考虑焊缝质量，为安全起见，取焊缝长度lw＝600mm。

3.2 吊装环截面尺寸确定

考虑吊装承受动力荷载，取动力荷载分项系数1.4，钢材强度设计值fy＝295N/mm2，所需吊装环截面面积为根据吊装要求，吊装环上需开直径为150mm的圆孔，根据钢板的构造要求，拟采用图3所示截面（钢板厚50mm），则吊装环孔削弱处上部净截面面积为：A净＝（400－150）×50＝12 500mm2＞2 634mm2，满足要求。在吊装时在吊装环两侧各焊接2块50mm厚400mm×300mm的加劲板，防止侧向倾覆。

图3 吊装环截面图

3.3 吊装绳子选择及卡环确定

起吊时，吊装绳夹角约为35°，根据上述计算，吊点承受的动力荷载为77t，选用50t双股吊装绳，每股吊装绳承受的拉力验算如下，满足要求，卡环选用63t卡环，也满足要求。

4 地面受力计算

采用汽车式起重机方便灵活，但其压脚承受较大的压力，必须采用牢固的地面，以避免侧翻、倾覆和不均匀沉降。下面就QY34型汽车式起重机做详细的计算，QY16型汽车式起重机与此计算方法相同，不再赘述。

4.1 QY34型汽车式起重机支脚竖向压力计算

QY34型汽车式起重机自重160t，吊装构件及索具等自重约为60t，根据汽车式起重机的外形尺寸、出杆长度、支脚纵、横向间距，按照满吊时不向前倾覆计算出前面2个支脚承受的压力，空吊时不向后倾计算出后面2个支脚承受的压力，后面2个支脚承受的压力大于前面2个支脚的压力，取后面2个支脚压力的1/2作为单个支脚的竖向压力，取值为82.5t。

4.2 支脚处地面验算

考虑汽车式起重机支脚压力较大，为防止地面沉陷，地面采用300mm厚钢筋混凝土硬化地面，硬化地面底部45°扩散角之内采用素土夯实，查得素填土的地基承载力标准值为fk＝115MPa，设计值f＝1.1fk＝1.1×115＝126.5MPa，则单个支脚竖向压力所需底面积6.85m2，为避免4个支脚不均匀沉降，将4个压脚基础连在一起，考虑受力，并考虑支脚纵向间距6.25m、横向间距6m以及场地条件，以站位圆心为对角线交点固化7×7＝49m2面积（起重机站位见图1），基础底板按构造要求配置φ12＠200的构造钢筋。

5 钢桁架的吊装

钢桁架在现场拼装成整体后，采用QY160和QY340汽车式起重机同时起吊，构件吊装前先复核构件及柱轴线尺寸，各项无误后开始起吊。根据上述分析起重机的性能和构件的重量，QY160起重机出杆30.4m，回转半径7m，吊装高度28.57m，QY340起重机出杆34m，回转半径14m，吊装高度28.57m。桁架吊装起来后，技术人员必须统一信号，保证2台起重机同时出杆，将构件移至安装位置，与Ⓐ轴线重合，然后垂直水平上升，直至安装高度，并在构件两端栓好缆绳，为了便于安装定位，采用螺栓连接与焊接相结合的方法，将桁架对接就位后，先采用高强螺栓将桁架临时固定，然后将桁架上下翼缘焊接，焊好后再将高强螺栓拆除。为保证安全与防风，钢桁架安装前，在高空连接处底部和内侧搭设脚手架，（脚手架的搭设与其他构件相同），底部脚手架的高度比桁架底部低1m，四周采用脚手架设置护栏，并用密网围好。焊接时，采用多层多道焊接方法减少焊接残余应力，减小变形，构件焊接完毕，吊车松钩，吊装完毕。

6 结语

施工方案是工程施工的依据，科学、准确的设计、计算施工方案是施工安全的重要保证，任何一个环节的疏漏都有可能造成工程事故。本文仅从桁架吊装的吊点设计、压脚地面基础的计算等几个方面分析了大型钢桁架的吊装施工中应注意的问题，对工程施工具有一定的意义。

［1］GB 50205—2009，钢结构工程施工质量验收规范［S］.

［2］卢循.建筑施工技术［M］.上海：同济大学出版社，2002.