大跨度钢桁架整体吊装技术

【摘要】某电厂输煤系统9号栈桥与主厂房连接的最后两跨钢桁架（跨度分别为36m、24m），安装高度高，施工场地狭小，且受4#炉安装影响，栈桥绝对吊装工期短，仅为3d，考虑以上因素采取整体吊装技术。本文就此次整体吊装方案及相关受力计算进行总结，为类似工程提供借签。 【关键词】24m、36m跨钢桁架栈桥；CAD模拟场景；整体吊装

某电厂二期2×300MW机组工程地处闹市区，工程建设用地紧张，总平面布置紧凑，施工场地狭小。我公司施工的9号栈桥位于扩建端道路东侧，路西侧布置有湖南火电安装公司的受热面组合场及设备堆场，垂直于9号栈桥方向布置有一台DBQ4000塔式起重机，（见图1）。受场地及4#锅炉安装的制约，业主要求9号栈桥最后两跨（36m跨、24m跨）钢桁架必须在2003年4月16-18日完成，为达此目标，项目部决定借用湖南火电安装公司DBQ4000塔式起重机对钢桁架用一天时间实施整体起吊，剩余两天时间用来吊装桥面板及檩条。

汽 机 9#栈桥36m跨钢桁架连接主厂房D线与钢支架柱ZJ-3，24m跨钢桁架连接ZJ-3及ZJ-2，支座标高分别为37.7m（主厂房D线）、27.7m（ZJ-3）、21.5m（ZJ-2）。其中36m跨桁架总重43.2t，最大断面尺寸8500mm×4225mm，24m跨桁架总重27.5t。

如何将这体型巨大的空间几何体在施工场地相对狭窄的情况下安装就位，除了合理的组织，精准的现场预演是其成功就位的必要条件，为此，我们收集现场及设备数据并借助CAD绘图等软件来实现模拟场景。

第一步：选择合适的下弦节点作起吊点，通过CAD三维制图，在满足吊索与吊钩垂线间夹角小于30°、吊点与桁架重心在同一铅锤线的情况下，截取起吊点的相对高度（相对于低处的支座），并依此计算出起吊就位时吊点的最小要求高度，用这个数据来确定起重机的理想工况，同时直接在三维图上量取吊索的长度，为保证起吊时桁架两支座处的高差，采用不等长的两根钢丝绳，同一根绳栓在桁架同一水平标高的两吊点上进行吊装。

第二步：通过起重机的最佳工况的工作幅，并结合现场实际情况用CAD制图来确定整体拼装场的位置。 1 钢桁架吊装的相关计算

为简化计算，24m跨桁架吊装其吊具、吊点间距离、吊环均同36m跨。现就36m跨整体吊装相关计算分述如下：

沿江路房除氧间煤仓间DBQ4000塔吊4#锅炉房9#输煤栈桥除大块室干煤棚厕所8#栈桥翻车机室N湖南火电3#、4#机受热面组合场输煤综合楼7#转运站6#栈桥经理部现场办1#通廊湖南火电项目部6#转运站0#转运站图1. 株电二期输煤系统平面布置图 沿江路1.1吊点的选取

吊点选在36m跨桁架下弦节点板上，距支座处各9m，即吊点的距离为18m（斜长）。吊点处大样参见图4所示。

1.2钢丝绳长度及吊点高度的确定

钢丝绳长度选取：依据吊钩要与构件重心在同一垂线，垂线与钢丝绳间夹角小于30°原则，按1：1比例精确绘制三维图，然后图上量取尺寸，结果如图2所示：（图2为三维图的正视图）

图2.钢丝绳长度、吊点高度示意图

钢丝绳为每两吊点一根，短绳净长为17.56×2=35.12m，长绳净长为21.73×2=43.46M，（这样比两根同等长度的钢丝绳更能避免钢丝绳在吊钩上滑动）以上均未计两端穿钢丝绳长度。采用长短绳吊装更能保证桁架吊装时的空间稳定性。 1.3钢丝绳拉力计算

图3为1：1比例绘制的钢丝绳吊索空间模拟图，图中数据均为计算机自动量取。

桁架形心线 较长的钢丝绳

8 图3.钢丝绳内力计算示意图

其中1-3-4面为三棱锥1-2-4-8的中垂面，1-5-6为三棱锥1-5-7-9的中垂面。 1-2线长度：17557mm；1-4线长度：14752mm； 2-3线长度：4250mm；3-4线长度：8517mm； 1-7线长度：21728mm；1-5线长度：19470mm；

6-7线长度：4250mm；5-6线长度：8658mm。

计算较长钢丝绳及较短钢丝绳在吊装时受拉力：设长绳为Q2，短绳为Q1，则根据空间力系平衡方程可得两联立方程如下：

14752Q1/17557+19470Q2/21728=21.6t(桁架重量的一半)；

8517Q1/17557=8658Q2/21728 Q1=11190×9.8 =109662N

Q2=13620×9.8 =133476N取大值进行计算。

1 较短的钢丝绳 7 2 3 4 5 6 9 1.4钢丝绳及卸扣选取

以下计算均依据《建筑施工计算手册》。

（1）卸扣（卡环）选用：按卡环容许荷载近似计算式：［Fk］=(35～40)d2 式中：［Fk］—卡环容许荷载，取值为133.5kN；

d—卡环直径）； 35～40—公式系数，取37.5

可得d2=［Fk］/37.5=133476/37.5=3559mm2,

d≈59.5mm。

选用16.0号码卸扣，其d值为65mm，使用负荷为165kN＞133.5kN，能满足要求。 （2）钢丝绳直径选择的公式：

Fg=K×［Fg］/α=7×133.5/0.82=1139.6KN

式中：［Fg］—钢丝绳容许拉力，取值为133.5kN；

Fg—钢丝绳的破断拉力总和；

α—钢丝绳间荷载不均匀系数，取值为0.82；

K—钢丝绳使用安全系数取值为7。

计算得Fg=1139.6KN，查《五金手册》选用6×37类圆股光面钢丝绳，公称直径为39mm，工程抗拉强度为2000N/mm，破断拉力总和为1225kN。 1.5吊点的相关计算

吊点相关数据参见图4。

图4.节点板吊点处加固示意图

计算均依据《建筑施工计算手册》，因是整体吊装，除上弦外有个别檩条不能安装外（与钢丝绳相碰撞，通过绘制三维图可得具体相碰的构件），其余构件均已组成型，且吊点离支座越近，其内力越接近设计受荷状态。故桁架整体稳定性在此处可略去不算。拟定卡环孔孔径为70mm，节点板靠吊钩侧设两块（80～150×298×20）的加劲肋，以增强节点板侧向刚度。以下就卡环孔局部承压及抗剪承载力验算如下：

（1）抗剪承载力验算

T=(Q×K)/S

式中：T—剪应力；

Q—吊点处钢丝绳拉力较大者，取值为=133476N； K—动力系数取1.5； S—抗剪切面积

T=(133476×1.5)/（18×(98-35+20)+25×2×(98-35))=43.1N/mm

远小于抗剪强度设计值fv=125N/mm2，安全。 （2）卡环孔局部承压验算：

δcd=(K×Q) / 2(bi×Σdi)≤［δcd］

式中：δcd—卡环孔壁局部压应力；

2

2

K—动力系数取1.5；

Q—吊点处钢丝绳拉力较大者，取值为=133476N； K—动力系数取1.5； S—抗剪切面积；

Bi—卡环孔宽,等于卡环直径为65mm；

Σdi—孔壁钢板总厚度；

［δcd］—钢材局部承压强度容许应力，取0.9fc。

δcd =(1.5×133476) / (63×65)=48.9N/mm

2

［δcd］=215×0.9=193.5N /mm，

δcd＜［δcd］，安全。

1.5 腹杆及节点内力验算：

由于吊点位于节点板处，故根据桁架理论，节点处受荷，零杆受力仍为零，可知零杆不用加强，吊点处各杆件根据桁架内力图分别为871.0KN及- 660.9KN，而吊点本身拉应力仅为124KN，远小于设计内力，故腹杆

在该状态下稳定，无需加强。节点板处受力复杂，这里仅能作估算，已知角焊缝高为16mm，焊缝总长为870×2=1740mm，角焊缝强度设计值160N/MM2,则承载力为160×0.7×1740×16=3118KN,节点处吊装荷载124KN与之比较，相距太大，故可认为焊缝强度满足要求。 1.6 钢桁架吊装模拟图见图5：

图5.钢桁架吊装模拟图

2 钢桁架拼装及吊装条件的确定

根据湖南火电DBQ4000塔式起重机的起重性能见表1，我们选用如下工况：吊臂组合模式为主臂57.2+副臂42m，工作幅30m，工作状态下最大起重量为72.4t，起吊高度为125m，满足36m钢桁架起吊要求（桁架重43.2t，起吊高度52.23m）。

表1 DBQ4000塔机起重性能表

起吊高度（m）

125

工作幅（m）

30

起重量（t）

72.4

2

我们对现场条件进行了实地勘察，丈量了湖南火电的塔式起重机轨道实际位置及长度，确定了36m及24m钢桁架的拼装场地的位置，具体如图6示。

图6.钢桁架拼装及吊装平面布置图

因为DBQ-4000型塔机最小工作幅度为23m，且我们选定工作幅为30m，现有的轨道长度不能满足吊装要求，塔式起重机轨道需接长，接长尺寸为30+9.8（吊车回旋中心至车轮最外边距离）+2（富余长度）—24（已有轨道至9#栈桥中心线的距离）=17.8m，实际接长18m。 3 钢桁架拼装及吊装

3.1 桁架拼装前的准备工作：

（1）根据图纸及作业指导书提出材料计划及配套吊装工器具。

（2）先用50t吊车进行24m、36m跨单片拼装，然后再去进行整体拼装。 （3）制作的半成品在运输过程中不应有的变形要及时校正。

（4）在地面上搭设拼装台，平台用枕木铺平。把编好号的构件按顺序组装成型。组装时采用一台50T汽车吊辅助拼装，由于桁架的稳定性差，翻边时起吊要在上弦用钢管加固。组装好的桁架，应依据《钢结构工程质量检验评定标准》检查钢结构外形尺寸并在构件上划出水平及垂直轴线基准线。 3.2钢桁架吊装

（1）钢结构吊装前，对支架柱及主厂房的定位轴线、标高、地脚螺栓等进行检查。 （2）桁架吊装时，四角牵直径20mm白棕绳，以控制构件在空中转动及就位。

（3）塔吊在整个吊装过程中，为保证吊装安全及吊装工作效率，只能沿轨道平移，不能改变臂杆的角度。 （4）36m桁架吊装时先将构件在低空时大致定位，然后垂直升高至就位标高，再精确定位，以免构件失控。

（5）桁架端部与主厂房合拢处支座的连接，因主厂房处支座为滚动支座，在吊装过程中为了保证安全和桁架稳定性，在桁架与支座就位时。及时焊上加固角钢（焊在楼板埋件与钢构间），以防止滑动错位。 4 结语

通过CAD三维模拟图形，在钢丝绳受力及钢丝绳长度计算中省去了繁杂的手工计算工作量，吊机工况及作业环境能得到较好的模拟。由于精心准备与组织，本次吊装取得了的效果，仅用一个台班就将两榀桁架

4.5m18m接长的18米轨道N36M跨整组火安组合场合场R30m24M跨整组合场煤 仓 间除 氧 间汽 机 间R30m4# 锅 炉DBQ4000塔式起重机6m24mZJ-3R30m炉后区道路ZJ-2吊装就位，而后用了两天时间吊装预制桥面板，满足了业主对工期的要求，向业主和其它参建单位展示了我公司的实力，也为同类型大跨度空间构件整体吊装积累经验和提供参考。

（2012sgsjszx@163.com）