王慶鑫

（廣東省建筑工程集團(tuán)有限公司 廣州510600）

1 工程概況

某生產(chǎn)科研綜合基地總建筑面積134 174.5 m2，地下2層，地上4～6層，其中地下室建筑面積40 952 m2，設(shè)計(jì)為人防地下室、地下車庫(kù)及設(shè)備用房等；地上建筑面積93 222.05 m2，包含4個(gè)建筑單體，設(shè)計(jì)為辦公、科研用房；單體之間采用鋼結(jié)構(gòu)連廊連接，均為3 層；鋼連廊設(shè)置于兩側(cè)建筑單體的3～5 層，梁面結(jié)構(gòu)標(biāo)高分別為9.550 m、14.650～14.350 m、18.300 m，層高分別為3.95 m、4.80 m，寬度5.52 m。鋼連廊主梁GL2 采用H600×400×16×25，主梁GL3 采用H1 200×400×25×35，主梁GL4 采用H2 400～2 100×400×25×35（變截面梁），單根主梁最重13 t，最長(zhǎng)25.81 m；次梁GL1 采用H250×200×8×12，連桿為方鋼□120×120×5×5，材質(zhì)均為Q235。鋼連廊結(jié)構(gòu)體系如圖1所示。

圖1 鋼結(jié)構(gòu)連廊做法Fig.1 Practice of the Steel Corridor （mm）

2 工程難點(diǎn)與對(duì)策

2.1 工程難點(diǎn)

⑴鋼連廊主梁長(zhǎng)25.81 m，不具備在工廠焊接成整體、再運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)直接吊裝的條件；需分段制作，運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)拼裝、吊裝。

⑵鋼連廊為3 層結(jié)構(gòu)，位于各建筑單體之間，作業(yè)場(chǎng)地為地下室頂板，場(chǎng)地狹窄；兩側(cè)建筑單體主體結(jié)構(gòu)已封頂，安裝空間較小，不具備整體地面拼裝、提升安裝條件；若整體空中拼裝，需搭設(shè)滿堂支架平臺(tái)及支撐胎架進(jìn)行高空拼裝焊接作業(yè)，安裝難度大、工期長(zhǎng)、成本高。

⑶現(xiàn)場(chǎng)塔吊無(wú)法覆蓋，發(fā)揮性能小，難以滿足安裝需求，需選用大型吊裝機(jī)械在地下室頂板上作業(yè)。

⑷鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)牛腿位于建筑單體外腳手架內(nèi)側(cè)，鋼連廊吊裝前，需對(duì)鋼連廊兩端的外腳手架進(jìn)行改造。

2.2 對(duì)策

⑴考慮運(yùn)輸條件，經(jīng)與設(shè)計(jì)院、深化設(shè)計(jì)單位溝通，將鋼連廊的主梁分2 段在工廠進(jìn)行制作再運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)；在地面上拼裝后再整體吊裝主梁，再在空中進(jìn)行次梁、連桿的高強(qiáng)螺栓連接、補(bǔ)噴漆。

⑵結(jié)合吊裝作業(yè)條件、吊裝環(huán)境，對(duì)吊車選型、索具選擇、地下室頂板上吊裝作業(yè)工況等進(jìn)行驗(yàn)算分析，確定吊裝作業(yè)方案，理清作業(yè)流程，保證吊裝作業(yè)安全、地下室結(jié)構(gòu)質(zhì)量安全。

3 吊裝工況驗(yàn)算

3.1 吊點(diǎn)確定、鋼絲繩驗(yàn)算

⑴主梁基本對(duì)稱，按鋼絲繩與主梁面的水平夾角控制在為45°～60°之間、保持吊裝穩(wěn)定原則，確定吊點(diǎn)、鋼絲繩角度，如圖2所示。吊點(diǎn)也可通過建立信息模型，采用Midas 有限元軟件，進(jìn)行仿真分析，模擬不同吊裝工況的受力情況而確定。

圖2 鋼連廊主梁吊點(diǎn)設(shè)置示意圖Fig.2 Schematic Diagram for setting Lifting Points of Steel Corridor Main Girder （mm）

⑵根據(jù)《建筑施工起重吊裝安全技術(shù)規(guī)范：JGJ 276—2012》［1］附錄A，確定鋼絲繩的受力。

吊裝重量Q1=13 t，a=55°，則鋼絲繩受力F=0.61Q1=0.61×13×1 000×10=79.3 kN。

選用6×37（a）鋼絲繩，直徑φ22 mm，公稱抗拉強(qiáng)度1 570 N∕mm2，纖維芯、鋼絲繩的破斷拉力為251 kN>F=79.3 kN，滿足要求。

3.2 吊車選擇

根據(jù)《起重吊裝計(jì)算及安全技術(shù)》［2］，進(jìn)行吊裝設(shè)備選用。

⑴起重力計(jì)算：

取主梁最大自重Q1=13.0 t，考慮索具的重量Q2=0.5 t，則Q≥Q1+Q2=13.0+0.5=13.5 t。

⑵起重高度計(jì)算：

式中：H為起重機(jī)的起重高度（m）；H1為安裝支座表面高度（m）；H2為安裝間隙，視具體情況而定，一般取0.2～0.5 m；H3為綁扎點(diǎn)至構(gòu)件起吊后底面的距離（m）；H4為索具高度（m），綁扎點(diǎn)至吊鉤的距離，視具體情況而定。

主梁GL4 最重，按最不利考慮，取H1=14.7-1.22=13.48 m，H2=0.5 m，H3=2.4 m，H4=7.5 m。則H=13.48+0.5+2.4+7.5=23.88 m。

吊車吊裝作業(yè)半徑取8.0 m，根據(jù)前述起重重量Q和吊裝高度H，對(duì)照市場(chǎng)上不同廠家、不同型號(hào)的汽車起重機(jī)技術(shù)性能表和起重曲線選定，徐工QY50K型吊車，其吊距8.0 m的起重重量為15.5 t，能滿足吊裝需求。

3.3 吊機(jī)上地下室頂板承載力驗(yàn)算

3.3.1 地下室頂板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)

各建筑單體之間的地下室頂板為預(yù)應(yīng)力無(wú)梁樓蓋結(jié)構(gòu)，板厚為400 mm，柱距雙向均為8 400 mm，柱帽邊長(zhǎng)2 900 mm；面筋和底筋均為雙層雙向φ14@180 mm、HRB400，鋼筋保護(hù)層為25 mm，fy=360 N∕mm2；預(yù)應(yīng)力筋采用1×7型，φ15.2的有粘結(jié)鋼絞線，fptk=1 860N∕mm2，fpy=1 320 N∕mm2，單根鋼絞線面積Ap=140 mm2，單根鋼絞線張拉控制力為193 N∕mm2，該頂板位置布設(shè)4 捆有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼絞線（每捆3 根有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋），預(yù)應(yīng)力筋保護(hù)層為50 mm；混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C40，混凝土容重取26 kN∕m3；地下頂板區(qū)域覆土0.8 m厚，覆土容重取20 kN∕m3；活載為20 kN∕m2，恒荷載分項(xiàng)系數(shù)取1.2，活載取1.4。

3.3.2 汽車吊空載行駛狀態(tài)樓板驗(yàn)算

采用“等效均布荷載比較法”進(jìn)行驗(yàn)算，本區(qū)塊樓板跨度為8.4 m，汽車吊寬度為2.75 m，按照汽車吊車輪分布在暗梁兩側(cè)的情況進(jìn)行驗(yàn)算（最不利站位），站位示意如圖3所示。

圖3 行駛中吊車對(duì)樓板最不利位置示意圖Fig.3 Schematic Diagram of the Most Unfavorable Position of the Moving Crane to the Floor Slab （mm）

徐工QY50K 汽車吊總重量為39 t，其中前軸荷載13 t，后軸荷載26 t；后軸承受的荷載明顯比前軸要大，故對(duì)后軸進(jìn)行驗(yàn)算：

按簡(jiǎn)支板考慮，計(jì)算可得：

Mmax=1.3PL∕4（1.3 為 動(dòng) 力 系 數(shù)）=1.3×260×8.4∕4=709.8 kN·m

吊車的車輛接觸面，btx=0.4 m，bty=0.6 m；

根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范：GB 50009—2012》［3］附錄C，當(dāng)bCx≥bCy，bCy≤0.6L，bCX＜L時(shí)，bCy=bty+2s+h=400+0+400=800 mm；簡(jiǎn)支板上荷載的有效分布寬度：b=bCy+0.7L=0.8+0.7×8.4=6.68 m；則等效均布荷載為：qe=8×Mmax∕bL2=8×709.8∕（6.68×8.4×8.4）=12.05 kN∕m2＜20 kN∕m2（地下室頂板活荷載）；滿足吊車空載行走要求。

3.3.3 吊裝作業(yè)中的承載力驗(yàn)算

⑴地下室頂板跨中板帶的抗彎承載力計(jì)算：

板帶寬度=8 400-2 900=5 500 mm；Mu=0.9×fyAs（h-as）+0.9×fpyAp（h-ap）=0.9×360×［5 500÷180×3.14×（14÷2）2］×（400-25）+0.9×1 320×12×140×（400-50）=1 269.75 kN·m

⑵吊裝作業(yè)產(chǎn)生的荷載

汽車吊吊裝作業(yè)過程中對(duì)地下室頂板產(chǎn)生的最不利情況為肢腿處于頂板的中央位置，如圖4所示；根據(jù)該部位的配筋情況進(jìn)行跨中彎矩受力驗(yàn)算。

圖4 吊裝作業(yè)中吊車肢腿對(duì)樓板的最不利位置示意圖Fig.4 Schematic Diagram of the Most Unfavorable Position of Crane Legs to Floor Slab in Hoisting Operation （mm）

50 t 汽車吊吊裝作業(yè)過程中的最大吊裝構(gòu)件重13 t，加上車身自重39 t，共52 t；分配到4 只肢腿上。吊裝過程中兩側(cè)的肢腿受力實(shí)際上并不是均勻的，根據(jù)吊車的起重能力是抗傾覆的70%，一側(cè)的肢腿承受的最大重量有52×10×0.7=364 kN；一側(cè)肢腿為2只，即落在板跨中央的肢腿只有1 只，對(duì)板跨中央產(chǎn)生集中荷載為P=182 kN。

⑶汽車吊工作時(shí)對(duì)跨中板帶產(chǎn)生的跨中彎矩計(jì)算

對(duì)無(wú)梁樓蓋，采用“經(jīng)驗(yàn)系數(shù)法”，計(jì)算區(qū)格內(nèi)跨中與支座的總彎矩：

Mox=1∕8qLy（Lx-2∕3c）2=1∕8×［1.2×（26×0.4+0.8×20）］×8.4×（8.4-2∕3×2.9）2=1 391.03 kN·m

在一般情況下，當(dāng)求得板的總彎矩后，連續(xù)板的彎矩分配大致為：支座截面負(fù)彎矩為66%的總彎矩，跨內(nèi)截面正彎矩為33%的總彎矩；而柱上板帶的支座截面剛度較大，故支座負(fù)彎矩在柱上和跨中板帶間各按75%和25%進(jìn)行分配；跨內(nèi)彎矩則各按55%和45%進(jìn)行分配，對(duì)中間區(qū)格板帶的中間各跨沿X方向2 個(gè)板帶彎矩分配如下［4］：

柱上板帶：

支座截面負(fù)彎矩M1=-0.66×0.75Mox=-0.50Mox

跨內(nèi)截面正彎矩M2=0.33×0.55Mox=0.18Mox

跨中板帶：

支座截面負(fù)彎矩M3=-0.66×0.25Mox=-0.17Mox

跨內(nèi)截面正彎矩M4=0.33×0.45Mox=0.15Mox

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)吊機(jī)站位，只取跨內(nèi)截面正彎矩M4進(jìn)行驗(yàn)算，則M4=0.15Mox=0.15×1 391.03=208.65 kN·m

肢腿集中荷載產(chǎn)生的彎矩M=1.4P·L∕4（1.4 為動(dòng)力系數(shù)）=1.4×182×8.4∕4=535.08 kN·m

汽車吊吊裝作業(yè)中的承載力M+M4=535.08+208.65=743.73 kN·m＜Mu=1 250.35 kN·m，滿足承載力要求。

為了確保結(jié)構(gòu)的安全，吊裝作業(yè)過程中在50 t 汽車吊各肢腿下方鋪設(shè)8 m 長(zhǎng)的H 型鋼梁，將荷載擴(kuò)散至柱上板帶區(qū)域，形成柱上板帶和跨中板帶共同承擔(dān)。當(dāng)使用50 t 以下吊機(jī)吊裝較輕構(gòu)件時(shí)，可直接上樓面吊裝，無(wú)需鋪設(shè)鋼梁。

當(dāng)樓板驗(yàn)算不符合要求時(shí)，應(yīng)另外提前采取地下室頂板加固支撐措施；加固方案設(shè)計(jì)的基本思路是通過滿堂支撐架形成地下室頂板的附加支座，使得在地下室頂板在加固邊界條件下，能承受汽車式起重機(jī)行駛過程及吊裝過程中的荷載作用［5-7］。

4 主要施工方法

4.1 施工流程

施工準(zhǔn)備?拼裝胎架布置∕兩端建筑單體外腳手架改造?各層牛腿位置支座安裝、調(diào)整?2 層主梁GL4 地面拼裝、首層至2 層連桿安裝?2 層主梁（含連桿）吊裝?首層主梁GL2地面拼裝、吊裝?首層至2層連桿緊固?屋面主梁GL3 地面拼裝、2 層至屋面層連桿安裝?屋面主梁GL3（含連桿）吊裝?→2 層至屋面層連桿緊固?各層次梁安裝?鋼結(jié)構(gòu)補(bǔ)漆、澆筑鋼連廊各層樓板、裝飾。

4.2 施工要點(diǎn)

4.2.1 外架改造

拆除外腳手架的立桿、橫桿前先增加“八字撐”，留洞兩側(cè)增設(shè)立桿，洞頂立桿底部卸荷后，再拆除立桿、橫桿，但中間需保留1 根立桿。同時(shí)，對(duì)混凝土牛腿兩側(cè)的外架進(jìn)行加固，形成輔助鋼連廊安裝的臨時(shí)操作平臺(tái)。鋼連廊吊裝完畢、通道混凝土澆筑完成后，復(fù)原洞口立桿橫桿。

4.2.2 主梁地面拼裝

⑴主梁拼裝采用立拼方式，可有效地保證主梁拼裝成型的精確度，又能避免臥拼浪費(fèi)拼裝場(chǎng)地面積和構(gòu)件翻身可能產(chǎn)生的扭曲的不利影響。

⑵構(gòu)件現(xiàn)場(chǎng)拼裝應(yīng)提前制作拼裝平臺(tái)，拼裝平臺(tái)需進(jìn)行標(biāo)高抄平，平臺(tái)面應(yīng)在同一平面標(biāo)高上［8］?，F(xiàn)場(chǎng)的拼裝平臺(tái)采用型鋼焊接而成的拼裝胎架，拼裝胎架的間隔布置根據(jù)構(gòu)件分段情況進(jìn)行，主梁共分2段，共1 道拼縫，其中長(zhǎng)段15.810 m，設(shè)置拼裝胎架4 個(gè)；短段10 m，設(shè)置拼裝胎架3個(gè)，一共需要拼裝胎架7個(gè)。拼裝胎架高3 m，比連桿長(zhǎng)度高，便于連桿于地面進(jìn)行高強(qiáng)螺栓連接安裝。拼裝胎架設(shè)置如圖5所示。

圖5 地面拼接拼裝胎架設(shè)置示意圖Fig.5 Schematic Diagram of Floor Splicing on Assemble Frame

⑶鋼結(jié)構(gòu)拼裝需按要求起拱，跨度8 m及以上的鋼梁跨中按跨度的1∕1 500向上起拱，確保鋼結(jié)構(gòu)吊裝后的拼接，拼裝主梁拼裝完成后的立放間距大于2 m［9］。

4.2.3 主梁吊裝

⑴鋼連廊一端的支座為固定鉸支座，另外一端為單向可滑動(dòng)支座。鋼連廊吊裝前，應(yīng)復(fù)核牛腿面標(biāo)高、中心偏差，彈出定位線，按深化圖紙要求安裝支座。

⑵按前述確定的吊點(diǎn)進(jìn)行鋼絲繩綁扎起吊，吊裝鋼絲繩與接觸受力點(diǎn)墊上方木，預(yù)先綁好，以免擠繩和損傷構(gòu)件；鋼絲繩與主梁面的水平夾角應(yīng)控制在45°～60°之間，起吊后，主梁面應(yīng)保持水平。

⑶吊裝準(zhǔn)備完畢，啟動(dòng)吊車慢慢提升，待鋼連廊的主梁離開拼裝胎架200 mm 后，停鉤檢查設(shè)備和吊物有無(wú)異常情況，如有問題應(yīng)及時(shí)進(jìn)行處理再起吊，如正常則靜置10 min后再進(jìn)行吊裝［10］。

⑷主梁準(zhǔn)備就位前，應(yīng)保證鋼主梁最低點(diǎn)超過牛腿約0.5 m 左右；吊車主臂旋轉(zhuǎn)慢慢靠近安裝位置，吊車主臂向下，主鉤向下滑動(dòng)落鉤，待吊裝高度與鋼連廊支座高度基本一致后，用手動(dòng)葫蘆牽引至支座、調(diào)整就位后固定主梁?？紤]到主梁吊裝就位后，還未連接形成鋼連廊結(jié)構(gòu)體系，吊車松鉤后可能因外力原因使其失穩(wěn)而側(cè)向傾覆，故在主梁吊裝就位后應(yīng)先拉設(shè)纜風(fēng)繩輔助固定，纜風(fēng)繩的另外一端與兩側(cè)單體的結(jié)構(gòu)柱拉結(jié)；待另外一側(cè)主梁吊裝就位、每層次梁安裝完畢后，方可將纜風(fēng)繩撤掉。

4.2.4 次梁、連桿連接成整體

⑴鋼連廊采用高強(qiáng)螺栓進(jìn)行連接緊固，直徑≤24 mm的高強(qiáng)螺栓采用10.9 s扭剪型高強(qiáng)螺栓，直徑＞24 mm 的高強(qiáng)螺栓采用10.9 s 大六角頭高強(qiáng)螺栓。高強(qiáng)度螺栓按文獻(xiàn)［11］規(guī)定的扭矩值進(jìn)行初擰、復(fù)擰、終擰，初擰、復(fù)擰、終擰在1 d內(nèi)完成。

⑵鋼結(jié)構(gòu)連廊2 個(gè)或多個(gè)接頭栓群的擰緊順序應(yīng)先主要構(gòu)件接頭，后次要構(gòu)件接頭［11］。為盡快形成鋼連廊結(jié)構(gòu)穩(wěn)定體系，確保吊裝安全；主梁吊裝就位后，每層均先安裝兩端、跨中的次梁、上下層連桿，初步形成結(jié)構(gòu)體系后，再按從跨中向兩端的順序進(jìn)行其他位置的次梁、上下層連桿緊固，最終形成穩(wěn)定的鋼連廊整體。

4.2.5 吊裝監(jiān)測(cè)

安裝過程中，構(gòu)件的內(nèi)力及變形是不斷累積的總和，桿件實(shí)際受力與原設(shè)計(jì)有很大區(qū)別［12］。鋼連廊主梁吊裝就位后、次梁及連桿空中拼裝過程中，需對(duì)各層主梁跨中、兩端、主梁拼縫等關(guān)鍵受力位置進(jìn)行應(yīng)力監(jiān)測(cè)及變形監(jiān)測(cè)。

5 結(jié)語(yǔ)

結(jié)合本工程地下室頂板作業(yè)環(huán)境條件及鋼連廊深化設(shè)計(jì)，采用汽車吊進(jìn)行鋼連廊吊裝作業(yè)；通過對(duì)地下室頂板吊裝作業(yè)的起重機(jī)械選型、索具選擇、不同吊裝工況等進(jìn)行驗(yàn)算分析，確定采用鋼連廊主梁地面拼裝、整榀吊裝，再在空中完成次梁、連桿安裝，形成連廊整體的施工方法；克服了多層鋼連廊因場(chǎng)地受限、現(xiàn)有塔吊無(wú)法覆蓋、地下室頂板上吊裝作業(yè)影響范圍大、整體吊裝或高空散裝實(shí)施復(fù)雜、安全隱患多等施工難題，達(dá)到預(yù)期安裝效果，具有施工成本低、質(zhì)量安全可靠、工期短的特點(diǎn)，取得良好經(jīng)濟(jì)效益，可為類似鋼連廊安裝作業(yè)提供參考。