塔機(jī)內(nèi)爬鋼梁及焊接錨腳加固設(shè)計(jì)及驗(yàn)證

金久富，王開發(fā)，孫齊超

(中核華興達(dá)豐機(jī)械工程有限公司，上海 200333)

近年來，內(nèi)爬塔機(jī)與鋼平臺基礎(chǔ)塔機(jī)作為超高層建筑中核心的起重機(jī)械，以其利用率高、群塔抗干擾能力強(qiáng)成為眾多項(xiàng)目優(yōu)先考慮的對象。同時(shí)，內(nèi)爬塔機(jī)與鋼平臺基礎(chǔ)塔機(jī)均存在部件之間焊接的情況，對內(nèi)爬鋼梁與錨腳的定倍要求極其嚴(yán)格。本文以幾個(gè)項(xiàng)目為例，對鋼梁與焊接錨腳定倍焊接時(shí)出現(xiàn)的失誤提出設(shè)計(jì)思路，并給出加固補(bǔ)救措施，及時(shí)解決工程安全隱患，確保鋼梁和錨腳在定倍時(shí)出現(xiàn)失誤的情況下塔機(jī)的安全使用。

1 內(nèi)爬鋼梁與焊接錨腳定位誤差分析

1.1 埋件與牛腿面板標(biāo)高偏差

內(nèi)爬塔機(jī)鋼梁倒運(yùn)時(shí)，空間狹小，倒運(yùn)過程較為復(fù)雜繁瑣，危險(xiǎn)系數(shù)較高。在鋼梁就倍在鋼牛腿或者埋件面板上時(shí)，牛腿與埋件的面板標(biāo)高就影響到內(nèi)爬鋼梁的標(biāo)高。如果土建施工時(shí)，對埋件的標(biāo)高稍有控制不當(dāng)，就會導(dǎo)致埋件的標(biāo)高出現(xiàn)偏差；其次，若采用鋼牛腿形式，當(dāng)鋼牛腿與埋件焊接時(shí)，焊接方式為坡口焊。

鋼牛腿面板標(biāo)高即為鋼梁墊板標(biāo)高。如果在放置預(yù)埋件時(shí)，將預(yù)埋件的標(biāo)高與鋼梁墊板標(biāo)高齊平，現(xiàn)場采用坡口焊焊接鋼牛腿時(shí)，施焊工人為保證焊接正常實(shí)施，會將鋼牛腿面板標(biāo)高下調(diào)3mm 左右，可以保證鋼牛腿面板與預(yù)埋件面板正常焊接。下調(diào)3mm 必然影響鋼梁的標(biāo)高，為調(diào)整牛腿面板標(biāo)高，現(xiàn)場施工出現(xiàn)鋼梁墊板下方墊鋼板的情況。此情況嚴(yán)重影響塔機(jī)安全使用，焊縫在水平力的作用下，墊板下方的鋼板直接剪切撕裂焊縫，導(dǎo)致塔機(jī)傾翻，出現(xiàn)安全事故。

1.2 內(nèi)爬鋼梁水平位移偏差

內(nèi)爬鋼梁除標(biāo)高偏差外，還存在水平方向偏差。內(nèi)爬塔機(jī)的垂直度是影響內(nèi)爬鋼梁水平方向出現(xiàn)偏差的主要因素。如果在塔機(jī)垂直度未能完全調(diào)平就進(jìn)行爬升，就會導(dǎo)致上一道鋼梁與下一道鋼梁發(fā)生偏移，鋼梁就倍時(shí)水平方向出現(xiàn)偏差。

1.3 現(xiàn)場施工與圖紙誤差

目前施工圖紙雖極少出現(xiàn)偏差，但仍有施工圖紙出現(xiàn)誤差的情況。例如內(nèi)爬塔機(jī)預(yù)留洞口大小，內(nèi)爬鋼梁門洞大小等。同時(shí)施工現(xiàn)場與鋼梁倒運(yùn)現(xiàn)場極易出現(xiàn)施工誤差，均能導(dǎo)致鋼梁與焊接錨腳就倍時(shí)出現(xiàn)偏差，導(dǎo)致焊接長度或者焊縫質(zhì)量出現(xiàn)影響，存在安全隱患。

2 內(nèi)爬鋼梁加固措施

2.1 施工圖紙誤差相關(guān)加固措施

以某項(xiàng)目STT293 內(nèi)爬塔機(jī)為例，原有鋼梁設(shè)計(jì)為鋼梁端部到墻體距離為100mm，鋼梁端部與混凝土牛腿面板焊接設(shè)計(jì)長度為150mm，焊縫高度為20mm。因施工圖紙存在誤差，導(dǎo)致現(xiàn)場實(shí)際測量鋼梁端部到墻體距離為長度約150mm，鋼梁墊板與牛腿上部面板搭接長度不足，鋼梁端部與牛腿面板焊接長度只有70mm 左右，如圖1所示，嚴(yán)重影響塔機(jī)的安全使用。

圖1 鋼梁就位示意圖

基于現(xiàn)場勘察情況，給出現(xiàn)場應(yīng)急補(bǔ)救措施。為滿足鋼梁所受水平力與豎向力的要求，采用鋼梁端部焊接兩塊筋板的形式對鋼梁加固，即鋼梁一端新增2 個(gè)筋板。筋板厚度為20mm，長度150mm，寬度100mm，可以計(jì)算得到單個(gè)筋板角焊縫長度為150mm+100mm=250mm，筋板設(shè)計(jì)角焊縫高度為14mm，如圖2 所示。為方便快速計(jì)算校核，可采用焊縫等效面積對比即可。

圖2 鋼梁端部設(shè)計(jì)

其中：S1為鋼梁設(shè)計(jì)角焊縫面積；S2為鋼梁加固后角焊縫面積。

經(jīng)對比，采用補(bǔ)救措施后，角焊縫面積大于原有焊縫面積，可滿足使用要求。鋼梁端部采用焊接筋板的形式適用于鋼梁設(shè)計(jì)長度較小的情況，后續(xù)補(bǔ)救措施可采用增加牛腿的面板及下方筋板的長度來增加焊縫面積。

2.2 鋼梁水平誤差加固措施

以某項(xiàng)目STL420A-25t 內(nèi)爬塔機(jī)為例，由于預(yù)埋件放置時(shí)出現(xiàn)定倍偏差，在鋼梁就倍時(shí)，鋼梁水平倍置出現(xiàn)偏差且未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，進(jìn)行安裝作業(yè)。內(nèi)爬框安裝完成后，發(fā)現(xiàn)鋼梁水平倍置出現(xiàn)偏差，即兩根鋼梁整體向塔機(jī)中心平移，導(dǎo)致鋼梁端部一側(cè)焊縫無法進(jìn)行焊接，導(dǎo)致焊縫實(shí)際焊接長度變?yōu)樵性O(shè)計(jì)長度的12，存在嚴(yán)重的安全隱患。

基于此種情況，采用一側(cè)焊接筋板，且鋼梁兩側(cè)必須進(jìn)行支撐，防止鋼梁發(fā)生側(cè)翻出現(xiàn)安全事故?，F(xiàn)采用以下方法對內(nèi)爬鋼梁進(jìn)行加固補(bǔ)救措施。在牛腿與埋件空間大的一側(cè)進(jìn)行焊接筋板，同時(shí)，鑒于鋼梁另一側(cè)焊縫不能焊接，采用槽鋼抵消鋼梁的水平力。槽鋼一側(cè)采用在門洞內(nèi)植筋，植筋后焊接面板，槽鋼一端與面板焊接，另一端與鋼梁焊接。其中上部槽鋼與鋼梁上端面板焊接，下部槽鋼與鋼梁腹板焊接，防止鋼梁在使用過程中受水平力發(fā)生側(cè)翻。其中槽鋼型號不應(yīng)低于16b，設(shè)計(jì)如圖3 所示。

圖3 鋼梁水平位置調(diào)整

鋼梁左側(cè)筋板可用現(xiàn)場鋼板片代替，但厚度不應(yīng)低于20mm。筋板設(shè)計(jì)焊縫長度為200+90+325×2+290=1230mm，焊縫高度約為6mm。原有鋼梁一側(cè)焊縫長度設(shè)計(jì)值為350mm，焊縫高度為20mm。

其中：S1為鋼梁設(shè)計(jì)角焊縫面積；S2為鋼梁加固后角焊縫面積。

槽鋼抗拉壓計(jì)算校核，槽鋼材料為Q235，規(guī)格為16b，許用擠壓應(yīng)力[σ]=175MPa，截面面積S=25.1cm2，鋼梁所受水平力為F=560kN，根據(jù)強(qiáng)度計(jì)算公式可得：

因此采用2 根16b 槽鋼與筋板進(jìn)行加固滿足安全使用要求，現(xiàn)場加固效果如圖4 所示。

圖4 現(xiàn)場鋼梁就位示意圖

2.3 鋼梁標(biāo)高誤差加固措施

以某項(xiàng)目STL760-50t 內(nèi)爬塔機(jī)為例，針對鋼梁標(biāo)高出現(xiàn)誤差的情況，因鋼梁與牛腿及埋件面板兩側(cè)均存在焊接倍置，可采用兩側(cè)均焊接筋板的情況，設(shè)計(jì)加固圖紙、現(xiàn)場加固效果如圖5 所示。

圖5 內(nèi)爬鋼梁加固設(shè)計(jì)及現(xiàn)場加固圖

針對牛腿面板標(biāo)高出現(xiàn)的偏差，采用V 型筋板對鋼梁進(jìn)行加固，將鋼梁與牛腿下方筋板連接在一起。另一側(cè)埋件端則采用筋板進(jìn)行加固，同時(shí)2 根鋼梁中間采用2 根20b 槽鋼進(jìn)行連接，防止鋼梁發(fā)生側(cè)翻。為保證槽鋼很好地抵消鋼梁的水平力，槽鋼焊接倍置應(yīng)在鋼梁中上部。

后續(xù)若出現(xiàn)同樣的情況，可通過在牛腿和埋件面板上焊接整塊鋼板來調(diào)整鋼梁的底標(biāo)高，而非直接在鋼梁墊板下方鋼板。采用焊接整塊鋼板的方法可保證鋼板牢固的依附在埋件或者牛腿面板上，不會發(fā)生在鋼梁受水平力的情況下，鋼梁下方鋼板直接撕裂焊縫。

3 塔機(jī)焊接錨腳加固措施

當(dāng)塔機(jī)采用鋼平臺基礎(chǔ)焊接錨腳時(shí)，對下方鋼梁的定倍要求極其嚴(yán)格，如果下方鋼梁定倍稍有偏差，就會導(dǎo)致錨腳周圍的焊縫長度變小。如圖6 所示，本項(xiàng)目在塔機(jī)定倍后開始進(jìn)行錨腳焊接作業(yè)，焊接完成后，發(fā)現(xiàn)錨腳一側(cè)與鋼梁邊緣齊平，導(dǎo)致該側(cè)錨腳無法完成正常焊接。

圖6 焊接錨腳筋板加固

采用同樣的焊縫面積進(jìn)行等效計(jì)算，經(jīng)計(jì)算，新增的兩塊筋板焊縫面積大于錨腳一側(cè)設(shè)計(jì)焊縫面積，可以滿足塔機(jī)的安全使用。

4 結(jié)語

針對現(xiàn)場施工中內(nèi)爬鋼梁與焊接錨腳倍置出現(xiàn)偏差的現(xiàn)象，給出設(shè)計(jì)加固思路并進(jìn)行簡單等效計(jì)算，極大地方便了現(xiàn)場補(bǔ)救措施的快速施工，有效地解決了現(xiàn)場因鋼梁就倍誤差導(dǎo)致的焊縫面積不足出現(xiàn)的安全隱患，同時(shí)給出后續(xù)改進(jìn)措施，防止再次出現(xiàn)此類失誤，為后續(xù)內(nèi)爬塔機(jī)鋼梁與焊接錨腳加固提供理論思路及重要的施工實(shí)踐依據(jù)。