某大跨度高空钢连廊施工技术

神不在的世界

本文转载自“施工技术《江苏某大跨度高空钢连廊施工技术》，作者：张骁雄，张亚飞等”，仅用于学习分享，如涉及侵权，请联系删除！

<hr/>[摘要]江苏师范大学文化创意产业园文化创意大厦钢结构空中连廊位于75m以上高空。该项目高度高，体量大，质量要求高。在结构安装过程中，采取了缆索吊装这一非常规吊装方法，通过科学、合理、可靠的技术论证和有效的质量控制，成功地施工了该项工程，满足了施工和设计要求。
[关键词]钢结构；连廊；缆索；吊装；主索；垂度；施工技术
1工程概况
江苏师范大学文化创意产业园文化创意大厦钢结构空中连廊分为上下两层，底层标高75．230m，顶层标高80．030m，每层连廊长33．6m，宽14．8m，面积约500m2，由5榀主梁(H1 000 X 45 X 16×25)及梁间7根次梁(H450 X 200×8 X 16)构成(见图1)。主梁通过设置于混凝土柱牛腿上的抗震支座与主体结构连接。主梁跨度达到14．8m，每榀主梁质量达到5t。
2方案选择
2．1技术难点
受到工程本身特点及现场施工条件的限制，连廊东侧为5层裙房结构，西侧为大面积地下室顶板，南北两侧为主体塔楼，四周均无法停放大型吊装设备，现场原有的塔式起重机设备，吊装范围内的极限吊装承载力仅为15kN，而连廊钢梁单榀重达50kN，根本无法满足主梁的吊装要求。因此要完成连廊结构的吊装，只能重新选择吊装方案。
2．2方案确定
针对该工程钢结构跨度大、自重大、高度高等特点并结合施工场地情况，结合以往类似工程的施工经验和国内大跨度钢结构安装施工的工程实例，进行了多方案的比较分析。目前国内大高度、大跨度、大吨位钢构件的非正常安装办法一般可采用拔杆吊装、高空滑移、缆索吊装等方法。各种吊装方法的特点和优缺点比较如表1所示。
综合分析该工程的具体情况，结合各种吊装方法的特点和优缺点，并考虑现有的机械设备情况、施工工期等要求，我们认为高空滑移虽然最为经济可靠，但仍未能解决构件垂直运输的技术难题；而拔杆安装并不适用本项目大跨度结构构件的安装，缆索吊装虽然在前期准备和施工工期的合理性上有局限，但却是最适应本工程特点的吊装方案。最终我司确定了缆索吊装这一施工方案。








3 方案介绍
缆索吊装法具有跨越能力较大、水平和垂直运输机动灵活、适应性广、施工方便等优点，是目前修建拱桥较多采用的方法。但该方法在房屋建筑施工中运用的实例不是很多。
缆索吊装设备主要分为缆索设备和起重设备，而其最大的难点在于缆索设备的设置，缆索吊装设备按其用途和作用可以分成：主索、牵引索、缆风索和固定装置等4个基本组成部分(见图2)。
主索设置为1组钢丝绳，位于吊装钢梁上方，钢丝绳两端分别固定于楼面上的混凝土柱上。主索一端设置5t手拉葫芦用于主索的张拉收紧，用来控制主索的垂度、张力，使其符合吊装要求。




牵引索设置为l组钢丝绳，对称布置于电动葫芦两头，主要用于调节起重系统中电动葫芦的位置。吊装时当主索及电动葫芦设置到位后，将牵引索与电动葫芦固定，电动葫芦位置调整到位后将两头的牵引索分别固定，保持电动葫芦的位置。
缆风索设置为4根钢丝绳，采用八字形方式对称设置于主索两端，用于保持主索的稳定。
由于主索、牵引索、缆风索等其实质均为钢丝绳构成，因此在缆索设备设置前必须对各种缆索特别是主索的钢丝绳规格及其技术参数进行计算及验算。更确切地说，缆索吊装的核心是如何确定主索的垂度以及怎样在施工过程中控制主索的垂度。
4技术分析
4．1 主索选型及垂度计算
4．1．1 主索最大应力和相应垂度
钢梁自重5t，电动葫芦滑轮组及吊装用钢丝绳按0．5t计，吊装总重取5．5t。使用直径为咖52mm(6 x 37+1)的钢丝绳，其公称抗拉强度为1 700MPa。当电动葫芦滑轮组位于跨中时，主索张力最大，控制主索的设计，当钢丝绳作吊索时取控制主索张力的安全系数K=6，则主索的最大容许张力为184．8kN和跨中吊重后的最大垂度为1．241m。
4．1．2 主索应力验算
主索弹性模量查表得Ek=79 800MPa，钢丝绳截断面积：F=1003．80mm2，则主索拉应力754．37MPa，应力安全系数k=2．26>2，满足安全要求。
4．1．3主索垂度验证
根据计算所得的主索垂度值，采用MIDAS软件进行了理论验证，通过模型分析及软件计算所得结果和计算所得值相吻合，因此我们确定主索垂度的计算是符合理论情况的。
4．2安装过程重点控制环节
根据计算得到了主索垂度的理论计算值，但现场安装和理论计算有很大不同，还需考虑到现场主索的安装高度，主索垂度的控制调整及主索和混凝土绑扎连接时的稳定性控制等情况。
4．2．1主索安装垂度
吊装时主索设置于23层楼面，顶层连廊位于21层，楼面净高7．8m。根据方案吊装条件，吊索构件起吊点(含构件本身高度)距离滑轮组吊钩垂直距离为4m，滑车组及附加索按1m计，吊重后的最大垂度根据理论计算值取为1．25m，则吊重后的最大垂度安装幅度为7．8—4—1—1．25=1．55m。即现场安装主索时必须保证垂度在1．25～1．55m。
4．2．2 主索和混凝土柱绑扎连接时的连接控制
根据现场安装条件，混凝土柱规格达到1 000mm×1 000mm，主索和混凝土柱的连接只能通过绑扎固定，如何保证直径52mm钢丝绳和混凝土柱连接后能够保持稳固并且在主索受力后仍能保持主索垂度的稳定是必须要解决的问题。
主索一端和混凝土柱通过绑扎连接后，如果钢丝绳直接和柱棱角接触，势必会增加钢丝绳和混凝土间的摩擦力，从而导致钢丝绳在吊装使用过程中的过度磨损，影响到整个安装过程的安全性。因此需要在连接处采取新措施，首先在混凝土柱与板的根部预先铺设橡胶减震材料，而混凝土柱阳角500mm高范围内除铺设橡胶减震材料外还应在外侧加设刚性垫块，垫块宽度在250mm左右；其次主索的连接固定需要选用专用卡环固定。在吊装过程中需时刻观测橡胶减震材料和卡环等是否有松动和锁死情况的发生(见图3)。




4．2．3主索垂度的调整控制
由于本项目选用的主索直径达到52mm，质量达到150kg，想要在高空灵活控制主索的垂度显然是不现实的，通过计算主索垂度为实际施工过程中需要采取措施控制主索垂度的安装范围提供一个理论依据。当主索一端与混凝土柱连接固定后，另一端绕过混凝土柱一周连接固定手动葫芦连接，手动葫芦另一端与相邻侧混凝土柱固定，安装时通过手动葫芦调节伸长和缩小量来调节主索的垂度，使之始终处于先前确定的垂度范围内(见图4)。




4．2．4主索垂度的测量控制
上面提到的均是在系统方法上来控制主索垂度的措施，那么在施工过程中要想精确了解主索垂度就需要在吊装过程中，更确切地说是在构件试吊过程中加强对主索垂度的测量，进而通过调整设置在主索一端的葫芦来调节主索钢丝绳的伸长和缩小量来调整主索的垂度。
主索垂度测量控制分为安装前控制和安装后控制。安装前控制主要根据计算要求所得的主索垂度，在主索安装绑扎前即将主索吊重后的最大垂度余量考虑在跨间主索长度范围内，这样主索在吊重前即处于一个理论上的满载垂度状态。
安装后控制主要通过水平仪测量。事先在主索跨中设置一铅垂，并记录铅垂线长度，构件试吊过程中用水平仪测量铅垂底的标高并引至连廊下层结构的混凝土柱上。将主索与混凝土柱连接处的标高减去测得的标高再减去铅垂线的长度即可得主索垂度。为增加精确度，测量应分多点进行。通过上述过程，可以得到在吊装过程中主索垂度的一个范围值，将该值和理论计算所得的范围值比较即可了解主索垂度是否在控制范围。
4．2．5垂度超出范围时的处理
在构件试吊过程中通过上述方法测得了每榀主钢梁在满载状态下的主索垂度值，发现ZGL1-2的主索垂度测量值为1．66m，超过了主索垂度计算值允许范围。因此必须立即停止试吊过程，采取应急措施和处理方案调整主索垂度。①松开吊装设备，将钢梁两端放置于事先准备的马凳上，并松开卷扬机、钢丝绳等吊装设备，使钢梁和吊装设备回到初始的空载状态。②由于试吊过程缆索和吊装设备等已经处于受力状态，需马上检查所有钢丝绳和卷扬机等的状态，特别是主索和混凝土柱连接处及调节装置处钢丝绳的磨损。③采取调整措施调节主索的垂度，主要是通过设置于主索一端的手动葫芦调节主索的伸长和缩小量来调节主索的垂度。由于ZGL1-2的吊装主索垂度值为1．66m，因此需要用手动葫芦伸长主索的垂度，使之处于垂度计算值范围内。④重新检查缆索和吊装设备的状态，并重新进行试吊过程，确认所有吊装过程是否正常。
5 结语
本项目采用缆索这一非常规方法解决了大跨度高空连廊的现场安装，技术上对该方法的实施进行了详细理论计算和分析，安装过程采取一系列有效的质量控制措施，保证了项目的顺利实施，为今后类似项目提供了参考。
参考文献：
[1] 冶金工业部建筑研究总院．GB50205--2001 钢结构工程施工质量验收规范[S]．北京：中国计划出版社，2002．2007．
[2]GB50026--2007工程测量规范[S]．2007．
[3] 中国建筑股份有限公司，中建钢构有限公司．GB50755--2012钢结构工程施工规范[S]．北京：中国建筑工业出版社，2012．
[4]吴洪章，万利民，卢育坤，等．97m高空大跨度钢桁架安装技术[J]．施工技术。2013。42(14)：22．24．

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