建筑钢结构吊装施工工艺及稳定性验算研究_姜观荣.pdf

年第 期 第 卷施工技术作者简介：姜观荣，年生，大学本科，工程师，主要从事工程管理工作。：建筑钢结构吊装施工工艺及稳定性验算研究姜观荣 戚双星 王姗姗 张必文 谢 园（中化学南方建投（江西）有限公司，江西 赣州）摘 要：钢结构工程吊装过程中安全尤为重要。以某文教钢结构工程为例，以 钢梁和 钢柱的吊装为研究对象，针对钢梁和钢柱吊装施工工艺进行了分析；并通过有限元分析软件 实现了钢柱和钢梁的吊装模拟，对吊装作业钢丝绳、卸扣选用以及钢柱和钢梁吊耳板承载力进行了验算。验算结果表明钢柱和钢梁及焊缝受力均满足规范要求，确保了钢梁和钢柱吊装施工过程中的安全性。关键词：钢结构；吊装；施工工艺；稳定性验算中图分类号：.文献标志码：引 言随着钢铁工业和建筑行业的快速发展，大量的钢结构工程被广泛应用于民用和公用建筑工程中。因钢结构工程中采用的大体积钢梁和钢柱可在工厂提前预制好，再运输到现场进行吊装焊接，施工周期显著降低，具备装配式的优点，所以在超高层建筑工程中，常被设计者采用，成为主流建筑材料之一。在钢结构施工过程中，吊装作业非常危险，一旦发生吊装作业事故，极易造成重大安全事故，所以施工单位都会编制专项施工方案。王山等以某大跨度钢箱梁吊装为例，利用 技术实现了吊装过程三维模拟，论证了吊装工艺，并结合模拟结果确定了吊装方案。杜虎明、张东岭等基于实际桥梁建设工程中的最不利钢箱梁及钢桁架的吊装工况，研究了吊耳选型，验算了吊耳及焊缝应力以及钢丝绳的承载力，验证并确定了最优的施工工艺。雷晓花等分析了大跨度弧形钢梁吊装施工，提出了在梁中跨设定桁架式系杆来保证钢梁的侧向稳定。还有部分学者采用 软件建立吊装计算模型，针对海洋工程结构的吊装作业和导管架拆除，就吊装吊钩及吊绳力的计算开展了研究，大大提高了吊装作业设计的精度。此外，吊装分析也是海上导管架拆除计算中最为重要的分析计算之一。综上所述，在进行吊装作业前，尤其是大重量的钢结构吊装作业前必须进行吊装验算，从而使施工过程尽可能安全。基于此，本文基于某文教钢结构工程，对最大钢柱和钢梁吊装进行数值模拟，分析验算吊装过程构件的受力情况，以期为类似吊装施工提供参考。工程概况赣州市南康区城镇某文化旅游基础设施建设及配套产业提升项目（以下简称某文教钢结构项目），结构为异形钢框架结构，整体南北长度为，东西长度为 ，施工结构分区分为 馆、馆和外侧悬挑梁三个区域。该工程的主体钢结构轮廓示意如图 所示。图 主体钢结构轮廓示意姜观荣，等：建筑钢结构吊装施工工艺及稳定性验算研究 钢结构吊装施工工艺分析.钢柱吊装施工工艺为了满足吊装施工的需要，根据现场塔吊布置及钢柱的截面尺寸参数，将 馆和 馆区域钢柱采用塔吊分段吊装的方式进行施工，局部超出塔吊吊装范围后的钢柱分段需采用 汽车吊进行辅助吊装。钢柱的施工工艺：吊装前将安装爬梯安装在钢柱的一侧，同时在钢梁牛腿位置处安装临时操作平台，便于钢柱对接时工人焊接操作。预先将吊耳焊接在耳板处。起吊中当钢柱吊到预定安装位置正上方约 时，塔吊先暂停稳定后，将钢柱对准底部预埋扣件螺栓孔和十字线后再缓慢下落，确保钢柱四边中心线与基础十字轴线对准。如果存在偏转，则需通过上下耳板相连接的螺栓实现调整。如果存在偏差较大，则需要通过安装千斤顶来实现钢柱的纠正，此过程可借助经纬仪进行观测控制。纠偏完成后通过高强螺栓进行临时固定，再通过起落钩与撬棒调节，达到设计标高值偏差 以内的要求。最后打入钢楔，实现钢柱固定。.钢梁吊装施工工艺钢梁采用结构内塔吊整根进行吊装。对于结构中大跨度钢梁安装，由于现场场地有限，不能进行大跨度钢梁地面拼装整根吊装的的施工方式，因此采用钢梁分段吊装，钢梁分段位置下部设置临时支撑架，支撑架平面尺寸为.，节间高度为.，构件规格如下：立柱，水平腹杆采用，斜腹杆采用，材质为。外侧悬挑区域采用塔吊及 汽车吊混合吊装的形式对外侧悬挑钢梁完成吊装。钢梁的施工工艺：随钢柱安装顺序进行，相临钢柱安装完毕后，采用塔吊及时进行钢梁安装，钢柱安装后及时用钢梁连接固定，总体的安装次序为：先主梁后次梁，先内后外、先下后上。吊装验算.钢梁吊装验算该文教钢构件吊装过程中，钢梁吊装分析采用通用有限元分析软件，计算荷载为结构自重。结合工程结构中钢梁跨度较大的一段钢梁进行吊重分析（钢梁长.），钢梁截面 （），材质为，重量为.，将参数输入软件，其中钢梁节点及内部加劲板重量在软件中通过调整自重系数来考虑，取.。建立模型的计算结果如图 所示。（）位移云图（）吊绳反力图 钢梁吊装有限元计算结果由图 可知，钢梁在吊装过程中最大位移为.，吊绳最大荷载为.。本工程中拟选用符合 重要用途钢丝绳的吊绳为 钢丝绳，强度等级 ，查得钢丝绳直径.，钢丝总断面积 面积为.。容许拉力及安全系数 为，钢丝绳捻制不均折减系数为.。则吊绳的允许拉力为：.故选用吊绳满足受力要求。.钢柱吊装验算钢柱有限元分析取钢柱 ，钢柱高度约.，截面 ，材质为，重 年第 期 第 卷施工技术量约为.。钢柱节点及内部加劲板重量在软件中通过调整自重系数来考虑，取.。建立模型的计算结果如图 所示。（）位移云图（）吊绳反力图 钢柱吊装有限元计算结果由图 可知，钢柱进行吊装时，桁架在吊装过程中最大相对变形较小，为.，吊绳最大荷载为.小于.，故选用吊绳满足受力要求。.卸扣选用结合钢结构吊装验算结果和现有钢结构相关吊装经验，本次吊装选用的卸扣是由环圈和销轴构成，材料采用、号、号钢锻制。销轴可选用 号或 号钢。在本工程钢结构柱和梁的吊装时，卸扣选用.级的卸扣，即均按照安全负荷为.的要求，其最大钢丝绳直径为。根据吊装验算，本次数值计算所选取吊装构件在吊装过程中变形及应力情况均满足吊装要求，其中钢梁采用 根.钢丝绳进行吊装，钢柱则采用 根.钢丝绳进行吊装。由于现场钢柱所带节点相对复杂，钢柱重量变化较大，因此在进行吊装前需进一步结合吊装钢柱重量对上述规格钢丝绳承载力进行复核，以确保构件吊装安全。.钢梁和钢柱吊耳验算根据内部构件吊耳尺寸，对吊装验算中 以及 所配的吊耳进行验算。如图 给出吊装作业中采用钢梁和钢柱的吊耳规格参数。结合吊装工艺和设计值要求，现进行钢梁和钢柱吊耳板承载力的结果验算，具体的验算过程如下。（）钢梁吊耳规格参数（）钢柱吊耳规格参数图 钢梁和柱吊耳（单位：）.钢梁吊耳验算结合吊装工艺和设计值要求，现进行钢梁耳板承载力验算，相关参数如表 所示。（）销轴孔净截面的抗拉强度验算。，|（）姜观荣，等：建筑钢结构吊装施工工艺及稳定性验算研究 .（）满足要求！表 钢梁吊耳验算的基本参数名称数值名称数值名称数值钢梁自重.抗压强度设计值 耳板厚度 安全系数 耳板钢丝绳拉力设计值 .耳板孔径 耳板钢丝绳水平夹角 抗剪强度设计值 水平偏心距 耳板宽度 吊耳两侧边缘与吊孔边缘净距 竖向偏心距 竖向拉力设计值 .角焊缝计算强度 焊缝尺寸 水平拉力设计值 .吊孔边距板边缘最小距离 焊缝长度 焊缝计算厚度 抗拉强度设计值 耳板高度 （）耳板端部抗拉强度验算。|.（）满足要求！（）耳板抗剪度强度验算。.（）满足要求！（）耳板与构件连接处截面承载力验算：折算应力|.（）满足要求！（）角焊缝承载力计算结果及判断：（）（.）|.（）满足要求！综合以上验算结果可知，钢梁所配耳板的承载力满足要求，安全可靠。.钢柱吊耳验算结合吊装工艺和设计值要求，现进行钢柱耳板的承载力验算，相关参数如表 所示。表 钢柱吊耳验算的基本参数名称数值名称数值名称数值钢柱自重 断面设计剪切应力 耳板厚度 起吊点个数 焊缝承载力设计值 销轴孔直径 安全系数.耳板拉、压、弯强度设计值 偏心距 上下连接板长度 销钉孔最小边距 单个断面长度 单连接点竖向力 角焊缝计算强度 焊缝尺寸 连接板计算长度 吊孔边距板边缘最小距离 焊缝长度 焊缝计算长度 孔壁承压强度设计值 销轴直径 （）角焊缝承载力验算。耳板中部焊缝剪力为：.（）年第 期 第 卷施工技术满足要求！耳板端板焊缝正应力为：.（）满足要求！（）下柱连接耳板承载力验算。耳板中部剪应力为：.（）满足要求！耳板端板正应力为：.（）满足要求！（）吊耳孔壁强度验算。.（）满足要求！（）吊耳处受剪强度验算。.（）满足要求！综合以上验算结果可知，钢柱耳板及焊缝受力均满足规范要求，安全可靠。结束语针对某在建文教建筑钢结构吊装施工开展研究，首先以 钢梁和 钢柱的吊装为研究对象，采用有限元分析软件 实现了吊装模拟验算，验算结果表明钢柱和钢梁及焊缝受力均满足规范要求。研究结果可为该工程中其它钢梁和钢柱的吊装施工设计提供参考，并为其它类似钢结构的吊装提供了一种扣件选型的思路和参考。参 考 文 献 宗德新，康梦祥，高珩哲，等面向制造与装配的钢结构建筑设计影响因素及对策研究新建筑，（）：苗纪奎，胡蓝皓，鲍建光，等钢结构装配式住宅配套外墙板的研究进展山东建筑大学学报，（）：王山，彭定荪城市复杂环境下的人行天桥大跨度钢箱梁吊装建筑施工，（）：杜虎明，申铁军 单箱双室钢箱梁桥吊运与承载能力验算分析山东交通科技，（）：张东岭，余术刚，张剑，等某市政钢桁架桥吊装施工工艺及施工稳定性验算公路工程，（）：雷晓花，王景阳，张军良，等大跨度弧形梁吊装施工验算关键环节中国建筑金属结构，（）：李记忠海洋工程结构物海上吊装吊绳力的计算化学工程与装备，（）：张海荣海洋平台上部组块海上吊装吊钩位置计算研究石油和化工设备，（）：陈曦，赵佳宁，王越钊，等基于 软件的吊装分析在导管架拆除项目中的应用石油和化工设备，（）：谢琰，王艳，胡解平超大地下连续墙钢筋笼吊装施工与验算四川水泥，（）：申冠鹏跨线桥钢箱梁在雨水调蓄池上吊装的施工技术研究广东土木与建筑，（）：李文治系杆拱桥吊耳设计及计算方法探讨湖南交通科技，（）：邓秀林大型塔架吊装受力分析中国石油和化工标准与质量，（）：（本文收稿：）