装配式建筑结构、桥梁及各种构筑物均由柱、梁、板等构件组成,因此,在吊装构件时,需根据结构的具体情况,选择起重机械及各种物件吊装工艺。一般来讲,常见的预制拼装式结构,主要有单层工业厂房、预制框架式结构、预制式大板、钢结构、装配式钢筋混凝土及预应力钢筋混凝土桥梁、地下管、槽等。
6.3.2.1 起重机械的选用原则
预制装配式结构吊装用的各种类型起重机械,选用时应根据工程具体情况,综合考虑下列因素来选择起重机类型和型号:①结构的平面尺寸及平面布置;②构件的重量和吊装高度;③施工现场条件;④现有的起重设备条件;⑤吊装工程量和吊装计划工期。
总的来讲,起重机类型的选择需视施工现场条件、结构类型而定,并综合考虑现有的起重设备条件,而起重机型号选择取决于起重量、起重高度及起重半径3个工作参数。3个工作参数均应满足结构吊装的要求:
(1)起重机的起重量必须大于所吊构件的重量与索具重量之和。
(2)起重高度必须满足所吊构件的吊装高度要求,即满足下式要求。
式中 H——起重机起重高度,m,从停机面至吊钩中心;
h1——安装支座表面高度,m,从停机面算起;
h2——安装空隙,m,即所吊构件支承底面至安装支座表面高度,一般不小于0.3m;
h3——绑扎点到所吊构件支承底面距离,m;
h4——索具高度,m,自绑扎点至吊钩中心,视具体情况而定。
(3)当起重机可以不受限制地开到所吊构件附近去吊装构件时,可不考虑起重半径;但当起重机受限制不能靠近吊装位置去吊装构件时,则应验算当起重机的起重半径为一定值时的起重量与起重高度能否满足吊装构件的要求。
6.3.2.2 结构吊装方法的选用
对于预制装配式结构,根据结构形式的不同及现场施工条件,可采用不同的结构吊装方法。
(1)分件吊装法即起重机每开行一次,仅吊装一种或几种构件,起重机分几次开行吊装完全部构件。本方法由于每次基本是吊装同类型或相近类型构件,索具不需要经常更换,操作方法也基本相同,所以吊装速度快,能充分发挥起重机效率,各工序的操作也比较方便和安全;同时容易组织吊装、校正、焊接、灌浆等工序的流水作业,容易安排构件的供应和现场布置工作。其缺点是不能为后续工序及早提供工作面,起重机的开行路线较长。
对于多层装配式结构的吊装,分件吊装法按其流水方式的不同,又分为分层分段流水吊装法和分层大流水吊装法。前者是以一个楼层为一个施工层(如果柱子是两层一节,则以两个楼层为一个施工层),而每一个施工层又划分为若干个施工段,以便于构件吊装、校正、焊接以及接头灌浆等工序的流水作业;后者是每个施工层不再划分施工段,而按一个楼层组织各工序的流水作业。
分件吊装法较适合于采用移动较为方便的起重机械(如自行式起重机、轨道式塔式起重机等)吊装单层工业厂房、多层装配式结构等预制装配式结构。
(2)综合吊装法是以一个柱网(节间)或若干个柱网(节间)为一个施工段,以结构的全高为一个施工层来组织各工序的流水作业,起重机在一个施工段内吊装完全部构件至结构的全高,然后转移到下一个施工段。起重机一次开行便可完成全部结构吊装。
采用综合吊装法,起重机开行路线短,停机点少;每吊完一个施工段,后续工种就可进入工作,使各工种交叉平行流水作业,有利于缩短工期。其缺点是由于同时吊装不同类型构件,吊装速度较慢;构件供应紧张和平面布置复杂;构件校正困难,最后固定时间较紧,结构稳定性难以保证;工人在操作过程中上下频繁,劳动强度大。
综合吊装法目前较少采用,对于某些结构(如门式框架结构)有特殊要求,或使用移动较为困难的起重机械(如桅杆式起重机)时,才采用综合吊装法。
(3)桥梁施工预制梁吊装方法选用在岸上或浅水区,预制梁的安装可采用龙门吊机、汽车吊机及履带吊机;水中梁跨安装常采用穿巷吊机、浮吊及架桥机等方法。预制梁安装方法如下。
1)用跨墩龙门吊机安装:适用于岸上和浅水滩以及不通航浅水区域安装预制梁。
2)用穿巷吊机安装:穿巷吊机可支承在桥墩和已架设的桥面上,不需要在岸滩或水中另搭脚手与铺设轨道,因此,适用于在水深流急的大河上架设水上桥孔。
3)自行式吊车安装:陆地桥梁、城市高架桥预制梁安装常采用自行吊车。
4)浮吊安装:浮吊安装预制梁,施工速度快,高空作业较少,是航运河道上架梁常用的办法。
5)架桥机安装:架桥机架设桥梁一般用于长大河道上,公路上采用贝雷梁构件拼装架桥机,铁路上采用800kN、1300kN、1600kN架桥机。
6.3.2.3 构件吊装工艺
无论是装配式建筑结构还是桥梁或其他构筑物,预制构件的吊装过程一般包括绑扎、起吊、就位、临时固定、校正和最后固定等工序。
1.柱的吊装
(1)柱的绑扎。柱身绑扎点和绑扎位置,要保证柱身在吊装过程中受力合理,不变形或裂断。一般中、小型柱绑扎一点;重型柱或配筋少而细长的柱,绑扎两点甚至两点以上以减少柱的吊装弯矩;必要时,需经吊装应力和裂缝控制验算后确定。对附有牛腿的柱子,如果采用一点绑扎时,绑扎位置在牛腿下面。
按柱吊起后柱身是否能保持垂直状态,分为斜吊法和直吊法。相应的绑扎方法有:第一种是斜吊绑扎法(图6.18),用于柱的宽面抗弯能力满足吊装要求的情况。此法无需将预制柱翻身,但因起吊后柱身与杯形柱基础底不垂直,对线就位较难。另外一种是直吊绑扎法(图6.19),适用于柱宽面抗弯能力不足,必须将预制柱翻身后狭面向上,刚度增大,再绑扎起吊。此法因吊索需跨过柱顶,需要较长的起重杆。
图6.18 斜吊绑扎法
(a)一点绑扎;(b)两点绑扎
1—吊索;2—椭圆销卡环;3—柱子;4—棕绳;5—铅丝;6—滑车
图6.19 直吊绑扎法
(a)一点绑扎;(b)两点绑扎
1—第一支吊索;2—第二支吊索;3—活络卡环;4—铁扁担;5—滑车;6—长吊
(2)柱的起吊柱的起吊方法,按柱在吊升过程中柱身运动的特点分旋转法和滑行法;按所用起重机的数量分,有单机起吊和双机抬吊。
单机起吊的工艺如下:
1)旋转法。此法系起重机边起钩、边旋转,使柱身绕柱脚旋转而逐渐吊起。其要点是保持柱脚位置不动,并使柱的吊点、柱脚中心和杯口中心三点共圆,如图6.20所示。特点是柱在吊升中所受震动较小,但对起重机的机动性要求高,所以它一般采用自行式起重机。
2)滑行法。此法系起吊时起重机不旋转,只起升吊钩,使柱脚在吊钩上升过程中沿着地面逐渐向前滑行,直至柱身直立,要点是柱的吊点要布置在杯口旁,并与杯口中心2点共圆弧。其特点是起重机只需转动吊杆,即可将柱子吊装就位,较安全,但滑行过程中柱子受震动,故只有起重机场地受限时才采用此法,如图6.21所示。
(3)柱的对位和临时固定。柱脚插入杯口后,使柱的安装中心线对准杯口的安装中心线,然后将柱四周8只楔子打紧临时固定。吊装重型、细长柱时,除采用以上措施临时固定外,必要时可增设缆风绳拉锚。
图6.20 旋转法吊柱
(a)旋转过程;(b)平面布置
1—柱子平卧时;2—起吊中途;3—直立
图6.21 滑行法吊柱(www.xing528.com)
(a)滑行过程;(b)平面布置
1—柱子平卧时;2—起吊中途;3—直立
(4)柱的校正包括平面定位轴线、标高和垂直度。柱平面定位轴线在临时固定前的对位时已校正好;标高则在柱吊装前,由调整基础杯底的标高控制在施工验收规范允许的范围以内;而垂直度的校正可用经纬仪的观测和钢管校正器或螺旋千斤顶(柱较重时),如图6.22和图6.23所示。
图6.22 钢管撑杆校正法
1—钢管校正器;2—头部摩擦板;3—底板;4—钢丝绳;5—楔块;6—转动手柄
图6.23 千斤顶斜顶法
1—柱中线;2—铅垂线;3—楔块;4—柱;5—千斤顶;6—铁簸箕
(5)柱的最后固定。柱校正后,应将楔块以每两个一组对称、均匀、依次打紧,并立即进行最后固定。其方法是在柱脚与杯口的空隙中浇注比柱混凝土强度高一级的细石混凝土。混凝土的浇筑分两次进行。第一次浇至楔块底面以下50mm,待混凝土达到25%的设计强度后,拔出楔块,再浇筑第二次混凝土至杯口顶面,并进行养护。待第二次浇筑的混凝土强度达到70%设计强度后,方能安装上部构件。
2.吊车梁的安装
吊车梁的吊装必须在基础杯口二次灌筑的混凝土强度达到设计强度的70%以上才能进行。吊车梁绑扎时,两根吊索要长,绑扎点要对称设置,以使吊车梁起吊后能保持水平。吊车梁两头需用溜绳控制。
吊车梁的类型,通常有T型、鱼腹型和组合型等。
吊车梁吊装时,应两点绑扎,对称起吊。起吊后应基本保持水平,对位时不宜用橇棍在纵轴方向撬动吊车梁,以防使柱身受挤动产生偏差。
吊车梁吊装后需校正其标高、平面位置和垂直度。吊车梁的标高主要取决于柱牛腿标高,一般只要牛腿标高准确时,其误差就不大。如仍有微差,可待安装轨道时再调整。在检查及校正吊车梁中心线的同时,可用垂球检查吊车梁的垂直度,如有偏差时,可在支座处加斜垫铁纠正。
一般较轻的吊车梁或跨度较小些的吊车梁,可在屋盖吊装前或吊装后进行校正;而对于较重的吊车梁或跨度较大些的吊车梁,宜在屋盖吊装前进行校正,但注意不可有正偏差(以免屋盖吊装时正偏差迭加超限)。
吊车梁平面位置的校正,常用通线法与平移轴线法,如图6.24和图6.25所示。通线法是根据柱子轴线用经纬仪和钢尺,准确地校核厂房两端的四根吊车梁位置,对吊车梁的纵轴线和轨距校正好之后,再依据校正好的端部吊车梁,沿其轴线拉上钢丝通线,逐根拨正。
图6.24 通线法校正吊车梁的平面位置
1—钢丝;2—支架;3—经纬仪;4—木桩;5—柱;6—吊车梁
图6.25 平移轴线法校正吊车梁的平面位置
1—经纬仪;2—标志;3—柱;4—柱基础;5—吊车梁
平移轴线法是根据柱子和吊车梁的定位轴线间的距离(一般为750mm),逐根拨正吊车梁的安装中心线。
吊车梁校正后,应立即焊接固定,并在吊车梁与柱的空隙处浇筑细石混凝土。
3.屋架的吊装
屋盖系统包括有:屋架、屋面板、天窗架、支撑、天窗侧板及天沟板等构件。屋盖系统一般采用按节间进行综合安装:即每安装好一榀屋架,就随即将这一节间的全部构件安装上去。这样做可以提高起重机的利用率,加快安装进度,有利于提高质量和保证安全。
在安装起始的两个节间时,要及时安好支撑,以保证屋盖安装中的稳定。
(1)屋架的绑扎。
屋架的绑扎点应选在上弦节点处左右对称,并高于屋架重心,以免屋架起吊后晃动和倾翻。翻身或直立屋架时,吊索与水平线的夹角不宜小于60°,吊装时不宜小于45°,以免屋架承受过大的横向压力。必要时,为了减小绑扎高度及所受横向压力可采用横吊梁。吊点的数目及位置与屋架的形式和跨度有关,一般应经吊装验算确定。
当跨度不大于18m时,采用三点绑扎;当跨度为18~24m时,采用四点绑扎。当跨度为30~36m时,采用9m长的横吊梁,以降低吊装高度和减小吊索对屋架上弦的轴向压力。组合屋架吊装采用四点绑扎,下弦绑木杆加固,如图6.26所示。
图6.26 屋架的绑扎方法
(a)18m屋架吊装绑扎;(b)24m屋架翻身和吊装绑扎;(c)30m屋架吊装绑扎;(d)组合屋架吊装绑扎;(e)36m屋架双机抬吊绑扎;(f)半榀屋架翻身绑扎;(g)吊索绑扎在屋架下弦的情况
1—长吊索对折使用;2—单根吊索;3—平衡吊索;4—长吊索穿滑轮组;5—双门滑车;6—单门滑车;7—横吊梁;8—铅丝;9—加固木杆
(2)屋架的扶直与就位。
钢筋混凝土屋架一般在施工现场平卧浇筑,吊装前应将屋架扶直就位。屋架是平面受力构件,侧向刚度差。扶直时由于自重会改变杆件的受力性质,容易造成屋架损伤,所以必须采取有效措施或合理的扶直方法。
按照起重机与屋架相对位置的不同,屋架扶直分为正向扶直和反向扶直两种方法。
1)正向扶直:起重机位于屋架下弦一侧,吊钩对准屋架中心。屋架绑扎起吊过程中,应使屋架以下弦为轴心,缓慢旋转为直立状态。
2)反向扶直:起重机位于屋架上弦一侧,吊钩对准屋架中心。屋架绑扎起吊过程中,使屋架以下弦为轴心,缓慢旋转为直立状态。
正向扶直和反向扶直的最大不同点是:起重机在起吊过程中,对于正向扶直时要升钩并升臂;而在反向扶直时要升钩并降臂。一般将构件在操作中升臂比降臂较安全,故应尽量采用正向扶直。
屋架扶直后,应立即进行就位。就位指移放在吊装前最近的便于操作的位置。屋架就位位置应在事先加以考虑,它与屋架的安装方法,起重机械的性能有关,还应考虑到屋架的安装顺序,两端朝向,尽量少占场地,便利吊装。就位位置一般靠柱边斜放或以3~5榀为一组平行于柱边就位。屋架就位后,应用8号铁丝,支撑等与已安装的柱或其他固定体相互拉结,以保持稳定。
图6.27 屋架的临时固定
1—缆风绳;2—工具式支撑;3—线坠
(3)屋架的吊升、对位与临时固定。
在屋架吊离地面约300mm时,将屋架引至吊装位置下方,然后再将屋架吊升超过柱顶一些,进行屋架与柱顶的对位。
屋架对位应以建筑物的定位轴线为准,对位成功后,立即进行临时固定。第一榀屋架的临时固定,可利用屋架与抗风柱连接,也可用缆风绳固定;后榀屋架可用工具式支撑与前一榀屋架连接,如图6.27所示。
(4)屋架的校正与最后固定。
屋架的垂直度应用垂球或经纬仪检查校正,有偏差时采用工具式支撑纠正,并在柱顶加垫铁片稳定。屋架校正完毕后,应立即按设计规定用螺母或电焊固定,待屋架固定后,起重机方可松卸吊钩。中、小型屋架,一般均用单机吊装,当屋架跨度大于24m或重量较大时,应采用双机抬吊。
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