桁架吊装施工工法.doc

平煤神马建工集团科技进步奖
（2013年度）

研 究 报 告

项目名称：高大跨度钢结构栈桥整体吊装的实施与应用
申报单位：平煤神马建工集团有限公司土建处

第一章 课题产生背景
随着中国经济发展水平的提高，人们对能源的需求也就越来越大，这就促使能源企业必须增加能源的产量来满足人们日益增长能源需求，同时在市场经济条件下，各个企业之间的竞争愈加激烈，要想在在激烈的市场竞争中立于不败之地，就必须在有限的资金条件下缩短建设周期，让投资尽快的出效益。传统的钢筋混凝土结构虽然施工工艺也比较成熟，但是由于其施工周期较长，尤其是高大跨度的栈桥、通廊等结构，还会造成成本的大幅度增加。而钢结构的施工速度快，施工比较灵活等的特点恰好弥补混凝土结构这方面的不足。但是钢结构构件的施工难点主要在于构件的吊装与就位，如果在吊装前没有进行精心的组织，科学的计算，不仅会造成施工成本的巨大浪费，还很有可能出现质量和安全事故。由我项目负责施工山西王家岭煤矿洗煤厂高大跨度钢结构栈桥整体吊装经过精心的组织安排，科学的计算，采用整体吊装方案，一次吊装就位，这样不仅保证了钢结构栈桥的质量，节约了一大笔施工成本，而且为今后此类工程的施工积累了丰富的施工经验。
第二章 课题主要研究内容及技术经济指标
项目研究主要内容：
1、高大跨度钢结构栈桥整体吊装方案的选择和确定、吊装计算、吊装程序工艺以及安全保证措施。
2、主要技术指标：
1）、减少吊车进场次数，节约施工成本
2）、缩短施工工期，加快施工进度。
3）、减少高空作业的安全隐患。
4）、减少施工现场焊接工作量，保证工作质量。
工程特点及难点：
1、作业面多，施工工期紧。本工程需要整体吊装的栈桥有13榀，加上还有5榀钢结构栈桥支架，需吊装的钢结构构件有18榀之多。
2、现场施工条件复杂，施工场地狭小，温度低且多大风天气，施工环境差。王家岭选煤厂位于一山沟当中，所有场地都是经过挖山回填而成。施工场地十分狭小，而且有部分栈桥位于山坡之上。给吊装带来了很大的难度。
3、整体栈桥跨度大，且要穿过原有栈桥交叉施工，需要多台吊车配合施工。由于现场施工场地的限制，根据施工现场实际工程进度分批次安排栈桥进行吊装，这样就造成了后期需要进行吊装的栈桥必须穿过原有栈桥进行施工。
4、现场建筑物多，视野不好，指挥吊车具有难度。栈桥吊装时土建工程主体部分大部分已经施工完成，阻挡了吊装的视线，给吊装工作带来了很大的难度。
5、栈桥安装精度高，吊装需要一次完成，有夜间施工。钢结构工程要求的精度很高，加上工期期限的限制，为了按照工期完成施工任务，就需要夜间施工。给安装工作带来了不小的挑战。
第三章 工程施工范围
一、工程概况
山西王家岭煤业有限公司选煤厂工程，位于山西省忻州市保德县孙家沟乡王家岭工业园区，属于省重点工业园项目，典型的黄土高原地形，山路崎岖，距保德县城大约40公里，且没有公路与之直接相通，交通十分不便，加上施工现场场地狭小，而且与土建施工相互交叉，给桁架组装以及后期吊装带来了很大的难度。
王家岭选煤厂栈桥主要以钢结构为主，其工程及相关详细数据见下表：
工程名称
桁架
编号
桁架
总量
桁架支座标高
跨度
桁架
宽度
桁架
高度
A
B
主井井口房至原煤仓栈桥（一平台）
GHJ1
35T
-3.892m
5.595m
34.45m
4.4m
3m
GHJ2
32T
5.703m
12.718m
28.125m
4.4m
3m
GHJ3
70T
14.347m
22.361
49.6m
4.4m
3m
GHJ4
70T
23.232m
31.312m
49.6m
4.4m
3m
GHJ5
75T
32.117m
40.164m
56.464m
4.4m
3m
筛分破碎车间至主厂房栈桥（二平台）
GHJ1
32T
8.486m
16.796m
27.5m
4.4m
3m
GHJ2
68T
19.171m
27.305m
48.342m
4.4m
3m
1#转载点至筛分破碎车间栈桥（二平台）
GHJ1
84T
12.448m
21.180m
48.128m
4.4m
3m
主厂房至矸石仓、产品仓栈桥（GHJ1、GHJ2二平台GHJ3、GHJ4、GHJ5一平台）
GHJ1
42T
4.8m
11.117m
34.45m
3.8m
3m
GHJ2
31T
12.118m
16.5m
28.62m
3.8m
3m
GHJ3
52T
4.832m
13.749m
34.98m
6.1m
3m
GHJ4
82T
15.184m
27.223m
48.08m
6.1m
3m
GHJ5
82T
27.429m
38.386m
43.76m
6.1m
3m
原煤仓至产品仓栈桥
GHJ1
35T
36.075m
37.779m
31.61m
4.1m
3m
注：一平台地面标高为-13.5m、二平台地面标高-0.300m。
二、工程施工范围
工程施工范围包括：王家岭所有钢桁架栈桥的加工及吊装。包含主井井口房至原煤仓栈桥桁架5榀，1#转载点至筛分破碎车间栈桥1榀，筛分破碎车间至主厂房栈桥2榀，主厂房至矸石仓、产品仓栈桥5榀，原煤仓至产品仓栈桥1榀，共计13榀。具体参数见上表。
三、吊装方案的选择
吊装布局示意图
根据现场施工实际条件，经过几种方案相互比选，最终确定才用构件在工厂加工完成后，运至施工现场进行拼接组装，最后进行整体吊装施工，吊装与土建施工相结合，在达到吊装条件后，根据施工进度分批次进行，这样既保证了构件焊接质量，减少了施工现场焊接的工作量，加快了施工进度，同时还减少了吊车进场次数，降低了施工成本。最后制定的吊装方案如下：第一次吊装主厂房至矸石仓产品仓栈桥GHJ1、GHJ2、GHJ3，筛分破碎车间至主厂房GHJ1、GHJ2，主井井口房至原煤仓栈桥GHJ1、GHJ2，进场吊机100T及160吨各一辆，第二次待土建施工完成后一次性吊装剩余所有钢桁架。进场吊机300T及500T各一辆。根据现场实际条件分析，主井井口房至原煤仓栈桥GHJ5吊装场地最小，施工高度最高，桁架重量大，吊装难度最大，下面就以主井井口房至原煤仓栈桥GHJ-5为例进行吊装验算。

吊装布局示意图

桁架立面示意图
四、吊装计算:
双机吊装计算（因为主井井口房至原煤仓栈桥GHJ-5重量大，吊装高度最高，施工难度最大，故以主井井口房至原煤仓栈桥GHJ-5为例进行计算）
（一）计算钢结构重心位置
1. 桁架形状图形左右上下对称,重心位置在结构几何位置,如下图.

2.桁架计算吊装载荷P
P=(Q+q)K1K2=(75+1)×1.1×1.1=91.96T
F1=F2=1/2P=45.98T
P:吊装载荷
Q:吊装钢结构重量为75T
q:吊索和钩头重量为 1T;
K1: 动载系数,一般取1.1;
K2: 不平衡系数,一般取1.1;
QAY300吊车10米工作能力为96T>45.98T,满足要求。
QAY500吊车10米工作能力为200T>45.98T,满足要求。
3计算起升高度H
A端：HA=H1+ H2+ H3=47.66m
B端：HB=H1+ H2+ H3=60.5m
吊带长8m,去掉捆扎长度1m,实际吊带长度7m,钢结构宽3m,即
H1=7*sin(cos-1(2.2/7))=6.64m
H2=钢结构就位时与基础间操作空间,一般取0.2m;
H3=牛腿高度距地面高度A端40.82m，B端53.66m；
4计算吊臂长度L
LA=((H-h+B)2+(R+r)2)1/2
=((52.46-3.75+4)2+(10+1)2)1/2=49.2m
LB=((60.5-2.8+4)2+(10+1.3)2)1/2=62.7m
h:吊车回转中心高度
B:吊车滑轮组的作业余量,一般取3～5m,
R:吊车回转半径,根据现场实际情况选取,取10m,
r:吊车臂支点与回转中心的水平距离,相对吊装
方向格构臂吊车一般在回转中心的前方,液压臂
吊车一般在回转中心的后方,从吊车性能表查取。

5索具选择的计算:
F2=F1=51.1T
单个吊点的受力
F3=F4=F2/2/COS(sin-1(2.2/7)=26.8T
Sp：钢丝绳破断拉力，根据钢丝绳的结构查取，SP=60000
F< SP 符合要求

第五章 吊装程序及工艺
一、吊装基本程序
1）吊车进场就位；按方案要求选取索具，做好吊装前准备工作；
2）试吊、检查；
3）正式吊装；
二．吊装工艺
1、吊车按计算选用配置的要求和主吊臂臂长，主配重总量，将主吊车安装好，吊索按吊装要求挂设好；
2、式起吊前，检查吊车站位，接杆是否符合要求，支腿的垫铁是否牢固，起重索具穿绕挂设和工具安装是否符合规范要求等，全部检查无误，报吊装总指挥批准后进行试吊；
3、吊：拆除临时固定索具，指挥吊车缓将钢结构吊离支撑约200mm，停车检查吊车的受力情况，吊车支腿处地基沉降情况，工索具受力情况，起重指挥信号联系是否畅通无误，如无异常情况，将钢结构缓慢落回原位准备正式吊装；
4、式起吊：指挥吊车缓慢起吊，钢结构离支撑物约200mm，停车按试吊要求检查各部位，如无异常，开始正式起吊，在吊装过程中，随时检查吊车配合作业过程中吊车滑轮组是否垂直受力，吊车支腿的垫设及地基沉降情况等；
5、车缓慢将钢结构就位，就位时应密切关注吊车掉臂是否与钢结构抗杆，检查确认操作半径
6、认钢结构安装符合要求后，摘除吊索，吊车转场，吊装结束。

第六章 施工安全保证措施
一、安全操作一般要求
1. 吊装前应编制结构吊装施工组织设计或制定施工方案，明确起重吊装安全技术要点和保证安全技术措施。须经有关技术部门审核、批准后，方可进行。
2.施工队负责人必须对工程的高处作业安全技术负责，并建立相应的责任制。
3.所有参加吊装人员必须先进行体格检查，年老体弱、患有高血压、心脏病、癫痫病等患者不得从事吊装工作。
4. 在开始吊装作业前，必须对吊装人员进行安全技术教育和安全技术交底和培训；配备好安全防护用品；熟悉吊装工程内容、安装方法、程序、使用的机具性能，安全技术要点和措施；学习有关安全技术操作规程和各项安全技术规章制度，并严格执行。
5. 吊装工作开始前，应组织有关部门，根据吊装方案要求，对运输和吊装起重设备以及所用索具、吊环、夹具、卡具、缆风绳等的规格、技术性能进行仔细、全面的检查或试验；起重机械要进行试运转，发现机件转动不灵活或有磨损、损坏、松动等现象，应视情况修理或对已磨损严重或有隐患的及时更换；滑轮组和机械的轴承等转动部分应加润滑油，经检查合格方可吊装。重要构件在正式吊装前，应进行试吊，检查各部受力情况，当一切正常，才可进行正式吊装。所有吊装机具在吊装进行中还应定期检查，发现问题随时处理。
6.高空作业中的安全标志、工具、仪表、电气设施必须在施工前加以检查，确认其是否完好，方能投入使用。
7. 在施工前和施工过程中，要做好现场清理，清除一切障碍物，以利于吊装安全操作。
8. 吊装作业应执行交接班制度，在交接班时，应进行吊装作业有关安全注意事项等内容的交接工作。吊装工具应在交接班时进行安全检查，已磨损或有隐患的必须及时更换。
9. 禁止斜吊，斜吊会造成超负荷及钢丝绳出槽，甚至造成拉断绳索。斜吊还会使重物在离开地面后发生快速摆动，可能碰伤人或其他物体。
10. 起重机应避免带载行走，如需要短距离带载行走时，载荷不得超过允许起重量的70%，构件离地面不得大于50cm，并将构件转至正前方，拉好溜绳，控制构件摆动。
11.起吊构件时，提升或下降要平稳，避免紧急制动或冲击。专人指挥，信号清楚、响亮、明确，严禁违章作业。构件安装后必须检查其质量，确实安全可靠后方可卸扣。每天工作必须达到安全部位，方可收工。
12. 严禁起吊重物长时间悬挂在空中，作业中遇突发故障应采取措施，将重物降落到安全地方，并关闭发动机或切断电源后进行检修。在突然停电时应立即把所有控制器拨到零位，断开电源总开关，并采取措施，使重物降到地面。
13. 起重机的吊钩和吊环严禁补焊，当吊钩吊环表面有裂纹严重磨损或危险断面及有永久变形时必须预以更换。
二、防止高空坠落的控制
1．地面和高空作业人员均应戴安全帽，高空作业人员必须正确使用安全带，安全带要高挂低用，并系在安全可靠的地方。
2．吊装工作区应有明显的标志（或设吊装禁区），并设专人警戒，与吊装无关人员严禁入内。起重工作时，起重臂杆下严禁站人，同时避免在高空作业的正下方、已起吊构件的下面或起重臂旋转半径范围内停留和通过。
3．运输、吊装构件时，严禁在被运输、吊装的构件上站人指挥和放置材料、工具。
4．在高处作业需使用撬杠时，人要站稳，撬杠插进深度要适宜，如果撬动距离较大则应逐步撬动，不宜急于求成。
三、防止高空落物伤人控制
1．地面作业人员必须戴安全帽。
2．高空操作人员携带工具、垫铁、焊条、螺栓等应放入随身佩带的工具袋内，在高空传递时，应有保险绳，不得随意上下抛掷工具、物件，防止滑脱伤人或意外事故。
3．构件绑扎必须牢固，起吊点应通过构件的重心位置，吊升时应平稳，避免振动或摆动。在构件就位固定前，不得解开吊装索具或拆除临时固定工具，以防脱落伤人。
4．构件起吊后，如发现部分破裂，且有脱落危险应严禁继续起吊。
5．构件安装后，应检查连接牢固和稳定情况，如为电焊连接，要做到焊接牢固，不得点焊或漏焊；如为螺栓连接，要紧固必要数量的螺栓；当连接确实安全可靠，才可松钩，卸索。
6．夜间作业必须有充分的照明，在高温炎热天气吊装，应做好防暑降温工作。
7．吊装过程中，应待构件就位后再上前操作，解开构件的吊索时应将安全带系在牢固处，防止空中坠落。
8.在高处安装构件时，要经常使用撬杠校正构件的位置，这样必须防止因撬杠滑落而引起的高空落物伤人。
9.高空操作人员在脚手板上通行时，应该思想集中，防止踏上探头板而从高空坠落。
10.施工中对高处作业的安全技术设施，发现有缺陷和隐患时必须及时解决；危及人身安全时，必须停止作业。
四、防止起重机倾翻的控制
1．起重机行驶的道路，必须平整、坚实、可靠，停放地点必须平坦。地下松软土层要进行夯实处理，路面应平坦坚实，必要时，吊车行走部位需铺设枕木或厚钢板垫道。
2．绑扎构件的吊索、吊环应经计算，所用起重工具应进行检修，并定期检查，对损坏者进行调换。绑扎方法应正确、牢靠，以防吊装中，吊索破断或从构件上滑脱，使起重机突然失重倾翻。
3．垂直面大的构件和设备，必须查明重量和绑扎可靠。重量不明，绑扎不牢的构件和设备，不得起吊，以防造成吊车臂杆折断。
4．起吊构件时，吊索要保持垂直，不得超出起重机回转半径斜向拖吊，以免超负荷和钢丝绳滑脱或拉断绳索，使起重机失稳。起吊重型构件，应设牵拉绳。起重机操作时，臂杆提升、下降、回转要平稳，不得在空中摇晃，同时要尽量避免紧急制动或冲击振动等现象发生。未采取可靠的技术措施，如在起重机尾部加平衡重，起重机后边拉缆风绳等和未经有关技术部门批准，起重机严禁进行超负荷吊装，以免加速机械零件的磨损和造成起重机倾翻。
5．起重机应尽量避免满负荷行驶，在满负荷或接近满负荷时，严禁同时进行提升与回转（起升与水平移动或起升与行走）两种动作，以免因道路不平或惯性力等原因，引起起重机超负荷，而酿成翻车事故。
6．吊装时，应有专人负责统一指挥指挥人员应位于操作人员视力能及的地点，并能清楚地看到吊装的全过程。起重机驾驶人员必须熟悉信号，并按指挥人员的各种信号进行操作，遵守现场秩序，服从命令听指挥，并不得擅自离开岗位。指挥信号应事先统一规定，发出的信号要鲜明、准确。
7．非司机不得擅自开动起重设备，起重机停止工作时，应刹住回转和行走机构，关闭和锁好司机室门。吊钩上不得悬挂构件，并升到高处，以免摆动伤人和造成吊车失稳。
五、悬空作业
1.悬空作业所用的索具、脚手架、吊篮、吊笼、平台等设备，均需经过技术鉴定或验证方可使用，悬空作业人员不得将身子伸出吊篮外。
2.重点把好高空作业，施工人员严禁喝酒和打闹，手持工具应系好安全绳。
3.钢结构安装过程中各个工种进行上下立体交叉作业时，不得在同一垂直方向上操作。下层作业的位置必须处于上层高度确定的可能坠落范围半径之外，不符合以上条件时，应设置安全防护层。
4.高空使用气割，电焊作业时应采取措施防止割下的金属或火花落下伤人。

第六章 经济社会效益分析
一、经济效益
经济效益分析表
序号
项目
数量
单价
费用（元）
备注
1
减少吊车进场次数
2
300000元/次
600000元

2
工期提前节省人工费
32*157人
220元/人工日
1105280元

3
工期提前节省租赁费
1月
17.4万元/月
174000元

4
材料费节省
185条
55元/条
10175元

合计
1889455元

通过大跨度钢结构栈桥整体吊装工，王家岭工地节约成本1889455元。
二、社会效益
采取大跨度整体钢结构栈桥整体吊装后，不仅确保了质量，消除了安全隐患，更使整个项目工期缩短了一个月，这对于外部市场的开拓、企业信誉和企业形象有着重要意义，为公司赢得了非常可观的社会效益。
在设备安装过程中，大跨度钢结构栈桥安装质量好，精度高，赢得了总承包单位的好评，为我公司与总承包方合作的施工设计总承包打下了坚实基础。
第七章 工地现场图片

栈桥组装 原煤仓至产品仓栈桥吊装

原煤仓至产品仓栈桥吊装 原煤仓至产品仓栈桥吊装

主井井口房至原煤仓栈桥吊装 主井井口房至原煤仓栈桥吊装

1#转载点至筛分破碎车间栈桥吊装 1#转载点至筛分破碎车间栈桥吊装

主厂房至产品仓栈桥吊装 主厂房至产品仓栈桥吊装