绵阳新益大厦内院钢结构工程汽车起重机吊装方案专项分

绵阳新益大厦内院钢结构工程汽车起重机吊装 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 专项分 绵阳新益大厦内院钢结构工程 汽车起重机吊装方案专项分析 四川华神钢构有限责任公司技术部 一、汽车起重机吊装方案介绍及技术难点 1、方案介绍 绵阳新益大厦加建的内院钢结构工程项目在是在四周已经封闭建成，且已投入使用的建筑群内部的天井里增建一个单层面积为2100?的五层钢结构建筑物。天井周围已有的2栋高层及2栋多层围成“口”字形，建筑平面示意图如图1.1所示。 该施工区域的地面为原建筑群地下停车库的顶面，施工场地地面以下即为地下停车库，停车库层高约为7.2m，因原设计考虑该屋面为建筑群内天井地面， 2无大型设备与货物停滞，因此设计荷载较小(仅为3.5 KN/m)，大型起重设备无法直接进入。并且由于17层建筑物的阻挡，在原建筑物内外安装塔吊非常困难。 同时，根据业主要求，本项目主结构安装周期为3个月，工期比较紧张。 1 图1.1 建筑平面示意图 根据建筑结构功能位置分部及现场情况，对于绵阳新益大厦内院钢结构安装的施工吊装工作，考虑采用最大额定总起重量为25吨的汽车起重机(轮胎式起重机)在安装场地内开行的方式进行钢结构构件的吊装作业。汽车起重机示意图如图1.2所示。 图1.2 汽车起重机示意图 该工程的工期要求很紧，根据该工程的施工现场条件，如果使用其它的吊装方式，由于吊装设备的安装、拆卸所需要的时间，以及吊装设备在施工现场的移动性降低，难以保证工程按期完成。而使用汽车起重机吊装方案，其优点是:汽车起重机移动性好，工作效率高;安全性高，可以杜绝安全隐患，该种吊装方案的在技术、经济，尤其是工期方面具有较大的优势。 是:由于汽车起重机本身的自重大，加上起吊钢结构该方案的一个主要问题 构件的重量，给地面带来了较大的施工阶段荷载，在汽车起重机施工阶段必须对地面采取加固措施，使得地面的承载力满足施工要求。 由于原结构地面的结构形式为梁柱体系加大板地面，在汽车起重机的施工过程中，在汽车起重机开行范围内，在原结构地下室内布置满堂脚手架，对地面进行施工阶段的临时支撑。 安装时使用起重量为25吨的汽车起重机，其本身自重为29吨，施工过程中起吊构件的重量约为4.5吨。汽车起重机在工作过程中，自身的重量及起吊构件的重量全部由伸出的4个支腿承担，由于在起吊过程中，起重臂需要进行旋转， 2 将可能导致4个支腿的受力存在不均匀的情况，一个最极端的不利工况是汽车起重机的自重及构件重量只由其中2个支腿来承担。 2、技术难点 由上述分析可知，采用25吨汽车起重机方案的技术难点是对原地下室楼面的加固处理、楼面表面的保护处理和汽车起重机支腿垫块处理。 a) 地下室的加固 原结构地下室的加固，采用在地下室内部搭设满堂承重脚手架的方式。 承重式脚手架采用600mm步距的碗扣式脚手架，具体设计见本 报告 软件系统测试报告下载sgs报告如何下载关于路面塌陷情况报告535n,sgs报告怎么下载竣工报告下载 第五部分内容。 承重式脚手架顶面按照300mm*300mm的间距，脚手架顶端通过100mm*100mm的木方与楼板顶紧，木方放置与脚手架顶端的U型顶托内，通过拧紧螺栓的方式保证木方与楼板紧密接触，以保证楼面荷载的顺利传递。 需要指出的是，承重式脚手架应对地下室楼面的楼面板和梁同步支撑加固;不得使得地下室楼面板和楼面梁产生附加应力;同时在吊装工作的全过程中，应该安排专人对承重脚手架进行监控，发现问题及时处理。 同时，对于地下室楼面的加固必须在地下室结构柱和楼面梁加固完成，且加固混凝土强度完全达到设计值后，方可进行。 b) 地下室楼面表面的保护处理 汽车起重机在楼面上运行时，制动冲击力和轮胎对楼面的摩擦均会对地下室楼面表面造成破坏，因此必须对露面的表面进行保护。措施见本报告第六部分内容。 c) 汽车起重机支腿垫块处理 由于汽车起重机液压支腿的随车垫块是按照坚实地面设计的，因此在本项目中，如果仅仅使用支腿，将会导致局部压力过大。根据地下室楼面加固支撑的设计要求，应该另外制作专用支腿垫块，将局部压力分散开来，避免局部混凝土楼板出现开裂等现象。 液压支腿垫块采用16#工字钢制成井字形框架，上下两面覆盖20mm厚钢板的方式制作，垫块平面尺寸为1200mm*1200mm。垫块如图1.3所示 。 3 图1.3 支腿垫块图 二、用脚手架支撑楼板承重施工过程分析的重点及难点 在施工过程中，对于结构的楼板部分，常常会遇到比楼板结构的设计使用荷载大的施工荷载的情况。此时，比较常用的楼板加固措施是在楼板下使用脚手架、门架或者钢桁架对其进行支撑。 在对使用脚手架支撑楼板来共同承担施工过程荷载进行施工阶段的分析时由于脚手架为临时结构构件，如果楼板向上变形的话，脚手架与楼板之间将会脱空，此时脚手架不参与结构的受力，所以实际上脚手架在施工阶段的结构中只能够承担压力，脚手架与楼板之间的连接为只受压连接。当汽车起重机在楼板上开行时，重量集中在轮胎位置，汽车起重机在吊装工作过程中，重量集中在支腿处，此时楼板为局部受压，当局部压力过大时，混凝土楼板中可能会出现局部进入弹塑性的情况，而在设计中，往往只考虑混凝土处于弹性阶段。因此对于施工阶段的分析，以下两个方面是分析的重点及难点: 1、必须考虑钢筋混凝土楼板的材料弹塑性 钢筋混凝土本身是一种弹塑性材料，实际上其理想的弹性阶段很短，在远远小于其抗压强度的荷载作用下，混凝土就开始产生裂缝，在不太大的压力作用下，混凝土就具有非弹性的性质，表现出弹塑性的性质。由于楼板局部受到很大的压力作用，在受压范围及其周边附近，混凝土楼板有可能进入到弹塑性阶段，混凝土的抗压强度是一定的，当混凝土达到其最大应力的时候，如果荷载仍然增大，超过混凝土强度的部分则会分布到周围的混凝土单元中。因此在分析汽车起重机 4 在混凝土楼板上开行或者吊装的过程中，由于混凝土的局部压应力较大，分析中必须使用弹塑性材料来计算钢筋混凝土的受力状况。 典型的混凝土单轴时受压应力,应变曲线如图2.1，不同强度的混凝土应力,应变曲线如图2.2。 .1 典型的混凝土单轴受压应力,应变曲线 图2.2 不同强度混凝土应力,应变曲线 图2 2、支撑脚手架与楼板之间只受压连接的模拟 支撑脚手架与混凝土楼板的连接是一种只受压的连接，在楼板向下变形的时候，脚手架对楼板可以起到支撑的作用，但是当楼板向上弯曲的时候，脚手架将与楼板脱开的，此时两者之间没有力的相互作用。为了模拟这种情况，必须在分析中使用“只受压单元”来进行分析，根据有限元分析的特点，在使用到“只受压单元”的时候，需要采取多步迭代的计算方式，因此必须采用非线性的分析方法。另外，如果考虑到实际的施工过程中，总会出现脚手架与楼板之间不可能完全贴合的情况，在分析中，应当考虑脚手架与楼板之间存在一定的微小间隙，因此在分析的时候，应当使用“带间隙的只受压单元”来模拟脚手架。 国内常用的设计软件如PKPM，3D3S等，主要是面向结构的设计工作，无法提供弹塑性材料及非线性单元，因此在施工阶段的分析中必须采用通用有限元分析软件，如MIDAS/Gen、SAP2000、ADINA、ANSYS等。 本次方案设计采用通用有限元分析软件MIDAS/Gen。 三、对汽车起重机吊装施工过程的有限元非线性分析 1、脚手架加固方案 加建钢结构工程中，现有地面以下为地下停车库，停车库使用筏板基础，停车库部分的层高为7.2m。 5 对地下室顶板的施工过程加固采用碗扣式钢管脚手架，脚手架的钢管规格为φ48x3.5，材质为Q235A。脚手架立杆的平面距离分为两种，下部的平面距离为600mmx600mm，靠近楼板的两步平面距离为300mmx300mm，横杆沿高度方向的距离为1200mm，靠近楼板的两步距离分布为600mm和300mm。脚手架布置的轴测示意图(局部)如图3.1。 轴测图 立面图 图3.1 脚手架布置示意图 将整个加建过程范围分为A、B、C三个区域，其中，B区的脚手架在整个施工过程中均不拆除。构件吊装时，先对A区采用脚手架加固，安装A区的构件，然后安装B区构件，此时将A区的脚手架拆除并转运至C区， 对C区进行加固。 在钢结构构件的吊装施工过程中，施工分区及汽车起重机的开行路线见图3.2。在此范围以内，均采用脚手架对楼板进行加固。 6 图3.2 施工分区及汽车起重机的开行路线图 2、计算荷载 绵阳新益大厦加建的内院钢结构工程中，汽车起重机的技术参数参考四川长江起重机厂最大额定起重量为25吨的LT1025汽车起重机的参数选用，起重机自重29吨，其外形尺寸见图3.3。 图3.3 LT1025汽车起重机外形尺寸图 汽车起重机在开行过程中，起重机的自重由车轮传递到楼板，根据《公路桥涵设计通用规范》，汽车起重机前轮的着地尺寸为0.25mx0.2m，后轮的着地尺寸为0.5mx0.2m。四川长江起重机厂的LT1025汽车起重机，前轴荷载63KN，有2 2个车轮，车轮的局部压力为630KN/m;后轴荷载227KN，有4对车轮，车轮的 2局部压力为568KN/m。 吊装构件的最大重量为4.5吨，所以吊装过程中起重机和构件的重量为33.5吨。吊装构件的时候，在汽车起重机支腿下采用钢垫板来分散其荷载的集中度， 7 垫板面积1200mmx1200mm。 汽车起重机吊装过程中，最不利的荷载工况为汽车起重机本身及吊装构件的重量全部由2个支腿承担，此时，每个支腿承受165KN的力，支腿下垫板尺寸 2为1.2x1.2m，混凝土板中的局部压力为115KN/m。 上述荷载为荷载的 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 值，在施工方案的设计中需考虑动力系数的影响，汽车开行过程中的动力系数取1.5，吊装构件的动力系数取2.0。考虑了动力系数后，对计算结果进行荷载组合。以下结果中除了特别注明的以外，均为组合后的计算结果。 整个地下室的有限元分析模型见图图3.4及图3.5。 图3.4 地下室结构模型轴侧图 图3.5 地下室结构模型平面图 8 3、计算结果 (1)、汽车起重机开行计算 汽车起重机开行中的荷载作用见图3.6。 (a) 轴测图 (b)平面图 图3.6 开行中的荷载布置图 考虑了动力系数后，施工过程中整体结构的分析结果如下:(混凝土楼板中局部受压的计算见第四部分楼板受冲切承载力计算及局部受压计算) 最大变形为1.2mm，混凝土楼板最大应力为2.3MPa(小于C40混凝土的开裂应力2.39MPa，远小于C40混凝土的抗压强度26.8MPa)，脚手架立杆的最大轴力为15.0KN，横杆的最大轴力为2.0KN，碗扣节点的最大剪力为0.8KN;脚手架中的最大应力为30.7MPa(远远小于Q235的屈服强度205MPa)。 计算结果见图3.7。 9 (a) 结构变形图 (单位:mm) (b) 混凝土楼板应力图 (单位:MPa) 图3.7 计算结果图 10 (2)、汽车起重机进行构件吊装的计算 汽车起重机在进行构件吊装时的荷载作用分为正常作业情况，见图3.8，以及最不利布置的情况，见图3.9。 图3.8 吊装时正常作业情况下荷载布置图 图3.9 吊装时最不利情况下荷载布置图 考虑了动力系数后，汽车起重机在进行构件吊装时，结构在荷载最不利布置下的分析结果如下:(混凝土楼板中局部受压的计算见第四部分楼板受冲切承载力计算及局部受压计算) 最大变形为1.0mm，混凝土楼板最大应力为2.5MPa(稍大于C40混凝土的开裂应力2.39MPa，远小于C40混凝土的抗压强度26.8MPa)，脚手架立杆的最大轴力为12.1KN，横杆的最大轴力为2.0KN，碗扣节点的最大剪力为0.1KN;脚手架中的最大应力为24.6MPa(远远小于Q235的屈服强度205MPa)。 11 计算结果见图3.10。 (a) 结构变形图 (单位:mm) (b) 混凝土楼板应力图 (单位:MPa) 图3.10 计算结果图 12 4、计算结论 通过以上计算分析可知，使用钢管脚手架对地下室顶板在施工过程中进行加固后，在楼板上开行汽车起重机或者使用汽车起重机进行钢结构构件的吊装，原结构及加固用的脚手架均是安全的。 四、楼板受冲切承载力计算及局部受压计算 根据《混凝土结构设计规范(GB50010,2002)》的要求，在局部荷载或者集中反力的作用下，需要进行楼板受冲切承载力计算及局部受压计算。 在施工过程中，混凝土楼板中存在两种局部承压的情况:一是汽车起重机在开行过程中，由车轮传来的局部压力;二是在汽车起重机吊装过程中，由两块垫板传来的局部压力。混凝土楼板厚度为200mm。 由于此时混凝土楼板下有脚手架支撑，楼板下脚手架平面布置尺寸为300mmx300mm，并且脚手架顶部采用木方，扩大了脚手架端部的面积，并且使得承受局部荷载的楼板面积增加。 对于楼板受冲切承载力计算及局部受压计算采用有限元分析程序MIDAS/Gen进行，此时，对局部受压部位的计算模型单元网格进行细分，细分后的局部受压部位模型见图4.1。 13 图4.1 细分后的局部受压部位模型图 对局部受压部位的计算结果如下: 1、汽车起重机开行计算 局部结构的最大变形为0.2mm，混凝土楼板最大应力为1.6MPa(小于C40混凝土的开裂应力2.39MPa，远小于C40混凝土的抗压强度26.8MPa)。 行走工况下局部受压模型的计算结果见图4.2。 (a) 变形图 (单位:mm) 14 (b) 混凝土楼板应力图 (单位:MPa) 图4.2 行走工况下计算结果图 2、汽车起重机进行构件吊装的计算 局部结构的最大变形为0.2mm，混凝土楼板最大应力为1.1MPa(小于C40混凝土的开裂应力2.39MPa，远小于C40混凝土的抗压强度26.8MPa)。 吊装工况下局部受压模型的计算结果见图4.3。 (a) 变形图 (单位:mm) 15 (b) 混凝土楼板应力图 (单位:MPa) 图4.3 吊装工况下计算结果图 结论:由上述计算结果可知，在两种工作状态下，混凝土楼板中的最大应力为1.6MPa，远小于C40混凝土的抗压强度26.8MPa。在带有脚手架的支撑情况下，在局部压力作用下，楼板受冲切承载力计算及局部受压计算满足规范的要求。 五、碗扣式脚手架计算 建筑施工碗扣式脚手架安全技术规范JGJ166-2008》，对碗扣式钢管脚根据《 手架进行了计算。由于本工程中，脚手架主要起支撑地下室顶板的作用，脚手架的永久荷载，包括:1 组成脚手架结构的杆系自重，包括:立杆、纵向横杆、横向横杆、斜杆、水平斜杆、八字斜杆、十字撑等自重;2 配件重量。 脚手架的可变荷载，主要为脚手架承担的施工荷载，即汽车起重机开行及吊装过程中传递给脚手架的荷载。 单肢立杆稳定性按下式计算: N ?φAf 2式中:A——立杆横截面积;查规范附录B 表B2得A,489mm; φ——轴心受压杆件稳定系数，按细长比查规范附录C; 2f——钢材强度设计值，查规范附录B 表B1得f,205 N/mm。 碗扣节点承载力按下式验算: Pc?Q b 式中:Q——下碗扣抗剪强度设计值，取60kN。 b 脚手架的单肢立杆中的轴力及碗扣节点的剪力，由MIDAS/Gen程序计算得出，单肢立杆中最大轴力为15.0KN，碗扣最大剪力为0.8KN，脚手架中最大应力为30.6MPa，远远小于脚手架钢材的屈服强度205MPa。 按脚手架单肢立杆中最大轴力为15.0KN计算脚手架底托作用在地下室筏板基础顶面混凝土局部应力为0.25Mpa，远小于C40混凝土的抗压强度26.8Mpa。 1200mm长脚手架的长细比λ,76，查附录C得到稳定系数φ,0.744，单根脚手架钢管的承载力为φAf,0.744x489x205=75KN。 16 结论:脚手架的强度、稳定以及碗扣节点承载力能够满足规范要求。 六、施工过程中对地下室原有结构的施工保护措施 使用钢管脚手架对地下室顶板在施工过程中进行加固，为了保证汽车起重机的吊装过程中，不对原有结构造成损坏，在加固的过程中，还需要采取以下措施: 1、在场地内起重机作业位置和运行通道上，下面满铺成品草袋，草袋上面满铺50mm厚木板，每一块木板两端均需用8#铁丝捆扎2-3道。通过稻草，减轻汽车起重机运行中的振动对结构的影响，木板可以增大汽车起重机车轮与楼板的接触面积，起到扩散局部压力的作用。 2、脚手架与混凝土楼板之间，垫有木板，避免脚手架与混凝土楼板的之间接触，同时通过木板，增大脚手架与楼板之间传力的面积，避免混凝土中产生过大的局部压应力，从而保护混凝土不出现裂缝。 3、对于分散起重机支腿压力用的垫板，与楼板接触一面粘贴橡胶垫，避免损伤到楼板。 七、脚手架的搭设时间 本项目按建设方的工期安排，预计2009年10月26日具备钢结构构件进场吊装条件，则在2009年10月12日左右土建施工方必须将地下室A、B区清理干净，方可满足10月26日构件进场条件。我方于2009年10月12日左右开始地下室A、B区脚手架的搭设工作，脚手架搭设工期预计15天。 八、吊装顺序 1、 构件分段 本项目各类构件的重量顺序分别是:箱型钢柱、H型钢主梁、H型钢次梁、钢承楼板(因其可以单张独立垂直运输，因此考虑其单位重量最轻)。其中单根箱型钢柱的重量达8吨之多，为减少地下室楼面的荷载，同时考虑吊装位置的限制，因此考虑箱型钢柱在制造过程中做工艺分段，每根钢柱分为上下两段，每段的重量控制在4—4.5吨;H型钢主梁和H型钢次梁不再分段。 2、 安装顺序 17 本项目全部构件，在水平面内，纵向上首先从24柱线开始向15柱线推进，安装至18柱线时停止安装，起重机掉转方向，自15柱线再次开始向24柱线推进，在18柱线处结构合拢;横向上起重机始终在中间两个轴线内直线运行工作。 在垂直方向上，每一个柱线应分上下两段依次完成本柱线所有箱型钢柱和H型钢主梁的安装后，方可进入下一柱线构件的吊装，以此类推。 H型钢次梁不采用汽车起重机吊装，而采用在已经安装完成的主结构上设置手动滑轮组，进行多点位手动垂直提升作业，以求提高工作效率和降低脚手架与大型起重设备租用周期。 钢柱吊装 18 钢柱垂直度调整示意图 钢梁吊装前准备 19 钢梁吊装 20