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國家體育場(chǎng)鋼(鳥(niǎo)巢)結構安裝工程重型桁架柱單機立直安裝工藝

作者：建筑鋼結構網(wǎng)    
時(shí)間：2009-12-22 20:26:03 [收藏]

    魏義進(jìn) 封葉劍 劉子祥

    提要：國家體育場(chǎng)鋼結構安裝工程，對重型桁架柱采用800噸履帶吊單機立直安裝工藝，經(jīng)當前施工過(guò)程證明，該工藝對于現場(chǎng)的場(chǎng)地利用、施工設備費用、結構安裝工期上都有良好的節約作用，并有較高的應用價(jià)值。
    關(guān)鍵詞：鋼結構、重型桁架柱、單機立直、安裝工藝

    一、工程概況
    國家體育場(chǎng)位于北京市城府路南側，奧林匹克公園中心區內，是北京2008年奧運會(huì )的主體育場(chǎng)。建筑頂面呈馬鞍型，長(cháng)軸為332.3m，短軸為297.3m，南北跨度結構相對標高為42.246m，東西跨度結構相對標高為69.900m，屋蓋中間開(kāi)洞長(cháng)度為185.3m，寬度為127.5m。鋼結構總量約4.6萬(wàn)噸，構件截面均為箱形截面構成不規則的鳥(niǎo)巢形體，其空間位置復雜多邊，形體宏大、美觀(guān)。

    其中主桁架共有48榀，即從24根桁架柱頂端分別沿兩外柱方向，向環(huán)內延伸交叉，主桁架總用鋼量約14000噸，組合柱約17020噸形成如下圖的主要承力體系。

    目前工程已經(jīng)進(jìn)入緊張的現場(chǎng)安裝階段，鋼結構安裝重量已經(jīng)超過(guò)三分之一，其中桁架柱已基本安裝完成，鳥(niǎo)巢形體初現端倪。
    二、桁架柱分段說(shuō)明及設備選擇
    由于收運輸尺寸限制，按公路運輸要求桁架柱分段運入現場(chǎng)后，按指定位置搭設拼裝胎架進(jìn)行現場(chǎng)拼裝，根據鋼結構施工圖初步統計單根鋼柱重量超過(guò)600噸，如采用整體安裝方案，目前國內未有能滿(mǎn)足吊裝工況要求的大型起重設備，因此在深化圖紙設計階段將桁架柱分為上下兩個(gè)分段，下段柱高度為32米至45米，縱橫向寬度同一根柱基本一致，變化范圍為16米至25米，上段柱高度為15米至19米，縱橫向寬度同下柱基本一致。
    最大的分段重量（C7下）達到412噸，最小的分段重量也已經(jīng)達到281噸，且桁架柱分段外型為三角形組合，所需要的最小安裝半徑不得小于20米，因此選擇CC4800型800噸履帶吊作為主要安裝設備，其性能如表１。

    針對選定的吊車(chē)性能，主要以78米主臂工況為主，在分段超重時(shí)采用66米主臂工況安裝，以最大限度地提高吊車(chē)的使用率。
    三、吊耳設計及索具選擇
    （一）、下段安裝吊耳及索具
    桁架柱最重吊裝段為：G=412t，根據桁架柱形狀及分段重量、長(cháng)度、起吊方法及吊機性能等，采用吊耳吊裝。對于下段柱采用主吊車(chē)單車(chē)脫胎，脫胎吊耳采用四點(diǎn)脫胎，兩點(diǎn)在柱分段上端，兩點(diǎn)在分段下端；就位時(shí)將兩外柱的內側增加兩只同拉索方向一致的板式吊耳。其中內柱上端吊耳需要滿(mǎn)足脫胎和吊裝的雙重需要，特別是該吊耳將作為起扳立直過(guò)程中的主要吊耳，并且拉索的作用方向不斷變化，因此設計為管式吊耳，其他均采用板式吊耳。



    其中主吊索均采用鋼絲繩無(wú)頭繩圈，一頭掛于吊車(chē)鉤上，一頭通過(guò)三角形扁擔分兩股定長(cháng)繩圈至兩個(gè)主吊點(diǎn)。
    （二）、上段安裝吊耳及索具
    上段桁架柱的脫胎吊耳和下段一致,但是在就位吊耳布置上有很大區別,就位吊耳均需設置在兩外柱扭曲段的上表面,以適應安裝就位狀態(tài)的需要,同時(shí)為保證吊耳同本體的焊接質(zhì)量,吊耳落點(diǎn)設置在靠近側板附近,并根據吊耳落點(diǎn)的板厚采取了一定的加強措施,布置位置如圖3.4所示，索具配置如圖3.5。


    四、單機立直工藝
    單機立直工藝的優(yōu)點(diǎn)：（1）、適應現場(chǎng)場(chǎng)地相對狹小的條件，解決大型輔助吊車(chē)無(wú)法站位的要求；（2）節約輔助吊車(chē)的費用；（3）提高主吊車(chē)在現場(chǎng)的使用率；（4）大型構件吊裝時(shí)便于統一指揮。立直工藝要點(diǎn)首先根據現場(chǎng)的場(chǎng)地情況，結合桁架柱分段拼裝的位置，無(wú)法滿(mǎn)足兩臺大型吊車(chē)的工作空間，特別地在使用800噸履帶吊時(shí)，為滿(mǎn)足構件吊裝重量的要求，需要設置超起工況，而當前CC4800型履帶吊，只有達到額定荷載的80%以上時(shí)，尾部的超起配重才有可能離開(kāi)地面，此時(shí)吊車(chē)才有回轉的可能。對于常規的單車(chē)立直動(dòng)作，吊點(diǎn)應當設置在靠近吊車(chē)一側，立直回轉軸應當設置在遠離吊車(chē)一側，以防止在構件立直過(guò)程中，構件向起重平面外的傾覆趨勢。但是在本桁架柱分段的立直過(guò)程中，由于構件的重量幾乎均接近吊車(chē)的最大極限荷載，而且構件的長(cháng)度均大于30米，如果采用回轉軸設置在遠離吊車(chē)的方向，當構件立直后，在大于30米的半徑外構件重量已經(jīng)遠超過(guò)該半徑的額定荷載。因此在采取了一系列的保證措施后，選擇了回轉軸靠近吊車(chē)，起吊點(diǎn)遠離吊車(chē)的立直回轉方向，可以保證在20米半徑之內使構件完全立直，并且能夠滿(mǎn)足安裝半徑的需要。
    （一）、立直回轉前準備
    CC4800型800噸單車(chē)將構件脫胎后，將待立直構件同吊車(chē)的起重平面設置在一條直線(xiàn)上，確保吊車(chē)的超起配重中心、吊車(chē)的中心、起扳點(diǎn)、回轉軸中心點(diǎn)四點(diǎn)在一條直線(xiàn)上。如圖4.1所示。
    構件脫胎擱置于地面后，為確保能夠有效地繞預定回轉軸旋轉，即在靠近履帶吊方向的桁架下端設置軟木回轉槽，根據桁架柱下端有兩個(gè)外柱末端可以接觸地面，在對應位置分別設置回轉槽，構造如圖4.2。


    （二）、回轉過(guò)程說(shuō)明
    構件脫胎擺放于立直場(chǎng)地后，對于下柱僅需拆除下端拉索，轉移到兩外柱上端口的板式拉耳上，原內柱上段的主吊索可以沿圓管吊耳轉至同吊點(diǎn)垂直。保持超起配重位置不變,以?xún)戎系觞c(diǎn)為起扳點(diǎn),外柱下端為回轉軸,開(kāi)始構件的起扳動(dòng)作。初始階段，由于起扳的荷載較小，尾部超起配重不會(huì )脫離地面，前端大鉤的起重能力完全滿(mǎn)足要求。隨著(zhù)構件的逐漸立直，起重半徑逐漸減小，起扳吊點(diǎn)所承受的荷載也逐漸增加，但是對應800噸履帶吊的起重能力隨半徑的減小也逐漸增加，在整個(gè)回轉立直過(guò)程中的任何一點(diǎn)，對應的起重半徑和起重能力的對應數值，均在800噸允許的額定起重荷載之內。一般控制在20米半徑之內，將構件可以完全提離地面，分步過(guò)程如圖4.3所示。
    在整個(gè)立直過(guò)程中關(guān)鍵控制措施為防止起扳的構件，往履帶吊方向的回蕩及構件往起重平面外的傾斜，所采取的控制措施主要有以下幾點(diǎn)：

    A、 始終保持800噸履帶吊大鉤在起吊點(diǎn)上方，并設置一定的向大半徑方向的余量，使得在整個(gè)立直過(guò)程中，構件所受的水平拉力為遠離吊車(chē)方向；
    B、 設置在外柱下端的回轉槽必須同周邊的路基箱連成整體，在提供足夠強度的豎向荷載的同時(shí)，也能夠經(jīng)受的起水平推力的作用；
    C、 隨著(zhù)整個(gè)立直過(guò)程，作用于兩外柱上段的副吊索的長(cháng)度將逐漸收緊，在該方向上均設置了120噸~200噸級別的滑輪組，為保證兩個(gè)副吊點(diǎn)可以對構件回轉起到一定的約束作用，必須隨著(zhù)構件的起扳，逐漸拉緊滑輪組跑繩，使滑輪組一直處于張緊狀態(tài)。
    D、 對應構件起扳的較遠方向，在兩外柱頂端分別設置有足夠強度的纜風(fēng)繩，隨構件的立直，逐漸放長(cháng)，特別是在構件已經(jīng)到達可以脫離地面前的臨界狀態(tài)，必須張緊纜風(fēng)繩，以有效控制構件的回轉。
    （三）、構件的調平
    當構件完全立直，并脫離地面后，構件所處于的狀態(tài)，同實(shí)際需要安裝就位的狀態(tài)還存在一定的角度。主要表現為立直后，內柱同大地是不垂直的，而安裝就位狀態(tài)內柱是完全垂直于大地的，因此必須對構件進(jìn)行調平工作。在構件的調平過(guò)程中，仍然依靠設置在兩外柱上端的滑輪組的逐步張緊，縮短輔助吊索的長(cháng)度，將內柱在兩個(gè)方向上調整為垂直狀態(tài)。如圖4.4所示。

    （四）、構件就位
    當構件完全調整到同就位狀態(tài)一致后，將800噸履帶吊帶載開(kāi)行到預定的就位中心位置，最大行走距離約20米，將構件安裝到設計位置，并精確調整到相關(guān)規范規定的偏差范圍之內后，將構件臨時(shí)固定，按既定的焊接方案進(jìn)行構件的焊接固定。
    桁架柱上柱的起扳立直過(guò)程，除構件在外形上存在一定差別外，起扳過(guò)程的控制基本一致。
    五、總結
    在國家體育場(chǎng)桁架柱分段安裝過(guò)程中，由于構件的體量和重量都很大，而且所選用的800噸履帶吊設置超起工況后所需工作空間也非常大，采用單機立直回轉工藝，有效地利用了現場(chǎng)的施工場(chǎng)地，并且節約一臺300噸級的輔助吊車(chē)，有其明顯的經(jīng)濟性。同時(shí)在整個(gè)立直過(guò)程中，充分利用800噸主吊車(chē)的起重性能，其所承擔的荷載隨立直動(dòng)作的進(jìn)行逐步增加，并使其在各個(gè)半徑范圍內的額定起重量都得到了充分的利用，開(kāi)闊了在大噸位構件起重過(guò)程中對構件起重半徑和起重量協(xié)調控制的新思路。同時(shí)根據吊裝工況所設置的圓管式吊耳、三角形鐵扁擔、軟木回轉槽等細部節點(diǎn)措施，有效地保證了單車(chē)立直回轉過(guò)程的安全完成，并在實(shí)踐中得到了很好的驗證，減少大噸位構件在安裝過(guò)程中對大型設備的使用時(shí)間，取得了良好的經(jīng)濟效益和提高了整個(gè)安裝過(guò)程的工作效率。
    參考文獻
    （1）、何焯，設備起重吊裝工程便攜手冊，北京：機械工業(yè)出版社，2005.1；
    （2）、朱學(xué)敏，起重機械，北京：機械工業(yè)出版社，2003.6；
    （3）、中國巨力集團產(chǎn)品介紹，河北保定；
    （4）、沈陽(yáng)碼猛特重型設備性能表，沈陽(yáng)；

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