超高层钢结构双机抬吊技术
一工程概况 (1)
二方法分析 (2)
2.1 深化设计 (2)
2.2 塔吊选择及布置 (4)
2.3 塔吊性能分析 (6)
2.4最重构件吊装分析 (6)
三抬吊方法 (8)
3.1 钢扁担制作 (8)
3.1.1 钢扁担选型 (8)
3.1.2 吊耳验算 (10)
3.1.3 吊耳焊缝设计 (11)
3.2钢丝绳的准备 (11)
3.3吊装作业前的技术交底和检查 (11)
3.4抬吊 (11)
3.4.1 缷车 (11)
3.4.2 (12)
3.5 抬吊注意事项 (18)
四、结论与展望 (19)
[摘 要]运用两台塔吊抬吊的方式安装超重钢构件，在满足吊装要求的情况下使大型垂直运输机械得到最有效利用，减少塔吊租赁费用，直接为项目创造经济效益。
[关键词]抬吊、安全、效益
一 工程概况
XX 是一栋按国际主流标准建造的超甲级写字楼，位于珠江新城中轴线上，毗邻市民广场，总建筑面积约16万平方米，设计高度302.9米，地下5层，地上58层，为钢斜撑框架+混凝土核心筒结构体系，结构形式如图1.1-1所示。
外框架由12根大直径厚壁钢柱和4面巨型斜撑组成矩形结构，通过H 性钢梁与混凝土核心筒内预埋的钢梁埋件连接。总用钢量达11000余吨，其中钢柱4896吨，巨型斜撑1655吨，梁3780吨。外框结构特点主要表现为钢柱、斜撑单根构件较重而超重构件数量少，单个构件最大重量29.1吨，超过25t 的单个构件共14个，包括钢柱8根和斜撑6根，全部位于80m 标高以下，最重钢梁和埋件不超过13t ，需塔吊最大作业半径约31m ，单台塔吊能满足大部分构件的吊装要求。
图1.1-1 结构形式示意图
二方法分析
2.1 深化设计
按照XX广场工程设计特点，地上部分主体钢结构共分为21节，每三层为一节，每节钢柱长12.6m，每层约70根钢梁，每隔8层为一个节点层，节点层外框梁为箱型梁，钢柱上带斜撑和钢梁牛腿，钢柱截面由下到上按1800×35mm~1100×16mm变化，斜撑截面变化为600×1200×70mm~600×800×30mm。带箱梁和斜撑牛腿的钢柱重量较大，其中钢柱毛重达42.8t之多，净重35.3t。为了将超重构件减少，方便现场安装，在深化设计中将该部分钢柱重新分节，如将钢柱5C-A-1（5-7层）分为两节，5-6层为一节，7层带斜撑和箱型框梁牛腿单独为一节，该节柱重量主要集中在牛腿处，不能再进行分节，重新分节后最重钢柱为29.1t（7层钢柱）。钢构件具体分节和重量详见下表所示：
12.6 Ф1400×22
12.6 Ф1400×22
12.6 Ф1300×20
600x1200x70
2.2 塔吊选择及布置
根据工程结构特点，拟采用两台内爬式动臂塔吊作为起重设备。要求塔吊的臂杆长度具有足够的覆盖面，要有足够的其中能力，满足不同部位构件的起吊要求，钢丝容绳梁要满足起吊高度要求，起吊速度要求足够档次，满足安装需要。
本工程最重构件为A/1轴D/4轴上第五节钢柱（5~7层），重量大29.1t，此时塔吊最小作业半径为31m，为了满足钢结构安装要求，需塔吊起重能力大于30t，满足
图2.1-1 地上部分钢结构吊装设备的选择及布置图
74.9
69.5
若选用臂长为52.5m的M760D动臂式塔吊作为本工程的主要起重设备，最大起重量为64t，在52.5m是起重能力为12.6t，在作业半径为31m（A/1轴和D/4轴）时起重能力约26t，小于钢柱5C-A-1的重量29.1t，不能满足吊装要求。为了能够顺利将构件吊装到位，只能选择比M760D更大的塔吊作为起重设备。
然而本工程单根构件重量超过25t的只有14根，且作业半径超过25m的只有4根，此部分构件均位于15层以下，构件重量具体见表1和表2。如果选用起重能力大的塔吊，在吊装好该少部分构件以后势必造成塔吊起重能力的浪费，造成不必要油耗等，不能达到对大型设备的最大利用，并且M760D以上塔吊本身重量大，配重重，需对剪力墙采取特殊加固措施，租赁和措施费用均比较高，效率低，经济效益差。
因此，综合本工程单根构件重量和塔吊布置位置，为了在满足吊装要求的情况下使大型起重设备利用最大化，节约成本，产生最大的经济效益，决定采用两台M600D 塔吊作为吊装起重设备，在满足绝大部分构件的吊装要求的情况下同时也能满足其他
工种的垂直运输要求，而对于超出单机起重能力部分的钢构件采用双机抬吊的方式安装。
2.3 塔吊性能分析
M600D的主要性能及吊重能力分析如下表所示：
25.0 10.0
25.0 15.0
48.0
2.4最重构件吊装分析
根据以上对构件分节重量及塔吊性能的分析可知，第五节和第八节钢柱最重构件
达29t之多，且位于距离塔吊较远的A/1和D/1轴线上，两台塔吊作业半径均大于31m，超出单台塔吊的起重能力，需要利用双机抬吊的方法安装；最重钢斜撑重量为28.211吨，共两根（3ZC-4-1、3ZC-1-1），位于A-B/1轴线和C-D/4两个轴线上，也超出单台塔吊的起重能力，需要双机抬吊。对其最不利工况具体分析如下：
3.1 钢扁担制作
由于抬吊的钢柱直径只有1800mm，本身不具备同时挂两台塔吊的条件，为了保证吊装过程的安全性，抬吊钢柱需采用钢扁担转换，即选用一条刚度满足抬吊要求的H型钢梁作为扁担，塔吊分别悬挂钢梁上表面两端吊耳，钢柱通过四点悬挂于钢梁下表面中间的吊耳上，通过扁担将钢柱吊装到位；对于斜撑，其本身长度已达14m之多，斜撑与水平面之间夹角为41度，斜撑水平水平投影长度为10.57m，满足两台塔吊的安全吊装距离，可以直接用两台塔吊抬吊，并且可以通过两台塔吊挂钩不同高度来调节斜撑角度，以达到安装效果。
3.1.1 钢扁担选型
选用长度为10m，截面为HM594*302*14*23（169.27kg/m）的，材质为Q345B 的H型钢梁作为抬吊用扁担，重量为1693Kg=1.693t,其截面特性为: Ix=132494.71cm4，Wx=4461.1cm3，Sx=2508.61cm3，G=169.27kg/m ，翼缘厚度tf= 23mm，腹板厚度tw= 14mm，钢梁和吊耳大样如图3.1.1及3.1.2所示。
图3.1-1扁担示意图
图3.1-2 扁担上吊耳示意图
力20吨；4#塔吊回转半径为29.555m ，起重能力22吨。如图3.1-3所示。
图3.1-3 钢管柱就位时塔吊的工作半径
因最重钢柱为29.1t ，扁担自重1.693t ，卸扣与吊耳连接采用铰接，扁担及塔吊吊重情况计算如下：
计算简图为：
图3.1-4 扁担受力计算
构件重力：N(Pg=Pk)=(29.1+1.693)*9.8=301.8KN 计算得两吊点反力为：FA=150.9KN FB=150.9KN
考虑最不利吊装点，此时3#塔吊吊重能力为20*9.8*0.8=156.8KN, 4#塔吊吊重能力
均能满足双机抬吊的要求。
根据图3.1.4，扁担承载能力验算如下：
最大弯矩：Mmax =285.2*1.2*5*5/10=855.6KN.M
强度及刚度验算结果为：
弯曲正应力为：855.6/1.05*4461.1=182.7N/mm2 ＜295 N/mm2 ，满足要求；
τA = τB= 5*2508.61/132494.71*14=6.76 N/mm2＜170 N/mm2，最大剪应力A、B两点处剪应力满足要求。
跨中挠度相对值v=10000/ 441.1 < 挠度控制值［v］:10000/ 250 。
根据以上计算可知所选的扁担满足抬吊要求！
3.1.2 吊耳验算
吊耳验算采用ansys计算软件验算：如图3.1-5所示：
图3.1-5 吊耳受力计算图
从上图可以看出，吊耳在最大构件加钢扁担的重力301.8KN作用下,所受的屈服
3.1.3 吊耳焊缝设计
吊耳与钢扁担采用等强坡口焊焊接，坡口形式如图3.1-2所示，焊缝要求为一级焊缝，采用二氧化碳保护焊焊接，焊缝必须经超声波探伤检测合格后方能进行吊装。根据钢结构设计规范，当采用引弧板等焊接且焊缝质量等级要求达到一级、二级标准时，可视为与母材等强的焊接连接，可不进行连接强度计算。故对于吊耳的焊缝将严格控制焊接过程和结果，选用经验丰富，技术过硬的焊工焊接，尽量保证一次焊接合格，避免因返修等原因造成对母材的损害，从而影响钢材的力学性能，对于超出两次返修的构件将不予采用。
3.2钢丝绳的准备
采用钢丝公称抗拉强度170Kgmm2、直径为36.5mm、单根承载能力为17.12吨的钢丝绳，钢管柱采用四点吊装，及全部钢丝绳承载力为68.48t，满足吊装要求。
3.3吊装作业前的技术交底和检查
吊装前要认真进行技术交底及安全交底，了解塔吊的技术参数，工作性能，不得超载工作。了解操作步骤及要求，组织施工人员熟悉、沟通指挥信号，检查施工机具是否性能良好，桅杆是否按规定调到一定的倾角，拖拉绳能否按分配受力。风速是否满足要求，5级以上风力严禁抬吊。塔司人员与指挥人员是否已经熟悉其工作内容，其他有关准备工作是否就绪。
3.4抬吊
双机抬吊操作步骤：双机抬吊的钢柱及斜撑作业分缷车及双机抬吊两步进行。
3.4.1 缷车
运输车辆进入现场前要确认钢柱方向，避免在楼层内钢结构堆场调头，钢柱和钢斜撑卸车采用一台塔吊卸车，西面超重钢柱和斜撑卸到2轴和3轴之间南面钢结构堆场，东面超重钢结构和斜撑卸到B轴C轴之间东面的钢结构堆场，此时构件卸车均在塔吊23米的作业半径内，可以顺利卸车。布置图见3.4-1所示。
在捆绑索具前必须用钢尺度量正确，起吊时力求平稳，离地面保持最近为宜。构件水平从货车上卸下后垫好枕木。
图3.4-1 构件堆放平面布置图
3.4.2 双机抬吊
1、钢柱的抬吊
1) 将钢柱竖立
吊装前的钢柱处于水平状态，因抬吊的钢柱柱只有4m左右的长度，在地面先用一台塔吊将其立起来，下面垫好枕木及拉好揽风绳，将钢柱临时固定于地面。此时保证钢柱的稳定是抬吊前的重点，也是保证施工安全的难点和要点，必须严格检查枕木是否垫好，揽风绳是否拉好、固定好，否则不能松钩。除吊装作业人员外，其
2)垂直起吊
待钢柱立好固定后，用一台塔吊将钢梁吊到钢柱附近，以保证不碰钢柱及揽风绳为原则，原来吊装钢柱的塔吊松钩，在两台塔吊不交叉的情况下，即塔吊臂杆平行，分别吊起钢扁担的一端，将钢扁担吊到钢柱上面，将立好的钢柱用四根钢丝绳挂于扁担上，检查卸扣及钢丝绳是否挂号。在一切就绪后两台塔吊同时缓慢起钩，只能由一名信号工指挥。此过程必须注意以下几点：
A、吊装过程中必须保证钢扁担平行；
B、两台塔吊必须同步，听从一名信号工统一指挥，垂直起吊过程中将旋转锁定。
图3.4-2 竖立钢柱
图3.4-3 垂直起吊
3)旋转就位
将钢柱垂直起吊到高于已安装钢柱500mm左右时停止起吊，打开旋转控制，两台塔吊同时缓慢以相同速度往一个方向旋转，每旋转一段距离后需根据钢管柱中心位置的变化调整塔吊位置，保证钢丝绳竖直，确保塔吊垂直受力。待钢柱旋转至安装位置和两台塔吊中心线时停止旋转，执行爬杆命令，钢管柱每移动一段距离后根据安装高度调整钢管柱底部高度，保持钢管柱底部离已安装钢柱500mm左右。严禁同时执行起钩和爬杆两个命令。旋转就位后钢柱位置如下图所示：
需要抬吊的钢柱位置
图3.4-4 旋转就位图
钢柱吊装到安装位置后，两台塔吊缓慢落钩，因由两台塔吊通过钢扁担抬吊，要求旋转等动作两台塔吊必须同步，从而使钢柱就位增加了一定的难度。在吊装的钢柱离已安装好的钢柱50mm时停止落钩，检查钢柱是否和下面一节钢柱对齐，根据安装情况通过两台塔吊同时旋转和爬杆等动作随时调整钢柱位置，待钢柱与下面一节钢柱对齐后缓慢落钩，并及时穿好临时安装螺栓，拉好揽风绳。
图3.4-5 旋转就位
图3.4-6 旋转就位
因刚斜撑自身长度达14m以上，能满足两台塔吊同时吊装的要求，所以选用两台塔吊通过钢斜撑上翼缘面上的四个吊耳同时起吊钢斜撑的方法将其入位安装。
1）调整角度
将钢斜撑抬离地面500mm后停止起钩，一台塔吊固定，通过另外一台塔吊起钩来将调整斜撑至安装角度（约41度），然后两台塔吊同时以相同速度缓慢起钩，随时保证塔吊钢丝绳竖直，塔吊垂直受力。
图3.4-7 调整斜撑角度
2）就位安装
待斜撑角度调整基本满足安装要求后，两台塔吊同时以相同速度缓慢起钩，起吊到安装位置后两台塔吊同时起杆，用塔吊起落钩的方法轻微调整斜撑角度，两台塔吊不能一台起钩一台落钩，必须分开进行。
图3.4-8 就位安装
3.5 抬吊注意事项
双机抬吊是项危险性较高的施工工作，做好充足的准备，严格控制吊装过程是抬吊取得成功的关键，抬吊必须注意一下事项：
1).吊装作业人员必须坚守岗位，并根据抬吊总指挥的命令进行工作。塔司只执行总指挥指令,塔吊每运行一个指令,其他信号人员及时向总指挥汇报运行状态，根据汇报信息，总指挥作出下一步指令。
2).抬吊总指挥应把信号向全体人员交代清楚，塔司指挥必须具有丰富的双机抬吊经验，必要时在正式吊装施工前进行预演，哨音必须准确，对讲机信号要清楚、明确，确保两塔吊动作协调指挥与塔司沟通顺畅,确保万无一失。
3).吊装时动作平稳，避免工件震动和摆动。钢丝绳应垂直受力，严禁钢丝绳倾斜受力。
4).严禁在风力三级以上作业 (根据塔吊顶部测风仪器来确定) 。
5）抬吊前在构件的至少三个面挂好缆风绳，就位后通过手链葫芦和安装螺栓临时固定，等校正焊接完毕后再取消临时固定的手链葫芦。
6).吊装时施工人员不得在工件下面，受力索具附近或其它有危险的地方停留。