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國家體育場鋼(鳥巢)結(jié)構(gòu)安裝工程重型桁架柱單機(jī)立直安裝工藝

作者：建筑鋼結(jié)構(gòu)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：國家體育場鋼結(jié)構(gòu)安裝工程，對(duì)重型桁架柱采用800噸履帶吊單機(jī)立直安裝工藝，經(jīng)當(dāng)前施工過程證明，該工藝對(duì)于現(xiàn)場的場地利用、施工設(shè)備費(fèi)用、結(jié)構(gòu)安裝工期上都有良好的節(jié)約作用，并有較高的應(yīng)用價(jià)值。
    關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)、重型桁架柱、單機(jī)立直、安裝工藝

    一、工程概況
    國家體育場位于北京市城府路南側(cè)，奧林匹克公園中心區(qū)內(nèi)，是北京2008年奧運(yùn)會(huì)的主體育場。建筑頂面呈馬鞍型，長軸為332.3m，短軸為297.3m，南北跨度結(jié)構(gòu)相對(duì)標(biāo)高為42.246m，東西跨度結(jié)構(gòu)相對(duì)標(biāo)高為69.900m，屋蓋中間開洞長度為185.3m，寬度為127.5m。鋼結(jié)構(gòu)總量約4.6萬噸，構(gòu)件截面均為箱形截面構(gòu)成不規(guī)則的鳥巢形體，其空間位置復(fù)雜多邊，形體宏大、美觀。

    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(nèi)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(xiàn)場安裝階段，鋼結(jié)構(gòu)安裝重量已經(jīng)超過三分之一，其中桁架柱已基本安裝完成，鳥巢形體初現(xiàn)端倪。
    二、桁架柱分段說明及設(shè)備選擇
    由于收運(yùn)輸尺寸限制，按公路運(yùn)輸要求桁架柱分段運(yùn)入現(xiàn)場后，按指定位置搭設(shè)拼裝胎架進(jìn)行現(xiàn)場拼裝，根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)施工圖初步統(tǒng)計(jì)單根鋼柱重量超過600噸，如采用整體安裝方案，目前國內(nèi)未有能滿足吊裝工況要求的大型起重設(shè)備，因此在深化圖紙?jiān)O(shè)計(jì)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?qū)挾韧桓疽恢?，變化范圍?6米至25米，上段柱高度為15米至19米，縱橫向?qū)挾韧轮疽恢隆?br /> 最大的分段重量（C7下）達(dá)到412噸，最小的分段重量也已經(jīng)達(dá)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(shè)備，其性能如表１。

    針對(duì)選定的吊車性能，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的使用率。
    三、吊耳設(shè)計(jì)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(jù)桁架柱形狀及分段重量、長度、起吊方法及吊機(jī)性能等，采用吊耳吊裝。對(duì)于下段柱采用主吊車單車脫胎，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(nèi)側(cè)增加兩只同拉索方向一致的板式吊耳。其中內(nèi)柱上端吊耳需要滿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程中的主要吊耳，并且拉索的作用方向不斷變化，因此設(shè)計(jì)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頭繩圈，一頭掛于吊車鉤上，一頭通過三角形扁擔(dān)分兩股定長繩圈至兩個(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(qū)別,就位吊耳均需設(shè)置在兩外柱扭曲段的上表面,以適應(yīng)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(shè)置在靠近側(cè)板附近,并根據(jù)吊耳落點(diǎn)的板厚采取了一定的加強(qiáng)措施,布置位置如圖3.4所示，索具配置如圖3.5。


    四、單機(jī)立直工藝
    單機(jī)立直工藝的優(yōu)點(diǎn)：（1）、適應(yīng)現(xiàn)場場地相對(duì)狹小的條件，解決大型輔助吊車無法站位的要求；（2）節(jié)約輔助吊車的費(fèi)用；（3）提高主吊車在現(xiàn)場的使用率；（4）大型構(gòu)件吊裝時(shí)便于統(tǒng)一指揮。立直工藝要點(diǎn)首先根據(jù)現(xiàn)場的場地情況，結(jié)合桁架柱分段拼裝的位置，無法滿足兩臺(tái)大型吊車的工作空間，特別地在使用800噸履帶吊時(shí)，為滿足構(gòu)件吊裝重量的要求，需要設(shè)置超起工況，而當(dāng)前CC4800型履帶吊，只有達(dá)到額定荷載的80%以上時(shí)，尾部的超起配重才有可能離開地面，此時(shí)吊車才有回轉(zhuǎn)的可能。對(duì)于常規(guī)的單車立直動(dòng)作，吊點(diǎn)應(yīng)當(dāng)設(shè)置在靠近吊車一側(cè)，立直回轉(zhuǎn)軸應(yīng)當(dāng)設(shè)置在遠(yuǎn)離吊車一側(cè)，以防止在構(gòu)件立直過程中，構(gòu)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程中，由于構(gòu)件的重量幾乎均接近吊車的最大極限荷載，而且構(gòu)件的長度均大于30米，如果采用回轉(zhuǎn)軸設(shè)置在遠(yuǎn)離吊車的方向，當(dāng)構(gòu)件立直后，在大于30米的半徑外構(gòu)件重量已經(jīng)遠(yuǎn)超過該半徑的額定荷載。因此在采取了一系列的保證措施后，選擇了回轉(zhuǎn)軸靠近吊車，起吊點(diǎn)遠(yuǎn)離吊車的立直回轉(zhuǎn)方向，可以保證在20米半徑之內(nèi)使構(gòu)件完全立直，并且能夠滿足安裝半徑的需要。
    （一）、立直回轉(zhuǎn)前準(zhǔn)備
    CC4800型800噸單車將構(gòu)件脫胎后，將待立直構(gòu)件同吊車的起重平面設(shè)置在一條直線上，確保吊車的超起配重中心、吊車的中心、起扳點(diǎn)、回轉(zhuǎn)軸中心點(diǎn)四點(diǎn)在一條直線上。如圖4.1所示。
    構(gòu)件脫胎擱置于地面后，為確保能夠有效地繞預(yù)定回轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，即在靠近履帶吊方向的桁架下端設(shè)置軟木回轉(zhuǎn)槽，根據(jù)桁架柱下端有兩個(gè)外柱末端可以接觸地面，在對(duì)應(yīng)位置分別設(shè)置回轉(zhuǎn)槽，構(gòu)造如圖4.2。


    （二）、回轉(zhuǎn)過程說明
    構(gòu)件脫胎擺放于立直場地后，對(duì)于下柱僅需拆除下端拉索，轉(zhuǎn)移到兩外柱上端口的板式拉耳上，原內(nèi)柱上段的主吊索可以沿圓管吊耳轉(zhuǎn)至同吊點(diǎn)垂直。保持超起配重位置不變,以內(nèi)柱上吊點(diǎn)為起扳點(diǎn),外柱下端為回轉(zhuǎn)軸,開始構(gòu)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足要求。隨著構(gòu)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(duì)應(yīng)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(zhuǎn)立直過程中的任何一點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的起重半徑和起重能力的對(duì)應(yīng)數(shù)值，均在800噸允許的額定起重荷載之內(nèi)。一般控制在20米半徑之內(nèi)，將構(gòu)件可以完全提離地面，分步過程如圖4.3所示。
    在整個(gè)立直過程中關(guān)鍵控制措施為防止起扳的構(gòu)件，往履帶吊方向的回蕩及構(gòu)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(shè)置一定的向大半徑方向的余量，使得在整個(gè)立直過程中，構(gòu)件所受的水平拉力為遠(yuǎn)離吊車方向；
    B、 設(shè)置在外柱下端的回轉(zhuǎn)槽必須同周邊的路基箱連成整體，在提供足夠強(qiáng)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、 隨著整個(gè)立直過程，作用于兩外柱上段的副吊索的長度將逐漸收緊，在該方向上均設(shè)置了120噸~200噸級(jí)別的滑輪組，為保證兩個(gè)副吊點(diǎn)可以對(duì)構(gòu)件回轉(zhuǎn)起到一定的約束作用，必須隨著構(gòu)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(duì)應(yīng)構(gòu)件起扳的較遠(yuǎn)方向，在兩外柱頂端分別設(shè)置有足夠強(qiáng)度的纜風(fēng)繩，隨構(gòu)件的立直，逐漸放長，特別是在構(gòu)件已經(jīng)到達(dá)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(gòu)件的回轉(zhuǎn)。
    （三）、構(gòu)件的調(diào)平
    當(dāng)構(gòu)件完全立直，并脫離地面后，構(gòu)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(xiàn)為立直后，內(nèi)柱同大地是不垂直的，而安裝就位狀態(tài)內(nèi)柱是完全垂直于大地的，因此必須對(duì)構(gòu)件進(jìn)行調(diào)平工作。在構(gòu)件的調(diào)平過程中，仍然依靠設(shè)置在兩外柱上端的滑輪組的逐步張緊，縮短輔助吊索的長度，將內(nèi)柱在兩個(gè)方向上調(diào)整為垂直狀態(tài)。如圖4.4所示。

    （四）、構(gòu)件就位
    當(dāng)構(gòu)件完全調(diào)整到同就位狀態(tài)一致后，將800噸履帶吊帶載開行到預(yù)定的就位中心位置，最大行走距離約20米，將構(gòu)件安裝到設(shè)計(jì)位置，并精確調(diào)整到相關(guān)規(guī)范規(guī)定的偏差范圍之內(nèi)后，將構(gòu)件臨時(shí)固定，按既定的焊接方案進(jìn)行構(gòu)件的焊接固定。
    桁架柱上柱的起扳立直過程，除構(gòu)件在外形上存在一定差別外，起扳過程的控制基本一致。
    五、總結(jié)
    在國家體育場桁架柱分段安裝過程中，由于構(gòu)件的體量和重量都很大，而且所選用的800噸履帶吊設(shè)置超起工況后所需工作空間也非常大，采用單機(jī)立直回轉(zhuǎn)工藝，有效地利用了現(xiàn)場的施工場地，并且節(jié)約一臺(tái)300噸級(jí)的輔助吊車，有其明顯的經(jīng)濟(jì)性。同時(shí)在整個(gè)立直過程中，充分利用800噸主吊車的起重性能，其所承擔(dān)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(nèi)的額定起重量都得到了充分的利用，開闊了在大噸位構(gòu)件起重過程中對(duì)構(gòu)件起重半徑和起重量協(xié)調(diào)控制的新思路。同時(shí)根據(jù)吊裝工況所設(shè)置的圓管式吊耳、三角形鐵扁擔(dān)、軟木回轉(zhuǎn)槽等細(xì)部節(jié)點(diǎn)措施，有效地保證了單車立直回轉(zhuǎn)過程的安全完成，并在實(shí)踐中得到了很好的驗(yàn)證，減少大噸位構(gòu)件在安裝過程中對(duì)大型設(shè)備的使用時(shí)間，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和提高了整個(gè)安裝過程的工作效率。
    參考文獻(xiàn)
    （1）、何焯，設(shè)備起重吊裝工程便攜手冊(cè)，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.1；
    （2）、朱學(xué)敏，起重機(jī)械，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.6；
    （3）、中國巨力集團(tuán)產(chǎn)品介紹，河北保定；
    （4）、沈陽碼猛特重型設(shè)備性能表，沈陽；

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