結構安裝工程就是利用各種類型的起重機械將預先在工廠或施工現場製作的結構構件,嚴格按照設計圖紙的要求在施工現場進行組裝,以構成一幢完整的建築物或構築物的整個施工過程。在結構安裝前,應擬定結構安裝工程施工方案,根據廠房的平麵尺寸、跨度、結構特點、構件類型、重量、安裝高度以及施工現場具體條件,並結合現有設備情況合理選擇起重機械;由起重機械的性能確定構件吊裝工藝,結構安裝方法,起重機開行路線,構件現場預製平麵布置及構件的就位吊裝平麵布置,從而以達到縮短工期,保證工程質量,降低工程成本的目的。
第一節起重機械
結構安裝用的起重機械主要有桅杆式起重機、自行式起重機、塔式起重機以及索具設備。
一、桅杆式起重機
在建築工程中常用的桅杆式起重機有獨腳拔杆、懸臂拔杆、人字拔杆和牽纜式桅杆起重機。
1.獨腳拔杆
獨腳拔杆按製作的材料分為木獨腳拔杆、鋼管獨腳拔杆和格構式獨腳拔杆。
木獨腳拔杆起重高度一般為8~15m,起重量在100kN以內;鋼管獨腳拔杆起重高度在20m以內,起重量可達300kN;格構式獨腳拔杆起重高度可達70m,起重量可達1000kN。
獨腳拔杆是由拔杆、起重滑輪組、卷揚機、纜風繩及錨碇等組成,起重時拔杆保持不大於10°的傾角。
2.入字拔杆
人字拔杆一般是由兩根圓木或兩根鋼管用鋼絲繩綁紮或鐵件鉸接而成。鋼管人字拔杆所用鋼管規格視拔杆起重量而定,起重量100kN,拔杆長度20m,鋼管外徑273mm,壁厚10mm。
3.懸臂拔杆
懸臂拔杆是在獨腳拔杆的中部或2/3高度處裝一根起重臂而成。它的特點是起重高度和起重半徑都較大,起重臂左右擺動角度也大,多用於輕型構件的吊裝。
4.牽纜式桅杆起重機
牽纜式桅杆起重機是獨腳拔杆下端裝一根起重臂而成。這種起重機的起重臂可以起伏,機身可回轉360°,可以在起重半徑範圍內,把構件吊到任何位置。由圓木製成的牽纜式桅杆起重機,桅杆高可達25m,起重量50kN左右;用角鋼組成的格構式截麵杆件的牽纜式起重機,桅杆高度可達80m,起重量100kN左右。牽纜式桅杆起重機需設較多的纜風繩,適用於構件多且集中的建築物的結構安裝工程。
二、自行式起重機
白行式起重機可分為履帶式起重機、汽車式起重機與輪胎式起重機。自行式起重機的優點是靈活性大,移動方便,能為整個建築工地服務。這類起重機的缺點是穩定性較差。
(一)履帶式起重機
履帶式起重機是一種自行式360°全回轉的起重機。它操作靈活,行駛方便,對地耐力要求不高,臂杆可以接長或更換。因此在一般單層工業廠房結構安裝中使用最為廣泛。履帶式起重機主要由動力裝置、傳動機構、行走機構(履帶)、工作機構(起重杆、起重滑輪組、變幅滑輪組、卷揚機)及平衡重等組成。
國產履帶式起重機主要有W1-50型履帶式起重機,最大起重量100kN,起重杆長度有10m及18m兩種,適用於吊裝跨度在18m以下,高度在10m以內的小型單層工業廠房結構及裝卸作業。W1-100型履帶式起重機,最大起重量150kN,起重杆長度13~23m,適用於吊裝跨度為18~24m、高度為15m左右的單層工業廠房結構。W1-200型履帶式起重機,最大起重量400kN,起重杆長度可達40m,適用於吊裝大型單層工業廠房結構。履帶式起重機外形尺寸。
1.履帶式起重機起重性能
起重機的起重能力常用三個工作參數表示,即起重量、起重高度和起重半徑。三者的相互關係可用表4-2的形式表示,也可用曲線的形式表示。
起重量係指起重機在一定起重半徑範圍內起重的最大能力。起重半徑係指起重機同轉中心至吊鉤中心的水平距離。起重高度係指起重機吊鉤中心至停機麵的垂直距離。
起重量、起重半徑、起重高度三個工作參數間存在著互相製約的關係,其取值大小取決於起重臂長度及其仰角。當起重臂長度一定時,隨著仰角的增大,起重量和起重高度增加,而起重半徑減小;當起重臂的仰角不變時,隨著起重臂長度的增加,起重半徑和起重高度增加,而起重量減小。
起重半徑R、起重高度H、起重臂長L及仰角α相互之間的幾何關係,其計算式為
R=F+Lcosα(4-1)
H=E+Lsinα-d0(4-2)式中d0——吊鉤中心至起重臂頂端定滑輪中心的最小距離,一般為2.5~3.5mm;
E、F——可從表4-1查得。
2.履帶式起重機穩定性驗算
起重機穩定性是指整個機身在起重作業時的穩定程度。起重機在正常條件下工作,一般可以保持機身穩定,但在超負荷吊裝或由於施工需要接長起重臂時,需進行穩定性驗算,以保證在吊裝作業中不發生傾覆事故。
履帶式起重機的穩定性應以起重機處於最不利工作狀態即穩定性最差時(機身與行駛方向垂直)進行驗算,此時,應以履帶中心A為傾覆中心驗算起重機穩定性。
(1)當考慮吊裝荷載及附加荷載(風荷載、刹車慣性力和回轉離心力等)時應滿足下式要求K1=傾覆力矩/穩定力矩≥1.15
(2)當僅考慮吊裝荷載時應滿足下式要求
K2=傾覆力矩/穩定力矩≥1.40
以上兩式中K1、K2稱為穩定性安全係數。傾覆力矩取吊重一項所產生的力矩,穩定力矩取全部穩定力矩與其他傾覆力矩之差。
按K1驗算較複雜,施工現場一般用K2簡化驗算
K2=Q(R-l2)/G1l1+G2l2+G0l0-G3l3≥1.40(4-3)
式中G0——起重機平衡重;
G1——起重機可轉動部分的重量;
G2——起重機機身不轉動部分的重量;
G3——起重臂重量(起重臂接長時,為接長後的重量),約為起重機重
量的4%~7%:l0、l1、l2、l3——以上各部分的重心至傾覆中心A點的相應距離;
R——起重機的回轉半徑;
Q——起重機的起重量。
驗算後如不滿足式(4-3)時應采取增加配重等措施。
【例4-1】某建築工地擬選用W1-100型履帶式起重機(最大起重量150kN)吊裝廠房鋼筋混凝土柱,每根柱重(包括索具)175.0kN,試驗算起重機穩定性。
解據現場實測G1=202.0kN,G2=144.0kN,G0=30.0kN,G3=435kN(起重臂長度為13m)。根據表4-1查得
l2=M/2-N/2=3.2/2-0.675/2=1.26(m)
實測l1=2.63m,l0=4.59m。根據表4—2查得R=4.23m所以13=R-(12+13cos77°/2)=1.29m(最大仰角77°)
當Q=175kN時,將以上數值代入式(4—3)得
K2=202×2.63+144×1.26+30×4.59-43.5×1.29/175(4.23-1.26)=1.53>1.40
如上例計算的K2<1.40時,可采取在機身尾部增加配重。需增加的重量G′0可按下式計算穩定力矩+G'0l0≥1.40×傾覆力矩G'0=1.40×傾覆力矩-穩定力矩/l0
3.起重臂接長驗算
當起重機的起重高度或起重半徑不足時可將起重臂接長,此時起重機的最大起重量Q'可根據力矩等量換算的原則求得。由∑MA=0
Q'(R'-M/2)+G'(R'+R/2-M/2)=Q(R-M/2)整理後得
Q'=1/2R'-M[Q(2R-M)-G'(R'+R—M)](4-4)式中R'——起重臂接長後的起重半徑;
G'——起重臂接長部分的重量。
當Q'值小於所吊構件重量時,須用式(4-3)進行穩定性驗算,並采取相應措施,如在起重臂頂端拉設纜風繩等,以加強起重機穩定性。
(二)汽車式起重機
汽車式起重機是將起重機構安裝在普通載重汽車或專用汽車底盤上的一種自行式全回轉起重機。這種起重機的優點是運行速度快,能迅速轉移,對路麵破壞性很小。但吊裝作業時必須支腿,不能負荷行駛。
國產汽車式起重機主要有Q2-8型、Q2-12型、Q2-16型。最大起重量分別為80kN、120kN、160kN。適用於構件裝卸作業或用於安裝標高較低的構件。國產重型汽車式起重機有Q2-32型,起重臂長30m,最大起重量320kN,可用於一般廠房的構件安裝。Q3-100型,起重臂長12~60m,最大起重量1000kN,可用於大型構件安裝。
(三)輪胎式起重機
輪胎式起重機是把起重機構安裝在加重型輪胎和輪軸組成的特製底盤上的全回轉起重機,吊裝時一般用四個支腿支撐以保證機身的穩定性。
國產的輪胎式起重機有:QL2-8型、QL3-16型、QL3-25型、QL3-40型、QL1-16型等。均可用於構件裝卸和一般工業廠房的結構安裝。
三、塔式起重機
塔式起重機的起重臂安裝在塔身頂部,它具有較大的工作空間,起重高度大,廣泛應用於多層及高層裝配式結構安裝工程。常用的塔式起重機的類型有軌道式塔式起重機、輪胎式塔式起重機、爬升式塔式起重機、附著式塔式起重機等。
(一)軌道式塔式起重機
軌道式塔式起重機是一種能在軌道上行駛的起重機,又稱自行式塔式起重機。這種起重機可負荷行走,有的隻能在直線軌道上行駛,有的可沿“L”形或“U”形軌道上行駛。常用的軌道式塔式起重機有以下幾種:
1.QT1-2型塔式起重機
QT1-2型塔式起重機是一種塔身回轉式輕型塔式起重機,主要由塔身、起重臂和底盤組成。這種起重機塔身可以折疊,能整體運輸。起重力矩160kN·m,起重量10~20kN,軌距2.8m。適用於5層以下民用建築結構安裝和預製構件廠裝卸作業。
2.QT1-6型塔式起重機