管式桁架吊装计算

管式桁架吊装计算

钢管桁架整体吊装计算

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摘要:本文结合了武钢建工集团钢结构分公司搬迁扩建工程对屋盖钢管桁架的吊装进行了计算。因钢管桁架不便于屋架安装时作业人员行走～高空构件组装效率较低、质量不易保证～因此采用两榀屋架地面组装后再整体吊装的方法既解决了安装的安全隐患又节省了屋架安装的时间。由于整体吊装屋架的受力与厂房形成之后的荷载完全不同～因此计算模型也完全不同～在方案中我们需要对吊装的起重机械、吊装所用的索具、桁架组装后的支撑体系和吊点处的局部稳定进行计算～确保吊装安全。

桁架 整体吊装 关键词:钢结构厂房 钢管

0.前言

随着国际钢材市场在我国的快速发展和我国钢材产量、品种的增加，钢材质量的不断提高，除特种行业特殊需要外，钢结构工业厂房已经被广泛应用。钢结构厂房与传统的砖混结构、钢筋混凝土框排架结构厂房相比，具有造价低、抗震性能好、强度高、自重轻、施工速度快等优点。那么钢结构厂房的吊装在建筑施工中变得越来越普遍。而管式桁架的

吊装由于本身的特殊性造成了安全风险较高。本文对钢管桁架整体吊装进行了具体的计算。

1.工程说明

本工程为XXXXXXXXX搬迁扩建工程，本工程施工内容包含厂房、2个原料跨堆场、1个成品跨堆场。其中厂房包括六部分，分别为准备跨(1-2线，24米跨)、抛丸跨(37-38线，24米跨)、轻钢跨(J-N线，24米跨)、结构跨(P-T线，27米跨)、压力容器跨(B1-F1线，33米跨)、重钢跨(A1-U线，33米跨)。压力容器跨和重钢跨为管式桁架屋架，详图如下:

图1 厂房剖面图

图2 管式桁架大样图

2.整体吊装的优点和需要计算的内容

钢管桁架屋面梁的安装和焊接H型钢屋面梁的安装区别在于作业人员高空行走的困难。因建筑用钢管桁架的钢管直径一般不大于250mm，当屋面梁全部安装就位后没有合适的操作面用于安装屋面上下弦水平支撑和

1檩条。两榀屋架整体吊装有如下优势:?屋架地面组装有利于提高组装的

23精度;?地面组装有利于提高焊接的质量;?地面组装对构件安装、焊接

4的检查较为方便;?两榀屋架组装能提供安装空挡水平支撑及檩条安全走

5道的条件，减少高空焊接的风险。?地面组装缩短了工期。

两榀屋架整体吊装中除了常规起重吊装过正中需要计算的钢丝绳大

1小、吊装高度等外还需要注意以下技术问题:?因构件组装之后宽度较大，吊装时需要根据构件的重量、吊车的型号以及最长杆长、最大角度计算构

2件边缘与吊杆之间的距离是否能满足要求;?由于整体起吊屋架的受力与厂房形成之后的受力完全不同，荷载计算的模型完全不同，因此需要计算屋架上弦撑杆在两榀屋架的横向压力之下是否会失稳等。 3.构件组装

根据吊装计划，我们将每两榀屋架先进行地面组装，组装完毕后再整体吊装。组装完毕后需要对构件尺寸进行复核，以防组装过程中的变形。下面以压力容器跨4-5线屋架为例，说明整个吊装过程。具体的组装构件清单如下:

构件名称 构件编号 截面类型 构件数量 重量

1 屋架 CDW1-1 管式桁架 1 4434

2 屋架 CDW1-2 管式桁架 1 4434

3 下弦水平支撑 CDG2 ?127*3 5 409

4 下弦水平支撑 CDS6 ?89*2.5 2 251

5 上弦水平支撑 CDG2 ?127*3 3 245.4

6 上弦水平支撑 CDR1 ?127*3 9 736.2

7 垂直支撑 CC10 ?159*5 2 1060

8 屋面檩条 CDL1-1 H200*150 4 867.2

9 屋面檩条 CDL1-3 H200*150 2 433.6

10 屋面檩条 CDL1-5 H200*150 5 1084

11 屋面檩条 CDL1-7 H200*150 1 216.8

12 檩条拉条 CDL4-1 ?12 4 11.2

13 檩条拉条 CDL3-1 ?12 6 16.8

14 檩条拉条 CDL4-5 ?12 2 5.6

15 檩条拉条 CDL4-2 ?12 2 5.6

16 檩条拉条 CDL2-1 ?12 14 39.2

17 檩条拉条 CDL4-2 ?12 2 5.6 将上述构件清单进行累计计算，构件总重为14255.2kg。

4.起重机械杆长和最大角度计算

根据构件情况，吊点采用四点起吊法。吊点距离设为9米。如下图。

图3 二榀屋架整体吊装示意图

4.1起重机械的选择

根据施工现场构件需要的起重高度与起重重量进行估算，起重机械需要采用50T履带坦克吊。根据施工蓝图，钢

柱顶端标高为16米，构件本身高度为3米，

钢丝绳长度为9米，因此钢丝绳的垂直高度0为sin45×9=6.4米。

吊钩以及绳索长度11.4米。那么吊杆的垂直

高度为

16+3+6.4+11.4=36m

根据吊车本身的吊杆配置我们将杆长安装到

37米。

4.2吊杆最大角度计算

因构件本身宽度为9米，设定构件与吊

杆的安全距离为400mm，那三角形的最小斜

边

22L=17.7m 4.9，17,

,,arcsin17/17.7=0.96 o ,=74图4 屋架整体吊装示意图 o由上述结果可知50T履带吊吊杆角度不得大于74。

查询50T履带吊的性能表可知当杆长为37米时，最大允许吊装重量为14.9吨，半径为8米。满足要求。

5.水平支撑以及系杆支撑受压计算

根据现场实际情况，我们选取4-5线屋架进行计算，因4-5线水平支撑最少。

图5 屋架构件布置图

5.1计算撑杆的受压轴力

首先建立空间受力模型，如下图。吊装时上弦水平支撑受压，下弦水平支撑是受压或受拉暂时不做分析，不影响上弦水平支撑计算。

图6 空间受力模型

构件总重为144.26KN，则每个吊点的竖向力

F1=144.26/4=36.06KN，

根据吊绳的夹角计算出杆件的斜向轴力为F2=36.06 KN， o最后计算出水平轴力F3=36.06cos45 =25.5KN，

图7 压杆横向受力图

下面来计算上弦支撑的失稳临界力 。

吊装时上弦支撑和屋架采用螺栓连接，按照设计要求需要焊接，计算时我们考虑最不利因素将压杆考虑为两端铰支，即L=1.0l如右图所示。0 压杆为?127X3焊管。我们暂时

忽略其余上弦支撑的作用，将水平荷载全部作用于吊点处得2根撑杆。

根据欧拉公式

其中 L=9m

9 E=弹性模量210×102 I=iA(查惯性矩和截面面积)i=4.385cm A=11.687 cm2

根据上述数据计算得出

=1*9/0.04385=233.76

292 =3.14*210*10/233.76=37.89MPa

6-4=37.89*10*11.687*10=44KN >> 25.5KN

综上所述，吊装压杆满足强度要求。

5.2桁架的局部稳定计算

(GB50017--2003 5.4.5) 圆管截面的受压构件，其外径与壁厚之比不应超过100(235/fy)。

外径与壁厚之比为 27.38,100(235/fy)=100，满足。

6.吊具计算

钢丝绳允许拉力按下列公式计算:

[F],ΑF/K gg

式中 [Fg]——钢丝绳的允许拉力(KN);

F——钢丝绳的钢丝破断拉力总和(KN); g

Α——换算系数，按表1取用;

K——钢丝绳的安全系数，按表2取用。

钢丝绳破断拉力换算系数 表1

钢丝绳结构 换算系数

6×19 0.85

6×37 0.82

6×61 0.8

钢丝绳的安全系数

表2

用途 安全系数 用途 安全系数

作缆风 3.5 作吊索、无弯曲时 6,7

用于手动起重设备 4.5 作捆绑吊索 8,10

用于自动起重设备 5,6 用于载人的升降机 14

根据现场实际情况，采用钢丝绳为6×37(b)，公称抗拉强度为

1670N/m2。

先拟定采用24mm钢丝绳，根据五金手册规范，最小破断拉力总和=最小破断拉力×1.336(钢芯)查表可得F=306KN×1.336=408.8KN。 g

根据计算可知，每根钢丝绳所受拉力为51KN，

查表可得K=6，

A=0.82，

[F],FΑ/K =0.82*408.8/6=55.87KN>51KN。满足要求。 gg

7.结论

通过钢管桁架的整体吊装计算，忽略了一些有利因素，结果显示钢管桁架的整体吊装方案可行，且较单榀吊装还具备安全、快速和优质的优点，可以广泛应用于钢结构的吊装工程中。

参考文献:

[1].中国钢结构协会.建筑钢结构施工手册[M].中国计划出版社.2002. [2]. 建筑施工手册编写组.建筑施工手册[M].中国建筑工业出版社,2003 [3]. GB50017-2003.钢结构设计规范.2003