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1、高层建筑铰支座桅杆吊装作业施工工法杭州市设备安装有限公司起重运输分公司 朱贵宝一、 前言目前，高层建筑越来越普遍，随着建筑物高度的上升，相应的设备安装高度也同步上升，设备的体积和重量也相应提高，特别是建筑物高度超过100米，设备重量超过10吨的设备，要将设备安装在建筑物100米或100米以上位置，一般吊装机械就难以胜任，需采用特大型吊机进场作业，有时，建筑物周边都是地下室顶板，又限制了大型吊机的进场作业，在建筑物的屋顶设立铰支座桅杆吊装作业，通常能巧妙解决这一问题。二、 工法特点2.1 可根据建筑物立柱、横梁、楼板面结构，设计相应的桅杆几何尺寸。 2.2 根据需吊装的设备重量，选择相应的无缝钢
2、管的直径和壁厚。同时选择相应的起重机具。 2.3 对吊装作业场地无特别要求。 2.4 不受设备的吊装高度限制，通常建筑物越高，它的建筑物立柱横截面也相应增大，立柱承载力也随之增加，只要建筑结构有足够的支撑强度，就适应铰支座桅杆的吊装作业。三、适用范围3.1 高层建筑物立柱、横梁有相应的承载强度。四、工艺原理4.1 “铰支座桅杆吊装”采用卷扬机提供设备上升动力，卷扬机收紧卷筒上的钢丝绳，吊装系统中的动滑车逐步上升，将吊装的设备提升到需要的高度。并可下降到需要的位置。六、实施过程 6.1 从业主处取得吊装所需的建筑物结构设计图纸 6.2 确定铰支座桅杆吊装系统必须的吊装系统在建筑物立柱、横梁上的受
3、力位置。 6.3.1 铰支座桅杆系统中铰支座的两个受力位置 ， 6.3.2 后背缆风绳四个受力位置， 6.3.3 牵引卷扬机的两个受力位置， 6.3.4 铰支座桅杆系统前缆风绳的两个受力位置。 铰支座桅杆的几何尺寸如图所示；七、桅杆系统的组成7.1 确定吊装设备的起吊重量kg，外形尺寸mm。7.2 确定桅杆几何尺寸mm，长度mm。7.3 桅杆无缝钢管的直径、壁厚，分几段法兰连接。7.4 桅杆自身的重量。7.5 无缝钢管的截面面积Fcm2、惯性半径rcm、抗弯截面系数Wcm3、桅杆的柔度L/r，桅杆的折减系数。7.6 桅杆的设计吊装幅度bm。7.7 桅杆的偏心矩ecm。7.8 单根桅杆的实际吊装
4、倾角。7.9 确定滑车组规格H(t)（轮数）D，滑车组重量kg，上定滑车组配置单门导向滑车规格H(t)x1轮。7.10 确定起吊钢丝绳规格直径mm、整根起吊钢丝绳长度m、整根起吊钢丝绳重量。7.11 铰支座的选用规格。7.12 桅杆吊装铰支座基础钢架底座的型钢选用规格。八、吊装系统的受力分析8.1 求设备起吊对桅杆的负载P； P=k1k2（Q+q1+q2）kg 桅杆的动载系数k1=1.1、高空吊装风载系数k2=1.1 Q吊装设备重量kg，q1吊装机具重量，q2起吊钢丝绳重量。8.2 求负载P对单根桅杆的轴向压力N1kg。 （kg）8.3 求起吊钢丝绳牵引拉力对桅杆的轴向压力N2kg。 (S是从
5、定滑车组出来的起吊钢丝绳牵引力) n动滑车上的有效工作钢丝绳根数，滑车组的效率系数。8.4 求第一台卷扬机的牵引力S1。 S1=fnS kg N牵引钢丝绳经过的导向滑车数量。 f导向滑车的摩擦系数1.02。 根据卷扬机的牵引力大小，选用相应牵引吨位的卷扬机。8.5 根据卷扬机工作牵引力的大小S1，选择起吊钢丝绳规格，按规范机动卷扬机钢丝绳安全系数k=6，则牵引力的6倍， 选用的钢丝绳规格，抗拉强度1550MPa，637+1、其破断拉力大于6S1kg。满足使用要求，实际起吊钢丝绳安全系数k=选用的钢丝绳破断拉力S1卷扬机牵引力=(倍数)。8.6 选择导向滑车，根据牵引绳进出导向滑车的最小夹角，求
6、出导向轮所受进出钢丝绳拉力的合力B。 kg根据导向轮所受进出钢丝绳拉力的合力大小，选择满足要求的单门导向滑车。8.7 求后背缆风绳拉力T对桅杆的轴向压力。确定后背缆风绳的拉力方向与桅杆两铰支座转轴的轴心线垂直距离a，根据系统力矩平衡方程，则； P负载kg， b负载重力方向P到铰支座转轴连线的垂直距离cm。 G桅杆的重量kg， b/2桅杆重心重力方向到两铰支座转轴轴线的垂直距离cm8.8 求后背缆风绳T对单根桅杆的轴向压力N3 （kg） 后背缆风绳拉力T与桅杆的夹角。根据后背缆风绳锚点个数，计算出每处锚点的拉力。利用建筑物立柱做锚点的，贴近立柱根部其许用拉力按下式计算； 拉力 F=bhf1 （k
7、g）B立柱的宽度(cm)，h立柱的截面长度(cm)f1立柱混凝土的抗拉强度计算值，通常按C25强度取值。锚点的抗拉强度必须大于锚点所受拉力的2.5倍。8.9 求桅杆自重对桅杆的轴向压力N4，受力状态下的桅杆最危险截面在桅杆的中部，所以，计算桅杆自重作用在桅杆中部截面的轴向压力。 （kg）8.10 作用在每根桅杆中部截面上总的轴向压力； （kg）8.11 桅杆对底部的垂直压力； （kg）8.12 桅杆支腿水平向两侧外滑移的分力为； （kg）8.13 桅杆支腿向后滑移的分力为； （kg） 根据支腿向后滑移的分力，桅杆底座必须设置向前牵拉装置，其许用拉力大于2倍的桅杆向后滑移分力。8.14 计算负载
8、作用在桅杆中部截面上的弯矩； （）8.15 计算桅杆自重作用在桅杆中部截面上的弯矩； （）8.16 桅杆受到的总弯矩； （）8.17 桅杆的工作应力计算； （）桅杆的强度和稳定性分析可知，桅杆的使用应力小于需用应力，桅杆符合安全使用的要求。九、高空设备吊装控制档绳设置；9.1 为防止在上升的设备空中打转或在风力作用下与建筑物相碰撞，需设置设备上升控制绳。9.2 设备的长宽高为500026003000mm，重量为10吨时，在100米高空，6级风力对它的作用力约为500kg，可选择相应的钢丝绳作为控制绳。9.3 控制绳的上段锁定在吊装桅杆的顶端，下端固定在地面的相应强度的地锚上，设置相同的两根，设
9、备底排两端固定两只带销子的卸扣，控制绳在卸扣中，固定在设备底排的卸扣沿控制钢丝绳上升，收紧控制绳，控制绳对设备就有一个相应作用力，就可预防空中的设备打转或接近建筑物。9.4 控制设备上升过程与建筑物有一个距离，我们称为安全距离，这在编制吊装施工方案时，确定桅杆长度的一个重要因素。十、铰支座桅杆吊装系统的后背缆风绳设置；10.1 为确保高空吊装的安全，设置两套单独的后背缆风绳系统，10.2 中间设置以卷扬机配置滑车组的机动缆风绳调节系统。10.3 两边各设置一套在缆风钢丝绳中串联手拉葫芦的手动缆风绳调节系统。十一、 应用实例 浙江湖州气象塔雷达主机吊装，雷达塔建在湖州升山山体上，塔基标高为零，雷
10、达主机安装基座标高85米。 气象雷达主机重量10吨，直径1.5米，高5.25米，安装在塔顶层中心位置。 工地现场无载人载货升降机，有塔吊。塔顶层面区域塔吊的起重量额定为2500kg。 吊装采用在塔顶设立铰支座人字门式桅杆，将雷达主机吊上塔顶层，再利用铰支座旋转桅杆，前缆风绳转为后背缆风绳，后背缆风绳转为前缆风绳，将雷达主机连续吊装塔体中心到安装基座。11.1 根据雷达重量、外形尺寸、吊装受力点位置，现场建筑物尺寸、雷达上升过程离塔体最大处安全距离，雷达重力中心线，选择铰支座桅杆的规格为273814000mm，两铰支座中心距离6680mm，两桅杆上端中心点距离917mm。桅杆上端横梁2000mm
11、。11.2 根据如图所示位置设立吊装系统。11.3 桅杆长度L=14米，分四段法兰连接，桅杆自身重量G=52.28kg/m30m=1568kg，2738无缝钢管制作，钢管的截面面积F=66.7cm2，惯性半径r=9.37cm，截面系数W=429cm3，柔度 折减系数 。11.4 桅杆的设计吊装倾幅b=7.11米。11.5 桅杆的偏心距e=14cm.11.6 单根桅杆的工作倾角11.7 起吊滑车组上部定滑车32T5轮，下部动滑车20T4轮，滑车组重量 q1= 102.5kg/只2只=205kg。11.8 起吊钢丝绳15mm，长度（97米8道+50米）=826米，起吊钢丝绳重量q2=0.8027k
12、g/m826m=663kg。十三、雷达主机吊装系统受力分析；13.1 求负载对桅杆的轴向压力，人字门式桅杆动载荷系数k1=1.1，高空吊装风载荷k2=1.1。负载； （kg） 塔顶层桅杆吊装系统建筑物受力点平面位置图；13.2 求负载P对单根桅杆的轴向压力； 13.3 求卷扬机牵引钢丝绳拉力对桅杆的轴向压力，动滑车上的有效工作绳数n=8根，滑车组效率系数=0.85 分析；导向单门滑车的摩擦阻力系数f=1.02，经过2只导向滑车到达卷扬机，则卷扬机牵引力S1=1.0221934kg=2012kg，所以，选用一台十吨电动卷扬机，其牵引力是满足要求的，但牵引卷扬机还需满足卷筒容绳量，十吨卷扬机卷筒1
13、5mm钢丝绳额定容绳量是1000米，起吊钢丝绳总长度是826米，其容绳量也满足要求。13.4 机动卷扬机钢丝绳安全系数k=6，则62012kg=12072kg，选择抗拉强度1550MPa，637+1，15mm钢丝绳其破断拉力13200kg，满足使用要求。13.5 选择导向单门滑车，牵引钢丝绳进出导向滑车的最小夹角30，导向轮所受进出钢丝绳拉力的合力B （kg） =3812kg 施工时，选用五吨单门滑车是满足要求的。13.6 求后背缆风绳拉力T对桅杆的轴向压力，后背缆风绳的拉力方向与桅杆两铰支座转轴的轴心线垂直距离6.185米，根据系统力矩平衡方程 则 后背缆风绳共四处锚点，每处所受拉力15095kg4=3774kg，利用塔体立柱作为锚点，立柱的许用拉力F=80cm60cm13kg/cm2=62400kg。锚点的安全倍数624003774=16.5（倍），所以锚点是安全的。13.7 后缆风绳拉力对单根桅杆的轴向压力； 13.8 桅杆自重对桅杆的轴向压力，桅杆的最危险截面在桅杆的中部，所以需计算桅杆自重作用在桅杆中部截面的轴向压力； 13.9 作用在单根桅杆中部截面上总的轴向压力； 13.10 单根桅杆对底部的垂直压力； 13.11 单根桅杆支腿水平向外滑移的分力； 13.12 单根桅杆支腿向后滑移的分力；
