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摘要：鋼結(jié)構(gòu)安裝是一項(xiàng)比較復(fù)雜的綜合性技術(shù)，其內(nèi)容較多，范圍較廣。該文主要介紹了一般鋼結(jié)構(gòu)吊裝方案設(shè)計的基本原則和適用條件。通過事故分析，總結(jié)了常規(guī)安裝方法的可行性及相應(yīng)的技術(shù)措施。...

 鋼結(jié)構(gòu)安裝方案的探討

張懷勤

陜西建工機(jī)械施工集團(tuán)有限公司

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)的造型及結(jié)構(gòu)形式越來越復(fù)雜，這給鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工帶來了新的挑戰(zhàn)。如以“鳥巢”、“水立方”為代表的奧運(yùn)場館，以及國家大劇院、央視新臺址、廣州電視塔等有影響的鋼結(jié)構(gòu)項(xiàng)目，不僅在設(shè)計上有所創(chuàng)新和發(fā)展，同時在鋼結(jié)構(gòu)安裝技術(shù)方面也取得了新的成就。許多成熟、先進(jìn)的工藝方法已陸續(xù)成為工法，為鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)發(fā)展起到了明顯的促進(jìn)作用。由于市場原因，鋼結(jié)構(gòu)安裝事故及違章現(xiàn)象偶而發(fā)生，造成了不必要的經(jīng)濟(jì)損失和社會影響。為了進(jìn)一步提高鋼結(jié)構(gòu)施工總體水平，促進(jìn)行業(yè)發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)施工除加強(qiáng)施工現(xiàn)場管理外，還應(yīng)在施工組織設(shè)計、方案、技術(shù)措施等方面進(jìn)行研究總結(jié)；大力推廣新技術(shù)、新工藝；針對工程特點(diǎn)，選擇先進(jìn)、可靠、經(jīng)濟(jì)的施工方案。

一、鋼結(jié)構(gòu)吊裝方案的基本原則

1、政策性。以圖紙為依據(jù)，以規(guī)范為準(zhǔn)則，嚴(yán)格執(zhí)行國家有關(guān)安全生產(chǎn)法規(guī)。

2、可靠性。堅持安全第一，確保方案實(shí)施的可行性，增強(qiáng)其可靠度。無論采用哪種方法，首先要考慮該方案是否有成功的先例和配套的設(shè)備，否則必須進(jìn)行方案論證。

（1）根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行施工驗(yàn)算，證明該方法在施工階段結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，桿件應(yīng)力和變形等是否滿足要求。

（2）使用的機(jī)械設(shè)備能否滿足安裝要求。

（3）施工現(xiàn)場條件是否滿足，如土建施工環(huán)境和周圍構(gòu)筑物等是否制約該方案實(shí)施等。

3、先進(jìn)性。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，結(jié)構(gòu)安裝領(lǐng)域里的新工藝、新技術(shù)、新設(shè)備層出不窮。如大噸位的起重機(jī)問世，計算機(jī)同步控制整體提升和滑移技術(shù)等為結(jié)構(gòu)安裝增添了新篇章。尤其是大型鋼結(jié)構(gòu)項(xiàng)目，在現(xiàn)場條件和結(jié)構(gòu)形式允許時，應(yīng)大力推廣應(yīng)用新技術(shù)、新工藝；盡量減少高空作業(yè)量，不斷提高鋼結(jié)構(gòu)的安裝效率。

4、經(jīng)濟(jì)性。

一個好的安裝方案應(yīng)該是方法簡便、措施得當(dāng)、效率高、施工成本低、應(yīng)用范圍廣，經(jīng)得起審查和考驗(yàn)。所以，必須堅持方案對比的原則，進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，選擇工期短，成本低的方案。

二、鋼結(jié)構(gòu)吊裝方案的適用條件

由于建筑造型和結(jié)構(gòu)形式的不統(tǒng)一，施工現(xiàn)場條件千差萬別，可以說沒有一種工法或方案適用于任何鋼結(jié)構(gòu)項(xiàng)目安裝，所以每一種安裝方法都有各自的支持條件。

1、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)常用的安裝方法有：高空散裝法、分條分塊安裝法、結(jié)構(gòu)滑移法、支撐架滑移法、整體吊裝法、整體提升法等，這幾種常用的安裝方法適用條件見表1。

2、按工藝方法考慮：首先了解結(jié)構(gòu)形式、結(jié)構(gòu)重量、安裝高度、跨度等特點(diǎn)，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況盡量選用成熟、先進(jìn)的安裝工藝。

3、按起重設(shè)備考慮：首先選用自有設(shè)備，充分利用現(xiàn)場起重設(shè)備，其次就近租用。一般情況：構(gòu)件數(shù)量少時，多選用汽車吊；門式剛架吊裝多選用中小型汽車吊；安裝工期較長、安裝高度及回轉(zhuǎn)半徑較大時，履帶吊比汽車吊經(jīng)濟(jì)；整體吊裝和滑移多采用液壓同步提升（頂推）器；中、高層鋼結(jié)構(gòu)安裝一般選用塔式起重機(jī)；普通橋梁安裝多采用門吊和架橋機(jī)。

4、倒裝法施工：倒裝法是一種先上后下的特殊安裝工藝，它適用于結(jié)構(gòu)高寬比大，如鋼塔、桅桿等構(gòu)筑物。且常規(guī)起重機(jī)難以靠近吊裝的情況下，一般多采用倒裝法。該方法要著重考慮安裝過程結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定和設(shè)備自身穩(wěn)定問題，具有可靠的支撐穩(wěn)定措施。

5、結(jié)構(gòu)滑移法：結(jié)構(gòu)滑移法已發(fā)展到采用液壓頂推器和計算機(jī)同步控制技術(shù)，被過去的網(wǎng)架滑移法更先進(jìn)了一步。它的適用條件是：第一，由于現(xiàn)場條件限制，跨內(nèi)不能設(shè)起重機(jī)和支撐架；第二，結(jié)構(gòu)支承條件有利于鋪設(shè)滑移軌道；第三，經(jīng)計算滑移單元結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度均滿足要求；第四，了解結(jié)構(gòu)支座形式和固定方法；第五，縱向滑移路線越長，效率越高。

6、支撐架滑移法：它的適用條件是占用跨內(nèi)場地、安裝高度較低、結(jié)構(gòu)面積較大或縱向長度較長。第一，安裝高度在15m以下時，可選用普通扣件式鋼管腳手架或碗口式腳手架做支撐架；第二，對于架體較高，且承重力較大時，宜選用型鋼支撐架。無論采用哪種方案，在設(shè)計計算時除按規(guī)范要求外，還要考慮水平動荷載，必要時增設(shè)大斜撐以提高其整體穩(wěn)定性。

7、整體提升法。整體提升法目前多采用同濟(jì)大學(xué)開發(fā)的計算機(jī)同步控制、液壓提升設(shè)備，該工藝逐步代替了穿心式機(jī)動提升和千斤頂頂升方案，其設(shè)備輕便，技術(shù)先進(jìn)。它的適用條件是：第一，占用跨內(nèi)場地；第二，安裝高度較高；第三，構(gòu)件較重。第四，限于垂直吊裝，不能水平位移。即安裝高度越高，提升重量越重，效果最好。

8、土法吊裝。土法吊裝是利用獨(dú)角拔桿、人字架、卷揚(yáng)機(jī)、滑輪組等作為起重設(shè)備進(jìn)行結(jié)構(gòu)吊裝，它適用于構(gòu)件重、數(shù)量少、安裝高度較高的工程。由于大噸位起重設(shè)備和先進(jìn)的安裝工藝越來越多，所以土法吊裝也越來越少。

9、旋轉(zhuǎn)法施工。該方法主要用于橋梁安裝上，由于鐵路、公路交通影響，以及山川河溝等特殊環(huán)境下，其它架橋方法受到限制時，多采用旋轉(zhuǎn)法施工。

網(wǎng)架結(jié)構(gòu)安裝方法的一般條件 （表1）

方法名稱	吊裝內(nèi)容	結(jié)構(gòu)形式	安裝措施	場地要求
散裝方法	單根桿件、一球多桿	螺栓球	滿堂腳手架	跨內(nèi)場地
	小拼單元	螺栓、焊接球	滿堂或局部腳手架	跨內(nèi)外場地
分條分塊安裝法	條狀單元	焊接球、管結(jié)構(gòu)	點(diǎn)式支撐架	跨內(nèi)外場地
	塊狀單元	焊接、螺栓	點(diǎn)式支撐架
結(jié)構(gòu)滑移法	分段滑移	重型結(jié)構(gòu)	滑軌與牽引設(shè)備	跨外場地
	積累滑移	中小型結(jié)構(gòu)
支撐架滑移法	按計算單元高空拼裝	縱向長、高度低	滑軌與牽引設(shè)備	跨內(nèi)場地
整體吊裝法	地面整體拼裝	中小型結(jié)構(gòu)	多臺起重機(jī)	跨內(nèi)外場地
整體提升法	地面整體拼裝	高大型結(jié)構(gòu)	利用結(jié)構(gòu)柱提升	跨內(nèi)場地
			采用多根拔桿提升

10、整體吊裝法。它與整體提升法基本相似，只是起重設(shè)備不同，適用于中小型結(jié)構(gòu)安裝。早期采用多臺獨(dú)腳拔桿或人字架、卷揚(yáng)機(jī)、滑輪組及纜風(fēng)體系進(jìn)行大噸位吊裝。現(xiàn)在，由于大噸位起重機(jī)較多，對中小型工程根據(jù)需要選用多臺起重機(jī)集中抬吊進(jìn)行安裝。

三、鋼結(jié)構(gòu)吊裝安全注意事項(xiàng)

1、嚴(yán)格執(zhí)行國家有關(guān)安全生產(chǎn)法規(guī)，堅持安全交底、安全教育制度，正確實(shí)別危險源，并有針對性措施和應(yīng)急予案。

2 、起重設(shè)備在使用過程中，重點(diǎn)預(yù)防傾翻事故。嚴(yán)禁超負(fù)荷、斜拉斜吊等違章現(xiàn)象，保證基礎(chǔ)和行駛道路平整堅實(shí)。六級以上大風(fēng)應(yīng)停止作業(yè)，臺風(fēng)季節(jié)必須按規(guī)定采取預(yù)防措施。

3、結(jié)構(gòu)吊裝綁扎要點(diǎn)。

（1）綁扎點(diǎn)應(yīng)在構(gòu)件重心之上，多點(diǎn)綁扎時其連線（面）應(yīng)在構(gòu)件重心之上；

（2）單機(jī)吊裝，構(gòu)件重心必須在吊鉤的垂直線上；

（3）鋼絲繩的安全系數(shù)：作吊索，無彎曲6-7；作捆綁吊索8-10；用于載人的升降機(jī)14；

4、大噸位起重機(jī)越來越多，多機(jī)抬吊也越來越少，僅限于吊件數(shù)量少及特殊情況下采用。

（1）統(tǒng)一指揮信號，嚴(yán)肅紀(jì)律，服從指揮；

（2）起重機(jī)分配負(fù)荷不超過允許起重量的80%，抬吊行走時不超過允許起重量的70%；

（3）盡量選用同型號起重機(jī)，起吊過程力求同步平穩(wěn)；

（4）各臺起重機(jī)吊鉤繩保持垂直，嚴(yán)禁斜吊；

（5）考慮吊車、構(gòu)件和安裝位置的平面關(guān)系，盡量一次安裝就位。

5、施工階段采用的臨時支撐架，是結(jié)構(gòu)安裝方案中的關(guān)鍵性技術(shù)措施。

（1）在設(shè)計中除架體本身滿足強(qiáng)度和穩(wěn)定要求外，還須對地基基礎(chǔ)所支撐的結(jié)構(gòu)進(jìn)行驗(yàn)算，必要時采取有效的加固措施；

（2）支撐架受力后要進(jìn)行觀測，以防基礎(chǔ)沉降或架體變形對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響；

（3）支撐架頂使用的千斤頂、倒鏈等安裝機(jī)具，必須嚴(yán)格執(zhí)行工藝方案，不得盲目使用，以防對架體和結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利；

（4）支撐架拆除必須有落位拆除措施，應(yīng)同步、勻速、緩慢進(jìn)行，不得盲目拆除。

6、結(jié)構(gòu)吊裝的動態(tài)特點(diǎn)。在結(jié)構(gòu)吊裝方案的計算過程中，應(yīng)認(rèn)真分析各種吊裝方法運(yùn)動特性，采取必要的穩(wěn)定措施，提高方案的可靠度。

7、結(jié)構(gòu)吊裝危險源識別。結(jié)構(gòu)吊裝的主要特點(diǎn)是高處作業(yè)，其危險源有臨邊作業(yè)，洞口作業(yè)，攀登作業(yè)，懸空作業(yè)，交叉作業(yè)，高空墜落，起重設(shè)備，吊車路基，同步控制，安全用電，季節(jié)施工，操作臺，腳手架，臨時支撐等。

（1）根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)正確識別危險源，并采取針對性措施和應(yīng)急預(yù)案；

（2）堅決執(zhí)行國家和地方有關(guān)安全生產(chǎn)法規(guī)，禁止違章操作；

（3）堅持施工方案兩級評審制度，技術(shù)、質(zhì)量、安全、生產(chǎn)、設(shè)備等部門參加。

四、鋼結(jié)構(gòu)吊裝事故分析

1、事故的一般原因

（1）違反有關(guān)安全生產(chǎn)法規(guī)，未正確識別危險源，無應(yīng)急措施，管理不善；

（2）安裝方案沒有進(jìn)行認(rèn)真驗(yàn)算和評審，對工程特點(diǎn)認(rèn)識不夠，措施不當(dāng)，可行性差；

（3）安裝隊(duì)伍素質(zhì)低，管理人員缺乏經(jīng)驗(yàn)，缺乏基本的安全知識，有違章作業(yè)現(xiàn)象；

（4）對施工現(xiàn)場條件認(rèn)識不足，遇到特殊情況后未認(rèn)真分析研究，未采取針對性安全措施，盲目施工；

（5）安裝方案變更未經(jīng)審批程序，為了施工方便，降低成本，項(xiàng)目部自行取消或減少關(guān)鍵性的技術(shù)措施；

（6）盲目搶工期，造成交叉作業(yè)、垂直作業(yè)等違規(guī)現(xiàn)象；

（7）安全“三寶”落實(shí)不力，必須的安全防護(hù)用品配備不全；

（8）吊裝機(jī)具、索具未正確使用，輕視了施工過程動荷載、沖擊荷載及不同步現(xiàn)象。

2、鋼結(jié)構(gòu)吊裝事故案例

2001年7月17日國內(nèi)某船廠一臺大型龍門吊在安裝過程中整體倒塌，事故造成的人身傷亡和經(jīng)濟(jì)損失之大，產(chǎn)生的負(fù)面影響之大，對鋼結(jié)構(gòu)施工敲響了警鐘。

（1）吊裝方法

該龍門吊跨度為117m，高度為110m。安裝方法為先豎立兩個塔柱，分別采用四道纜風(fēng)固定。大橫梁地面組拼，重約2300t（含設(shè)備），利用塔柱整體提升（設(shè)備為計算機(jī)同步控制提升機(jī)）。

（2）吊裝方案變更

當(dāng)大橫梁整體提升到80多米時，兩個塔柱的內(nèi)側(cè)纜風(fēng)影響，不能繼續(xù)提升就位。所以原方案發(fā)生改變：第一，已提起的大橫梁原位不動；第二，經(jīng)計算兩塔柱分別向內(nèi)傾斜1.08m，然后拆除內(nèi)側(cè)影響提升的兩道纜風(fēng)；第三，轉(zhuǎn)換成類似兩臺獨(dú)角拔桿抬吊，繼續(xù)提升就位。

（3）變更方案的實(shí)施

大橫梁懸吊在80多米高的條件下，對兩塔柱同時進(jìn)行內(nèi)傾校正。先松外側(cè)兩道纜風(fēng)，塔柱在大橫梁重力作用下自然向內(nèi)傾斜。每柱頂有6名工程技術(shù)人員，龍門吊下及塔柱內(nèi)有數(shù)名操作人員。當(dāng)兩塔柱內(nèi)傾位移1.08米，在拆除內(nèi)側(cè)纜風(fēng)過程中結(jié)構(gòu)整體倒塌，柱頂工程技術(shù)人員及塔柱內(nèi)施工人員全部遇難，結(jié)構(gòu)全部報廢，損失慘重。

3、案例事故分析

龍門吊的大橫梁采用整體提升方案是正確的，尤其是安裝高度高、重量重，利用已安好的塔柱進(jìn)行整體提升，可為最佳方案。事故的起因是在提升過程中進(jìn)行了方案變更，而變更方案的可行性差。

（1）原方案中塔柱纜風(fēng)影響提升的情況是不應(yīng)該發(fā)生的。第一，在最初制定提升方案時就應(yīng)考慮到纜風(fēng)與大梁之間的矛盾，在繪制安裝平面圖時可發(fā)現(xiàn)這一問題；第二，方案在兩級評審過程中也應(yīng)該發(fā)現(xiàn)纜風(fēng)阻礙提升這個明顯的問題；第三，在技術(shù)交底時，有經(jīng)驗(yàn)的高級起重工也能發(fā)現(xiàn)此類問題。提升高度大于100m，提升重量大于2000t，屬高難度技術(shù)方案，按規(guī)定必須進(jìn)行內(nèi)部審批和專家評審程序；

（2）變更方案采用兩塔柱內(nèi)傾方法是盲目的。第一，塔柱內(nèi)側(cè)纜風(fēng)阻礙提升問題雖然解決，但兩塔柱內(nèi)傾后，塔頂開間縮小，由纜風(fēng)影響轉(zhuǎn)換為塔柱影響提升就位，即不發(fā)生倒塌事故，大橫梁也難以提升就位，如此簡單的問題連續(xù)發(fā)生是不應(yīng)該的；

（3）拆除塔柱內(nèi)側(cè)纜風(fēng)決定是冒險的。眾所周知，提升方案的整體穩(wěn)定措施主要是纜風(fēng)系統(tǒng)，拆除纜風(fēng)系統(tǒng)意味著取消穩(wěn)定措施，其拆除過程和橫梁提升過程已屬不穩(wěn)定體；

（4）塔柱理論傾斜度太小接近臨界狀態(tài)。塔柱高110m，柱頂水平位移1.08m，傾斜度不到1%，這樣小的傾度經(jīng)計算在理論上是滿足的。但該操作過程難免產(chǎn)生動載、風(fēng)荷載、沖擊荷載及不同步施工等現(xiàn)象。任何一種現(xiàn)象發(fā)生都會改變力學(xué)穩(wěn)定體系，進(jìn)入臨界狀態(tài)而失穩(wěn)；

（5）方案的局部變更會帶來一系列的變化。該方案變更者僅從力學(xué)角度計算了內(nèi)傾1.08m是滿足要求的，但未想到其它部位的受力狀態(tài)。第一，塔柱內(nèi)傾后，傾覆力矩變大，外側(cè)纜風(fēng)受力增大；第二，外側(cè)纜風(fēng)拉力增大后，纜風(fēng)地錨受力也增大；第三，塔柱內(nèi)傾后柱角產(chǎn)生水平力。這三個部位必須進(jìn)行計算，其中一處不滿足要求都會造成整體失穩(wěn)。

4、事故教訓(xùn)

（1）事故的直接原因是由于安裝方案變更，塔柱內(nèi)傾角過小，接近于臨界狀態(tài)。在拆除纜風(fēng)過程中有不同步現(xiàn)象，加之纜風(fēng)鋼絲繩的彈性作用，造成大橫梁在高空出現(xiàn)擺動現(xiàn)象。失穩(wěn)瞬間塔柱纜風(fēng)受力過大難以平衡，使龍門吊整體倒塌。損失慘重，教訓(xùn)深刻；

（2）1975年國內(nèi)某體育館大型網(wǎng)架結(jié)構(gòu)采用了多根拔桿整體吊裝、高空移位方案，一次安裝成功，當(dāng)時為我國結(jié)構(gòu)安裝創(chuàng)造了輝煌，為以后整體安裝技術(shù)發(fā)展創(chuàng)造了條件。事隔26年，在同一地區(qū)、采用更加先進(jìn)的提升方案反而發(fā)生了特大事故，這不得不讓我們引起深思。該事故是一個典型的、具有代表性的工程事例，用它警示我們，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，吸取教訓(xùn)是非常必要的。；

（3）可以肯定，該龍門吊采用整體提升方案是合理的，如南通中遠(yuǎn)船務(wù)大型龍門吊安裝、北京380機(jī)庫網(wǎng)架、北京西客站鋼結(jié)構(gòu)等大型結(jié)構(gòu)采用了整體提升方案，都非常順利。該事故問題在于主要技術(shù)人員輕視了施工過程的動態(tài)特性和不同步現(xiàn)象，對高大復(fù)雜結(jié)構(gòu)的施工特點(diǎn)認(rèn)識不足，盲目地實(shí)行了冒險的變更方案；

（4）施工組織設(shè)計、方案是指導(dǎo)施工的技術(shù)性文件，也是完成各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的綜合性施工計劃。設(shè)計人員必須熟悉圖紙，掌握規(guī)范，考察現(xiàn)場；堅持精心設(shè)計、精心組織的指導(dǎo)思想；堅持兩級評審制度，加強(qiáng)科學(xué)管理、目標(biāo)管理和施工現(xiàn)場管理；加大落實(shí)國家安全法規(guī)、施工規(guī)范的執(zhí)行力度；堅持可行性、先進(jìn)性、適用性原則，進(jìn)一步提高施工方案的技術(shù)水平。；

（5）施工方案按程序經(jīng)評審、批準(zhǔn)后，原則上不許隨意變更。若非要更改，必須經(jīng)過原設(shè)計、審批人員的同意，并附“施工方案變更審批單”，施工人員必須認(rèn)真落實(shí)“變更單”中的各項(xiàng)技術(shù)措施；

（6）該龍門吊安裝方案正確的變更措施為：第一，將大梁落位于地面，重新調(diào)整纜風(fēng)位置；第二，若不想讓大梁落位，可采用纜風(fēng)逐步等強(qiáng)替換法：

1) 首先確定固定位置及連接強(qiáng)度滿足要求；

2) 制定嚴(yán)密的替換方案，加強(qiáng)同步控制措施，分級分步緩慢進(jìn)行，確保纜風(fēng)體系受力平衡，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定；

3) 要加強(qiáng)觀測，嚴(yán)格控制塔柱垂直度和大梁擺動（必要時對大梁進(jìn)行臨時固定）。

五、結(jié)論

鋼結(jié)構(gòu)安裝是一門綜合性技術(shù)，由于結(jié)構(gòu)形式越來越復(fù)雜，施工隊(duì)伍越來越多，發(fā)展不平衡等市場原因，在施工領(lǐng)域暴露出了一些問題。為此，我們必須重視鋼結(jié)構(gòu)安裝技術(shù)的研究，大力推廣新技術(shù)、新工藝；加大落實(shí)安全法規(guī)和施工規(guī)范的執(zhí)行力度；嚴(yán)格施工組織設(shè)計、方案的評審與管理；堅持施工與設(shè)計、總包與分包、加工與安裝緊密配合的協(xié)作精神；進(jìn)一步加強(qiáng)施工現(xiàn)場技術(shù)管理，嚴(yán)禁違章操作，不斷提高鋼結(jié)構(gòu)安裝總體水平。

(本文來源：陜西省土木建筑學(xué)會   文徑網(wǎng)絡(luò)工程項(xiàng)目投資中心：劉紅娟 尹維維 編輯   劉真 文徑 審核)

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