制定结构吊装方案
出处：按学科分类—工业技术 中国建材工业出版社《建筑工程施工实用技术手册》第445页（10042字）
单层工业厂房结构的特点是平面尺寸大，承重结构的跨度与柱距大，多数构件的重量大，厂房内一般有各种设备基础等。因此，其结构吊装方案应根据厂房的规模、结构形式和跨度大小、构件尺寸和重量、构件的安装高度、吊装工程量及工期要求等，结合现场施工条件、现有运输设备和起重机械条件等因素综合考虑确定。
单层工业厂房结构吊装方案的主要内容包括：起重机的选择、结构吊装方法、起重机开行路线和构件平面布置等。
(一)起重机的选择
起重机类型的选择是结构安装工程中的重要问题，它关系到构件的吊装方法、起重机的开行路线和停机点、构件的平面布置等问题。主要包括起重机类型的选择和起重机型号的选择两个方面。
1．起重机类型的选择
起重机的选择主要应根据结构特点、构件重量、吊装高度、最大跨度、吊装方法及施工条件等综合考虑。在一般情况下，中小型工业厂房的构件吊装，多采用履带式起重机或汽车式起重机。在吊装过程中，各种构件的重量和起重高度等相差较大时，可选用同一型号的起重机用不同的臂长进行吊装，以充分发挥起重的性能。当工期较紧或现场有多种起重机械时，可采用多型号起重机同时进行吊装。
对于重型工业厂房，由于其跨度大、构件重、安装高度大，且厂房内的设备安装常与厂房结构安装同时进行，所以一般应选用大型自行杆式起重机，以及重型塔式起重机与其他起重机配合使用。
2．起重机型号的选择
在起重机类型确定之后，要根据构件的重量、尺寸和安装高度确定起重机型号，使所选起重机的起重量、起重半径和起重高度满足结构吊装的要求。
(1)起重量。起重机的起重量必须大于所安装构件重量与索具重量之和，即
式中 Q——起重机的起重量(kN)；
Q1——构件的重量(kN)；
Q2——索具的重量(kN)。
(2)起重高度。起重机的起重高度必须满足构件安装高度的要求(图7－42)，即
式中 H——起重机的起重高度，即停机面至吊钩中心的垂直距离(m)；
h1——安装支座顶面的高度，从停机面算起(m)；
h2——安装的间隙，视具体情况而定，一般不小于0．3m；
h3——绑扎点至构件吊起后底面的距离(m)；
h4——索具的高度，即绑扎点至吊钩中心的垂直距离(m)。
图7－42 起重机起重高度计算简图
(3)起重半径。起重机起重半径的确定，一般有以下三种情况：
1)起重机可以开到吊装位置附近吊装时。对起重机工作半径无特殊要求的构件，可按计算的起重量和起重高度，查阅起重机性能表选择起重机的型号和臂长，并查得相应的起重半径，并以这个起重半径确定起重机的开行路线和停机点位置。
2)起重机不能开到吊装位置附近吊装时。当起重机的停机位置受到限制，不能直接开到吊装位置附近时，需根据要求的最小起重半径、起重量、起重高度，查阅起重机性能表或性能曲线，选择起重机型号和起重臂长。
3)起重机的起重臂需要跨过已安装好的构件进行吊装时。为了避免起重臂与已安装好的结构发生碰撞，或避免吊装的构件与起重臂碰撞，都需要求出起重机吊装该构件的最小臂长及相应的起重半径，并据此及起重量和起重高度查起重机的性能表或性能曲线，来选择起重机的型号。
确定起重机的最小臂长方法，有数解法和图解法两种。
①数解法。如图7－43a所示，起重机的起重臂长为：
式中 L——起重机的最小起重臂长(m)；
l1——起重机下铰至构件安装顶面的长度(m)；
l2——构件安装顶点至定滑轮中心的长度(m)；
h——起重机下铰至吊装构件支座顶面的高度(m)，h=h1－E；
h1——从停机面至构件安装支座的高度(m)；
E——起重机下铰至停机面的高度(m)；
α——起重臂的仰角(°)；
a——起重钩需跨过已安装好构件的水平距离(m)；
g——起重臂轴线与已安装好构件的水平距离(m)，至少取1m。
将式(7－12)求得的仰角α值代入式(7－11)中，即可求得所需的最小起重臂长度。
②图解法。用图解法求起重机的最小臂长及相应的起重半径，是一种比较简单且较为直观的方法，如图7－43b所示。如果作图比例不当或绘制不认真，其精度较差。图解法的图解步骤如下：
图7－43 吊装屋面板时起重机最小臂长计算简图
a．按一定的比例(一般不小于1∶200)画出计划吊装的厂房一个节间的剖面图，并过吊装屋面板时起重机吊钩伸入跨内所需水平距离a位置处，作铅垂线YY；
b．作与停机面距离等于E的水平线HH，HH线是起重臂下端转轴的运动轨迹；
c．自屋架顶面向起重机方向水平量一距离等于g，并标记为P点；
d．过P点可作若干条直线，分别与水平线HH线及铅垂线YY相交，则HH线与YY线所截得的若干线段都满足起重臂长度的要求。设其中最短的一条交YY线于A点，交HH线于B点。则线段AB的长度即最小起重臂的长度Lmin。
根据数解法和图解法所求得的起重臂最小长度为一理论值，查起重机的性能表或性能曲线，从规定的几种起重臂长中选择一种臂长L≥Lmin，即为吊装屋面板时所选的起重臂长度。
根据实际采用的起重臂长度L及相应的起重臂仰角α，可计算起重半径R：
式中 R——起重机的起重半径(m)；
F——起重机下铰至起重机旋转中心的距离(m)。
按计算出的起重半径R及已选定的起重臂长L，查起重工作性能表或性能曲线，复核起重量及起重高度，如果均能满足要求，即可根据起重半径确定起重机吊装屋面板时的停机位置。
3．起重机台数的确定
所需起重机的台数，根据厂房的吊装工程量、施工工期和起重机的台班产量定额，可按式(7－14)进行计算：
式中 N——所需起重机的台数；
T——吊装施工工期(d)；
C——每天的工作班数；
K——起重机时间利用系数；
Qi——每种预制构件的吊装工程量，件或t；
Pi——起重机相应的台班产量定额，件／(台·班)或t／(台·班)。
此外，在决定起重机的数量时，还应考虑到构件的装卸、拼装和排放等方面的工作量。
(二)结构吊装方法
单层工业厂房的结构吊装方法，通常可分为分件吊装法和综合吊装法两种。
1．分件吊装法
分件吊装法是指起重机每开行一次，吊装一种或几种构件，一般分三次开行即可吊装完全部构件的吊装方法。对于单层工业厂房，第一次开行吊装全部柱子，并对柱子进行校正和最后固定；第二次开行吊装吊车梁、联系梁及柱间支撑；第三次开行依次按节间吊装屋架、天窗架、屋面板及屋面支撑等。分件吊装法时的构件吊装顺序，如图7－44所示。
图7－44 分件吊装法时的构件吊装顺序
分件吊装法的主要优点是：各类构件安装后便于进行校正；构件可以分批进场，供应比较单一，吊装现场不会过分拥挤；对于起重机来讲，一次开行只吊装1～2种构件，使吊具变换次数少，操作容易熟练，有利于提高安装效率；可以根据不同构件类型，选用不同性能的起重机，有利于发挥机械效率，减少施工费用。但是，这种吊装方法不能为后续工程及早地提供工作面，起重机开行路线比较长。
2．综合吊装法
综合吊装法是指以厂房的节间为构件吊装作业的独立单元，起重机在车间一次开行中分节间吊装完所有各种类型的构件，所以又称为节间吊装法。开始时，吊装4～6根柱子即进行校正和最后固定，然后吊装该1～2个节间内的吊车梁、联系梁、屋架、屋面板等构件，接着按节间、按顺序以同样的方法继续吊装作业，直至整个厂房结构吊装完毕。综合吊装法时的构件吊装顺序，如图7－45所示。
图7－45 综合吊装法时的构件吊装顺序
综合吊装法的主要优点是：由于是以节间为单元进行吊装，因此可以为后续工程及早地提供工作面。有利于加快整个吊装工程的进度；与分件吊装法相比，起重机的开行路线短。但是，由于一个节间内同时吊装多种类型构件，机械不能发挥其最大效率，构件供应现场拥挤，各种构件的校正工作比较困难。因此，在实际吊装工程中应用比较少。
(三)起重机开行路线
起重机的开行路线和停机位置，与起重机性能、构件的尺寸及重量、构件的平面布置、构件的供应方式、采用的吊装方法等因素有关。起重机开行路线的选择，应以开行路线的总长度较短和线路能够重复使用为目标，使吊装方案趋于合理。
当吊装柱子时，根据厂房跨度大小、柱子尺寸和重量，以及起重机的性能，可以沿着跨中开行，也可沿着跨边开行。当柱子布置在跨外时，起重机一般沿跨外开行，停机位置与跨边开行相似。
如果以L表示厂房的跨度、R表示起重机工作半径，当R≥L／2时，起重机可沿跨中开行，每个停机点可吊装两根或四根柱子；当R＜L／2时，起重机应沿跨边开行，每个停机点可吊装一根或两根柱子。吊装柱时起重机的开行路线及停机点，如图7－46所示。
图7－46 吊装柱时起重机的开行路线及停机点
(a)跨中开行；(b)跨中开行；(c)跨边开行；(d)跨边开行
吊装屋架、屋面板、天窗架等构件时，起重机大多是沿着跨中开行。如一个单跨单层工业厂房，如果采用分件吊装法进行吊装，起重机的开行路线及停机位置，如图7－47所示。
图7－47 起重机的开行路线及停机位置举例
当建筑物具有多跨并列，且有纵横跨时，可先吊装各纵向跨，然后吊装横向跨，以保证在各纵向跨吊装时起重机械、运输车辆畅通。如果各纵跨中有高低跨时，则应先吊装高跨，然后逐步向两边吊装。
当单层工业厂房面积比较大且具有多跨结构时，为加速吊装工程的进度，可将建筑物划分为若干施工段，选用多台起重机同时施工。每台起重机可以独立作业，负责完成一个区段的全部吊装工作；也可以选用不同性能的起重机协同作业，组织大流水施工。
(四)构件平面布置
厂房跨内及厂房周围可用作构件平面布置的场地，通常是比较狭窄和紧凑的。结构构件的吊装作业是一个随着时空而不断变化的动态控制过程，场地也会随着构件的吊装而改变。因此，合理的吊装方案和吊装顺序能够为构件平面布置提供便利条件，也会避免各种可能产生的矛盾和障碍。工程实践充分证明，构件平面布置是否科学合理，不仅影响安装工程的顺利进行，而且会影响施工进度和工程质量。
1．构件平面布置的原则
在进行构件平面布置时，必须根据现场条件、工程特点、工期要求、作业方式等综合考虑、统筹安排，并遵照如下布置原则：
(1)在场内允许的情况下，每跨的构件宜布置在本跨内；如果场地狭窄无法在跨内排放时，也可布置在跨外便于安装的地方。
(2)若在吊装现场制作构件，应便于支模和浇筑混凝土；若为预应力混凝土构件，要留出抽管、穿筋的必要场地。构件之间应留出一定的空隙，便于构件编号和检查、清除预埋件上的污物等。
(3)构件的布置要满足安装工艺的要求，尽可能布置在起重机的工作幅度内，尽量减少起重机负荷行走距离及起重臂起伏的次数。
(4)构件的布置力求紧凑有序、占地最少，并保证起重机械、运输车辆的道路畅通。起重机在回转时，机身不得与构件相碰。
(5)要注意构件在安装时的朝向，特别是屋架等大型构件，应避免在安装时空中调头，不仅影响安装进度，而且吊装施工中不安全。
(6)构件应在坚实的地基上进行浇筑和堆放，新填土要加以夯实，在构件下垫上通长的木板，以防止产生下沉。
(7)当起重机的起重能力大，构件比较轻时，宜以便于构件的浇筑为主；当起重机的起重能力小，构件比较重时，则应优先考虑便于吊装。
2．构件平面布置的阶段
构件的平面布置根据时间不同，可分为预制阶段和吊装阶段，两者对布置的要求有所不同，但又紧密关联，必须同时考虑。
(1)预制阶段的构件平面布置
单层工业厂房现场预制的构件主要是柱子和屋架。当场地面积较大时，吊车梁也可以在现场制作。在一般情况下，在预制阶段优先考虑柱子和屋架的平面布置。
1)柱子的布置。柱子的起吊方法有旋转法和滑行法，在预制阶段的平面布置应配合柱子起吊方法而排列，因此，柱子的布置有斜向布置和纵向布置两种。
①斜向布置。当采用旋转法起吊柱子时，按三点共弧斜向布置，如图7－48所示。首先确定起重机开行路线到柱基中心的距离a，其值与柱基大小、起重机的性能、构件尺寸和重量有关。a的最大值不能超过起重机吊装该柱时的最大半径R；但也不能太小，以免起重机与柱基距离太近而失稳。另外应注意当起重机回转时，其尾部不得与其他物体相碰。综合以上因素后，便可决定a值的大小，即可画出起重机的开行路线。
图7－48 柱子斜向布置方式之一
画出起重机的开行路线后，以杯形基础中心M为圆心，以起重机工作半径R为半径画弧与开行路线相交于O点，此点即为停机点；再以O点为圆心，以R为半径画弧，在弧线上靠近柱基的弧上选一点K为柱脚位置；再以K点为圆心，以柱脚到吊点距离为半径画弧，“两弧”相交于S点，以KS为中心线画出柱的模板图，即为柱子预制时的场地位置。最后标出柱顶、柱脚与柱到纵轴线的距离(A、B、C、D)，即为支模时的依据。
布置柱子时，还应注意牛腿的朝向问题，要使吊装以后的牛腿朝向符合设计要求。因此，当柱子在跨内预制或就位时，牛腿应朝向起重机；如果柱子在跨外布置，牛腿应背向起重机。
当场地受限制或柱子较长，柱子的平面布置按“三点共弧”有困难时，可以采用“两点共弧”，“两点共弧”有以下两种方法：
一种是将柱脚与柱基安排在起重半径R的圆弧上，而把吊点放在起重半径R之外，吊装时先用较大的起重半径R′吊起柱子，同时升高起重臂，使R′变为R后停止升臂，再按旋转法进行起吊。如图7－49所示。
图7－49 柱子斜向布置方式之二
另一种是将吊点与柱基安排在起重半径R的同一弧上，而柱脚可斜向任意方向，在进行吊装时，柱子可以采用旋转法，也可以采用滑行法，如图7－50所示。
图7－50 柱子斜向布置方式之三
②纵向布置。当吊装柱子采用滑行法时，柱子可以纵向布置。如果柱子的长度小于12m，可以排成一行进行预制，为了节约模板及场地，对于矩形柱可以采用叠层浇筑。如果柱子的长度大于12m，可以排成两行进行预制，也可以采用叠层浇筑。起重机停在两柱基的中间，每停机一次，可以吊装两根柱子。柱子排放的位置，应把吊点放在以R为半径的圆弧线上，如图7－51所示。
图7－51 柱子的纵向布置
2)屋架的布置。屋架一般在跨内场地选定的位置上平卧叠层预制，可以叠层浇筑3～4榀。屋架布置的方式有斜向布置、正反斜向布置和正反纵向布置三种形式，如图7－52所示。一般应优先考虑斜向布置方式，这种布置方式便于屋架的扶直排放。各榀屋架之间应留有不小于1m的间距，以便于支模及浇筑混凝土。对于预应力屋架，应在屋架一端或两端留出抽管及穿筋所需要的空间，一端抽管时需留长度应为屋架全长另加3m；两端抽管时需留长度为1／2屋架长度另加3m。
图7－52 屋架布置方式
(a)斜向布置；(b)正反斜向布置；(c)正反纵向布置
布置屋架预制位置时，还应充分考虑屋架的扶直要求和排放顺序，即叠层制作时，应按屋架扶直和排放的顺序，预先安排屋架叠层浇筑制作的先后顺序，尤其应注意屋架的方向(正反面)、预埋件的位置等，以免因制作时的疏忽造成吊装时在空中进行翻转。
3)吊车梁的布置。当吊车梁安排在现场预制时，可以靠近柱基顺纵向轴线或略倾斜布置，也可插在柱子的空当中预制。
(2)吊装阶段构件的排放布置
吊装阶段构件的排放布置，通常指屋架的扶直与排放，吊车梁、联系梁、屋面板等其他构件的现场排放等。
1)屋架的扶直与排放。屋架扶直后应立即吊放到预先设计好的地面位置上。按排放的位置不同，可分为同侧排放和异侧排放。屋架的排放方式有两种：一种是靠柱边斜向排放；另一种是靠柱边成组纵向排放。
斜向排放用于跨度及重量较大的屋架，用于在起重机开行路线上进行定点吊装。一般用作图法确定其排放的位置。图7－53所示为屋架同侧斜向排放。
图7－53 屋架同侧斜向排放
以轴线②的屋架为例，屋架排放的作图方法如下：
首先确定吊装该榀屋架的停机位置。起重机沿跨中开行，以轴线②与开行路线的交点M2为圆心，以起重半径R为半径画圆弧交开行路线于Q2点，Q2点即可停机点。
确定屋架排放范围。定外边线PP，使其距柱边不小于0．2m，再定里边线QQ，使其距开行路线的距离满足A+0．5m(A为起重机尾长)，绘出与线PP、QQ平行的中线HH，屋架应排放在PP和QQ两线之内，屋架的中点则应在HH线上。
其他屋架的排放位置以此类排，第①轴线的屋架由于已安装了抗风柱，可以灵活布置，一般后退至②轴线屋架排放位置附近排放。
屋架的成组纵向排放用于重量较轻的屋架，允许起重机负荷行驶。一般以4～5榀屋架为一组，靠着柱边顺轴线排放，屋架之间的净距不小于200mm，相互之间用铁丝及支撑拉紧撑牢。每组屋架之间应留出3m左右的距离作为横向通道。为避免在已安装好的屋架下绑扎吊装屋架，防止屋架起吊时与已安装好的屋架相碰，每组屋架排放的中心可安排在该组屋架倒数第二榀安装轴线之后约2m处，如图7－54所示。
图7－54 屋架分组纵向排放示意图
2)吊车梁、联系梁、屋面板的排放。吊车梁、联系梁和屋面板大多在预制厂制作，然后运至现场吊装。这些构件运至现场后，应按平面布置图所设定的位置，按编号、吊装顺序进行排放。
吊车梁、联系梁一般在其吊装位置的柱列附近排放，跨内跨外均可。当现场比较狭窄时，有时也可从运输车辆上直接起吊。
屋面板可6～8块为一叠层组，靠柱边堆放。当在跨内排放时，应向后退3～4个节间开始排放；若在跨外排放时，应后退1～2个节间开始排放。
图7－55所示为某单层工业厂房预制构件现场平面布置，可供场地平面布置参考。
图7－55 某单层工业厂房预制构件现场平面布置