1、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，
2、选择相应的无缝钢管的直径和壁厚。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2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、
3、横梁上的受力位置。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；3七、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.
4、8 单根桅杆的实际吊装倾角 。(Lareconl的 投 影 长 度 ）7.9 确定滑车组规格 H(t)（轮数）D，滑车组重量 kg，上定滑车4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+q 1+q2）kg桅杆的动载系数 k1=1.1、高空吊装风载系数 k2=1.1Q吊装设备重量 kg，q 1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
5、轴向压力 N1kg。（kg）1sin2N8.3 求起吊钢丝绳牵引拉力对桅杆的轴向压力 N2kg。(S 是从定滑车组出来的起吊钢丝绳牵引力) 2PSnn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 kgN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。58.5 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
6、丝绳安全系数 k=选用的钢丝绳破断拉力S 1 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 ，求出导向轮所受进出钢丝绳拉力的合力 B。kg2 211cosBSS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； 0M/20TaPbGkgP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
7、 对单根桅杆的轴向压力 N3（kg ）31cos2N后背缆风绳拉力 T 与桅杆的夹角。16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 （kg）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）4sinGN8.10 作用在每根桅杆中部截面上总的轴向压力；（kg）1234N8.11
8、 桅杆对底部的垂直压力；（kg）sinzN8.12 桅杆支腿水平向两侧外滑移的分力为；（kg）cosiY8.13 桅杆支腿向后滑移的分力为；（kg）csXN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 计算负载作用在桅杆中部截面上的弯矩；（ ）1(sin)2pMekgcm78.15 计算桅杆自重作用在桅杆中部截面上的弯矩；（ ）21cos6MGLkgcm8.16 桅杆受到的总弯矩 ；M（ ）12kc8.17 桅杆的工作应力计算；（ ）NWF2/kgcm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、
9、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
10、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；810.1 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
11、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。11.2 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
12、径 r=9.37cm，截面系数 W=429cm3，柔度9折减系数 。1409.37Lcmr0.3411.4 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 761arcos5.4011.7 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=0.8027kg/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
13、k1=1.1，10高空吊装风载荷 k2=1.1。负载；（kg）112()PQq.0563150kg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 ；1N11350sinsin6.75022Nkg13.3 求卷扬机牵引钢丝绳拉力对桅杆的轴向压力 ，动滑车上的2有效工作绳数 n=8 根，滑车组效率系数 =0.851121350948.PkgNSn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
14、绳量，十吨卷扬机卷筒 15mm 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）2 211cos30BSS=3812kg29340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
15、6.185 米，根据系统力矩平衡方程 则0M6.537.13.50TmPGm1509Tkg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。1213.7 后缆风绳拉力对单根桅杆的轴向压力；31509coscos27652TkgNkg13.8 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；41568sinsin.73284GkgNkg13.9 作用在单根桅杆中部截
16、面上总的轴向压力；1234N5096725381460Nkgkgkg13.10 单根桅杆对底部的垂直压力；sin14cos.295Zkk13.11 单根桅杆支腿水平向外滑移的分力；cosi60cs.7in1647YNkgkg13.12 单根桅杆支腿向后滑移的分力；cs14cos5.cs25Xkk分析；根据桅杆的垂直向下压力大小，桅杆下部的支撑结构强度需设计验证，根据桅杆支腿水平向外滑移力的大小及支腿向滑移力的大小，对桅杆支腿的固定要有相应的施工措施。13.13 计算负载作用在桅杆中部截面上的弯矩；1(sin)2PMSe350i6.7201)45283kgkgcmkgc13.14 桅杆自重作用在
17、桅杆中部截面上的弯矩；21cos8GL132156840cos56.718kgMmkgcm13.15 单根桅杆受到的总弯矩；125832769kgckckc13.16 单根桅杆的工作应力计算；376914042.6.7MNkcmkgWF 22298/kgcgc桅杆无缝钢管材质 20#钢，其许用应力 =1400kg/cm2分析；桅杆的强度和稳定性计算后可知，桅杆的使用应力小于规定的许用应力，桅杆符合安全使用的要求。13.17 缆风绳的配置；后缆风绳中间用机动卷扬机配 420 滑车组，两边两道手动缆风绳各配一只 10 吨手拉葫芦，串联在缆风绳中，两道前缆风绳各串联一只 10 吨葫芦，因为当铰支座桅
18、杆将雷达主机，吊到塔中心位置安装时，桅杆吊装状态为反向吊装，前缆风绳转变为后缆风绳，后缆风绳转变为前缆风绳。其它起重机具都需与 10 吨葫芦对应配置。十四、 施工过程；十四、 在工地塔基的地面场地制作铰支座桅杆；14.1 制作基础钢架；1414.2 桅杆立管与上部横梁连接处先用 CAD 进行放样，标出每点的坐标尺寸，在放样纸上画出曲线，再按样切割无缝钢管，其中立管需按内径尺寸放样，因为焊接时，立管的内径与横梁的外径相连接，否则，样本会产生误差。14.3 桅杆立管与铰支座、基座钢架的连接结构；1514.4 桅杆立管底脚与铰支座平面连接放样、铰支座制作尺寸；16铰支座用 20#钢制作，钢板厚度 3
19、0mm，中间转轴的孔70mm，转轴 65mm，可用 20#元钢制作。上立板插进顶板焊接，深 28mm，长度 160mm，下立板插进底板焊接，深 28mm，长度200mm。下立板两边可焊接不影响铰支座 180旋转的加强筋。十五、塔顶层安装铰支座吊装系统；15.1 在制作焊接完成后，在桅杆的横梁与立管处，安装起吊滑车、后背缆风绳滑车，前、后缆风钢丝绳，上滑车吊挂在桅杆顶部，下滑车可置放在塔顶层面上，上、下滑车牵引钢丝绳按设定穿绕，呈放松状态，以减轻塔吊起吊重量。17穿绕上、下滑车组时，牵引钢丝绳从那只滑轮出来就从那只滑轮开始穿进。则，钢丝绳的末端锁定到牵引卷扬机卷筒上。桅杆上部定滑车组成如图所示，
20、设置一只单门导向滑车，能确保钢丝绳与滑轮的偏差角不大于 4，这样，牵引钢丝绳就能避免摩擦滑车组的墙板。15、2 钢架基座安装；钢架基座按设定的受力位置安装定位，用钢丝绳将基座钢架与建筑物立柱、横梁捆绑固定，再用手拉葫芦锁定，捆绑强度大于所受推力的 2 倍。15.2 将铰支座与桅杆底脚制作焊接在一起，用工地塔吊起吊到安装位置，起吊钢丝绳、调整桅杆葫芦如图所示锁定18当塔吊起吊后，水平放置的桅杆，利用调节葫芦放松有葫芦一端的吊索，升高塔吊吊钩，桅杆就从水平状态逐渐旋转，当达到与塔平面成 50时，桅杆铰支座达到基础钢架定位位置，调整铰支座在基础钢架上的位置，达到预定位置后，将铰支座底板与基础钢架焊接
21、固定。15.3 安装固定桅杆的前、后缆风绳，滑车组的锁定或吊挂钢丝绳都需联通状态，滑车组受力后自动滑移至两边钢丝绳平衡受力状态。控制桅杆的前、后手动缆风绳都需串联规定吨位的调节葫芦。钢丝绳，卸扣的额定承载受力都需达到规范要求。对钢丝绳捆绑点的建筑物都需采取保护措施，避免损伤建筑物，避免对钢丝绳有快口作用力。捆绑滑车组钢丝绳联通示意图；1915.4 雷达主机从运输车上卸车作业；15.5 控制雷达吊装上升过档绳设置，用 13mm 钢丝绳做档绳，长度 150 米。设置 2 道，上间距 1.8 米，下间距 18 米。上端固定在桅杆横梁上，下端固定在地面地锚上。档绳可人工收紧，用起重专20用结固定的地锚
22、上。通常，当设备上升到高度 30 米以上之后，档绳的松紧就不再变化。15.6 塔顶铰支座桅杆吊装系统先将雷达主机吊上塔顶层高度，将桅杆从 60旋转到 85，放下雷达主机，将桅杆无载荷旋转至反向10，再继续起吊雷达主机，用串联在前、后缆风绳中的四只 10 吨葫芦，将桅杆在负载状态逐步调整到雷达主机安装基础中心位置，配合雷达主机的安装定位，达到安装精度要求，完成雷达主机的吊装。15.7 2013 年 1 月 15 日上午 10 点，雷达主机从处于浙江湖州升山山体上的雷达塔基地面开始起吊，一小时后，平稳达到塔顶层高度，旋转桅杆，先将雷达主机进入塔顶层面。改变吊装桅杆的倾幅方向，21继续起吊雷达主机，将雷达主机精确定位在安装基座上。图示雷达主机处于安装基座上方时的状态
