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单元7 结构安装工程
任务 2 单层工业厂房结构安装
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，构件类型少，构件重量大，厂房内还有各种设备基础 (特别是重型厂房)等。
因此，在拟定结构吊装方案时，应着重解决结构吊装方法、起重机的选择、起重机开行路线与构件平面布置等问题。确定施工方案时应根据厂房的结构型式、跨度、构件的重量及安装高度、吊装工程量及工期要求，并考虑现有起重设备条件等因素综合研究决定。
3.1 起重机的选择
（1）起重机类型的选择
起重机的选择包括：选择起重机的类型，型号和数量。起重机的选择要根据施工现场的条件及现有起重设备条件，以及结构吊装方法确定。一般中小型厂房多选择履带式等自行式起重机；当厂房的高度和跨度较大时，可选择塔式起重机吊装屋盖结构；在缺乏自行式起重机或受到地形的限制，自行式起重机难以到达的地方，可选择桅杆式起重机。
（2） 起重机型号及起重臂长度的选择
起重机的类型确定之后，还需要进一步选择起重机的型号及起重臂的长度。起重机的型号应根据吊装构件的尺寸、重量及吊装位置而定。在具体选用起重机型号时，应使所选起重机的三个工作参数：起重量、起重高度、起重半径R，均应满足结构吊装的要求。
① 起重量 起重机的起重量Q应满足下式要求：
式中 Q1—构件质量，t；
? Q2—索具质量，t。
② 起重高度 起重机的起重高度必须满足所吊构件的吊装高度要求，如图28所示：
式中：H——起重机的起重高度(米)，从停机面算起至吊钩中心； h1——安装支座表面高度(米)，从停机面算起； h2——安装间隙，视具体情况而定，但不小于0.2米； h3——绑扎点至起吊后构件底面的距离(米)； h4——索具高度(米)，自绑扎点至吊钩中心的距离，视具体情况而定。
③ 起重半径（也称工作幅度）
当起重机可以不受限制地开到构件吊装位置附近吊装构件时，对起重半径没有什么要求。
当起重机不能直接开到构件吊装位置附近去吊装构件时，就需要根据起重量、起重高度、起重半径三个参数，查阅起重机的性能表或性能曲线来选择起重机的型号及起重臂的长度。
当起重机的起重臂需要跨过已安装好的结构构件去吊装构件时，为了避免起重臂与已安装的结构构件相碰，则需求出起重机的最小臂长及相应的起重半径。此时，可用数解法或图解法。（起重臂长的选择）
A?数解法求所需最小起重臂长（图29（a））
式中 L—起重臂的长度，m；
? h—起重臂底铰至构件（如屋面板）吊装支座的高度，m；
h=h1-E?
? h1—停机面至构件（如屋面板）吊装支座的高度，m；
? f—起重钩需跨过已安装结构构件的距离，m；
? g—起重臂轴线与已安装构件间的水平距离；
E—起重臂底铰至停机面的距离，m；
? α—起重臂的仰角。
数解法
以求得的α角代上式，即可求出起重臂的最小长度，据此，可选择适当长度的起重臂，然后根据实际采用的起重臂及仰角α计算起重半径R：?
根据计算出的起重半径R及已选定的起重臂长度L，查起重机的性能表或性能曲线，复核起重量Q及起重高度H，如能满足吊装要求，即可根据R值确定起重机吊装屋面板时的停机位置。
B?图解法求起重机的最小起重臂长度 （图29（b））
第一步选定合适的比例，绘制厂房一个节间的纵剖面图；绘制起重机吊装屋面板时吊钩位置处的垂线y—y；根据初步选定的起重机的E值绘出水平线H—H；??
第二步在所绘的纵剖面图上，自屋架顶面中心向起重机方向水平量出一距离g，g至少取1m，定出点P；?
第三步根据式 求出起重臂的仰角α，过P点作一直线，使该直线与H—H的夹角等于α，交y—y、H—H于G、G0两点；??
第四步GG0的实际长度即为所需起重臂的最小长度。
图解法
3.2 结构安装方法及起重机开行路线
（1） 结构安装方法?
单层工业厂房的结构安装方法有分件安装法和综合安装法两种。
分件安装法
分件安装法是在厂房结构吊装时，起重机每开行一次仅吊装一种或两种构件。通常分三次开行安装完所有构件。例如：第一次开行吊装柱，并进行校正和最后固定，第二次开行吊装吊车梁、连系梁及柱间支撑，第三次开行时以节间为单位吊装屋架，天窗架及屋面板等。如图30所示。
分件安装法起重机每次开行基本上吊装一种或一类构件，起重机可根据构件的重量及安装高度来选择，能充分发挥起重机的工作性能，而且，在吊装过程中索具更换次数少，工人操作熟练，吊装进度快，起重机工作效率高。采用这种吊装方法还具有构件校正时间充分，构件供应及平面布置比较容易等特点。因此，分件吊装法是装配式单层工业厂房结构安装经常采用的方法。
综合安装法
综合安装法是在厂房结构安装过程中，起重机一次开行，以节间为单位安装所有的结构构件。这种吊装方法具有起重机开行路线短，停机次数少的优点。但是由于综合吊装法要同时吊装各种类型的构件，起重机的性能不能充分发挥；索具更换频繁，影响生产率的提高；构件校正要配合构件吊装工作进行，校正时间短，给校正工作带来困难；构件的供应及平面布置也比较复杂。所以，在一般情况下，不宜采角这种吊装方法，只有在轻型车间 (结构构件重量相差不大)结构吊装时，或采用移动困难的起重机(如桅杆式起重机)吊装时才采用综合安装法。
（2） 起重机的开行路线及停机位置
吊装屋架、屋面板等屋面构件时，起重机宜跨中开行；吊装柱子时，则视跨度大小、构件尺寸、质量及起重机性能，可沿跨中开行或跨边开行，如图31所示。
1）当柱布置在跨内时。有以下四种情况：
当R≥L/2时，起重机可沿跨中开行，每个停机位置可吊装两根柱，如图31（a）所示；
当 ，则可吊装四根柱，如图31（b）所示；
当R＜L/2时，起重机需沿跨边开行，每个停机位置吊装1～2根柱，如图31（c）、（d）所示。
2）当柱布置在跨外时。起重机一般沿跨外开行，停机位置与跨边开行类似。
采用分件吊装法时，其起重机的开行路线及停机位置如图32所示。图32表示起重机自A轴线进场，沿跨外开行吊装A列柱，继沿B轴线跨内开行吊装B列柱；再转到A轴扶直(跨内)屋架及将屋架就位，然后转到B轴吊装B列柱上的吊车梁、连系梁等，继而转到A轴吊装A列柱上的吊车梁、连系梁等构件；最后再转到跨中吊装屋架、天窗架、支撑、托架及屋面板等屋盖系统构件。
动画
3.3 构件的平面布置与运输堆放
（1） 构件的平面布置原则?
① 每跨构件尽可能布置在本跨内，如确有困难也可布置在跨外而便于吊装的地方；?
② 构件布置方式应满足吊装工艺要求，尽可能布置在起重机的起重半径内，尽量减少起重机在吊装时的跑车、回转及起重臂的起伏次数；?
③ 按“重近轻远”的原则，首先考虑重型构件的布置；
④ 构件的布置应便于支模、扎筋及混凝土的浇筑，若为预应力构件，要考虑有足够的抽管、穿筋和张拉的操作场地等；?
⑤ 所有构件均应布置在坚实的地基上，以免构件变形；
⑥ 构件的布置应考虑起重机的开行与回转，保证路线畅通，起重机回转时不与构件相碰；?
⑦ 构件的平面布置分预制阶段构件的平面布置和安装阶段构件的平面布置。布置时两种情况要综合加以考虑，做到相互协调，有利于吊装。
（2） 预制阶段构件的平面布置 ?
① 柱子的布置
柱的预制布置有斜向布置和纵向布置。一般用旋转法吊柱时，柱斜向布置；用滑行法吊柱时，柱纵向布置。
A 柱子斜向布置 柱子采用旋转法起吊，可按三点共弧斜向布置，如图33所示。（柱吊点、柱脚和柱基三点共弧)
其步骤如下：
A）确定起重机开行路线到柱基中线的距离a
起重机开行路线到柱基中线的距离a与基坑大小、起重机的性能、构件的尺寸和重量有关。a的最大值不要超过起重机吊装该柱时的最大起重半径；a的最小值也不要取的过小，以免起重机太近基坑边而致失稳；此外，还应注意检查当起重机回转时，其尾部不致与周围构件或建筑物相碰。综合考虑这些条件后，就可定出a值（Rmin＜a≤R)，并在图上画出起重机的开行路线。
B）确定起重机的停机位置
确定起重机的停机位置是以所吊装柱的柱基中心M为圆心，以所选吊装该柱的起重半径R为半径，画弧交起重机开行路线于O点，则O点即为起重机的停机点位置。标定O点与横轴线的距离为l。
C）确定柱在地面上的预制位置
按旋转法吊装柱的平面布置要求，使柱吊点、柱脚和柱基三者都在以停机点O为圆心，以起重机起重半径R为半径的圆弧上，且柱脚靠近基础。据此，以停机点O为圆心，以吊装该柱的起重半径R为半径画弧，在靠近基础杯的弧上选一点K，作为预制时柱脚的位置。又以K为圆心，以绑扎点至柱脚的距离为半径画弧，两弧相交于S。再以KS为中心线画出柱的外形尺寸，此即为柱的预制位置图。标出柱顶、柱脚与柱列纵横轴线的距离（A、B、C、D），以其外形尺寸作为预制柱的支模的依据。
布置柱时尚需注意牛腿的朝向问题，要使柱吊装后，其牛腿的朝向符合设计要求。因此当柱布置在跨内预制或就位时，牛腿应朝向起重机；若柱布置在跨外预制或就位时，则牛腿应背向起重机。
在布置柱时有时由于场地限制或柱过长，很难做到三点共弧，则可安排两点共弧，这又有两种做法：
一种是将柱脚与柱基安排在起重机起重半径 R的圆弧上，而将吊点放在起重机起重半径R之外(图34)。吊装时先用较大的起重半径R′吊起柱子，并升起起重臂。当起重半径由R′变为R后，停升起重臂，再按旋转法吊装柱。
另一种是将吊点与柱基安排在起重半径R的同一圆弧上，而柱脚可斜向任意方向(图35)。吊装时，柱可用旋转法吊升，也可用滑行法吊升。
B 柱子纵向布置
对于一些较轻的柱子，起重机能力有富余，考虑到节约场地，方便构件制作，可顺柱列纵向布置（如图36所示），采用滑行法吊装。柱子纵向布置，绑扎点与杯口中心两点共弧。
若柱子长度大于12m，柱子纵向布置宜排成两行，如图36（a）所示；
若柱子长度小于12m，则可叠浇排成一行，如图36（b）所示。
② 屋架的布置
为节省施工场地，屋架宜安排在厂房跨内平卧叠浇预制，每叠3～4榀，布置方式有三种：斜向布置、正反斜向布置和正反纵向布置等，如图37所示。
若为预应力混凝土屋架，在屋架一端或两端需留出抽管及穿筋所必需的长度。其预留长度：若屋架采用钢管抽芯法预留孔道，当一端抽管时需留出的长度为屋架全长另加抽管时所需工作场地3m；当两端抽管时需留出的长度为二分之一屋架长度另加抽管时所需工作场地3m；若屋架采用胶管抽芯法预留孔道，则屋架两端的预留长度可以适当减少。
每两垛屋架之间的间隙，可取1m左右，以便支摸板及浇筑混凝土之用。屋架之间互相搭接的长度视场地大小及需要而定。
在布置屋架的预制位置时，还应考虑到屋架扶直就位要求及屋架扶直的先后次序，先扶直者放在上面 (层)；对屋架两端间的朝向也要注意，要符合屋架吊装时对朝向的要求；对屋架上预埋铁件的位置也要特别注意，不要搞错，以免影响结构吊装工作。
③ 吊车梁的布置
当吊车梁安排在现场预制时，可靠近柱基顺纵轴线或略作倾斜布置，也可插在柱子的空当中预制，或在场外集中预制等。
（3） 安装阶段构件的就位布置及运输堆放 ?
由于柱在预制阶段即已按吊装阶段的就位要求进行布置，当预制柱的混凝土强度达到吊装所需要求的强度后，即可先行吊装，以便空出场地供布置其他构件。故吊装阶段的就位布置一般是指柱已吊装完毕，其他构件如屋架的扶直就位、吊车梁和屋面板的运输就位等。
1）屋架的扶直就位
①屋架扶直。由于屋架一般都叠浇预制，为防止屋架扶直过程中的碰撞损坏，可选用以下两种措施：
A、在屋架端头搭设道木墩法。在屋架端头搭设道木墩，可使叠浇预制的上层屋架(底层除外)，在翻身扶直的过程中，其屋架下弦始终置于道木墩上转动，而不致于跌落受碰损(见下图 )。
图 屋架抹直时防碰损----搭设道木墩
1-屋架；2-道木墩(交叉搭设)
B、放钢筋棍法。屋架扶直过程是先利用屋架上弦上的吊环将屋架稍提一下，以使上下层屋架分离；然后在屋架上弦节点处垫放木楔子，并落钩使屋架上弦脱空而置于节点处的垫木楔上。待屋架上弦在垫木楔上置稳妥后，将吊索绕上弦绑扎，此时就可进行屋架扶直工作。当屋架准备起钩扶直时，先将Φ30长200mm的钢筋3~5根，放置在下弦节点处(下图)，然后再稍落吊钩，并用撬棍将屋架撬离一个屋架下弦宽度距离，此时就可起钩扶直屋架。
图 屋架扶直时防碰损措施-----放钢筋棍法
(a) 待扶直屋架；
(b)屋架稍提起放置钢筋；
(c)用撬杠撬动一个屋架宽；
(d)扶直。
1-屋架；2-Φ25～Φ30圆钢筋棍；3-扶直屋架的吊索；4-撬杠
②屋架就位。屋架扶直后应立即进行就位。按就位的位置不同，可分为同侧就位和异侧就位两种(图6-99)。同侧就位时，屋架的预制位置与就位位置均在起重机开行路线的同一侧。异侧就位时，需将屋架由预制的一边转至起重机开行路线的另一边就位。此时，屋架两端的朝向已有变动。因此，在预制屋架时，对屋架就位的位置事先应加以考虑，以便确定屋架两端的朝向及预埋件的位置等问题。
图 6-99 屋架的就位示意图
(a)同侧就位；(b)异侧就位
按屋架同侧就位的方式，常用的有两种：一种是靠柱边斜向就位，另一种是靠柱边成组纵向就位。
A、屋架的斜向就位。屋架斜向就位在吊装时跑车不多，节省吊装时间，但屋架支点过多，支垫木、加固支撑也多。屋架靠柱边斜向就位(下图)，可按下述作图方法确定其就位位置：
(a) 确定起重机吊装屋架时的开行路线及停机位置。起重机吊装屋架时一般沿跨中开行，也可根据吊装需要稍偏于跨度的一边开行，在图上画出开行路线。然后以欲吊装的某轴线(例如②轴线)的屋架中点M2为圆心，以所选择吊装屋架的起重半径R为半径画弧交于开行路线于O2，O2即为吊②轴线屋架的停机位置。
(b) 确定屋架就位的范围。屋架一般靠柱边就位，但屋架离开柱边的净距不小于200mm，并可利用柱作为屋架的临时支撑。这样，可定出屋架就位的外边线P-P。另外，起重机 在吊装屋架及屋面板时需要回转，若起重机尾部至回转中心的距离为A，则在距起重机开行路线A+0.5m的范围内也不宜布置屋架及其他构件；以此画出虚线Q-Q，在P-P及Q-Q两虚线的范围内可布置屋架就位。但屋架就位宽度不一定需要这样大，应根据实际需要定出屋架就位的宽度P-Q。
(c) 确定屋架的就位位置。当根据需要定出屋架实际就位宽度P-Q后，在图上画出P-P与Q-Q的中线H-H。屋架就位后之中点均应在此H-H线上。因此，以吊②轴线屋架的停机点O2为圆心，以吊屋架的起重半径R为半径，画弧交H一H线于G点，则C点即为②轴线屋架就位之中点。再以G点为圆心，以屋架跨度的一半为半径，画弧交P及Q两虚线于E、F两点。连E、F即为②轴线屋架就位的位置。其他屋架的就位位置均平行此屋架，端点相距6m(即柱距)。唯①轴线屋架由于已安装了抗风柱，需要后退至②轴线屋架就位位置附近就位。
B、屋架的成组纵向就位。纵向就位在就位时方便，支点用的道木比斜向就位要少，但吊装时部分屋架要负荷行驶一段距离，故吊装费时，且要求道路平整。
屋架的成组纵向就位，一般以4榀～5榀为一组，靠柱边顺轴线纵向就位。屋架与柱之间、屋架与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3m左右的间距作为横向通道。应避免在已吊装好的屋架下面去绑扎吊装屋架，屋架起吊应注意不要与已吊装的屋架相碰。因此，布置屋架时，每组屋架的就位中心线，可大致安排在该组屋架倒数第二榀吊装轴线之后约2m处。如图39所示。
2） 吊车梁、连系梁及屋面板的运输、堆放与排放
单层工业厂房除了柱和屋架一般在施工现场制作外，其他构件（如吊车梁、连系梁、屋面板等）均可在预制厂或附近的露天预制场制作，然后运至施工现场进行安装。?
构件运输至现场后，应根据施工组织设计所规定的位置，按编号及构件安装顺序进行排放或集中堆放。?
吊车梁、连系梁的排放位置，一般在其吊装位置的柱列附近，跨内跨外均可。
屋面板可布置在跨内或跨外。
例1 单层工业厂房结构吊装实例
例1 单层工业厂房结构吊装实例
某车间为单层、单跨18m的工业厂房，柱距6m，共13个节间，厂房平面图、剖面图如图40所示，主要构件尺寸如图41所示，车间主要构件一览表见表8所示。
制定安装方案前，应先熟悉施工图，了解设计意图，将主要构件数量、重量、长度、安装标高分别算出，并列表8以便计算时查阅。
(一)起重机选择及工作参数计算
根据现有起重设备选择履带式起重机进行结构吊装，现将该工程各种构件所需的工作参数计算如下：
1.柱子安装：采用斜吊绑扎法吊装
柱Z1、Z2要求起重量：?
Q=Q1+Q2=7.03+0.2=7.23（t）?
柱Z1、Z2要求起升高度(图42) ：
H=h1+h2+h3+h4
=0+0.3+7.05+2.0=9.35（m）
柱Z3要求起重量：?
Q=Q1+Q2=5.8+0.2=0（t）?
柱Z3要求起升高度：
H=h1+h2+h3+h4=0+0.30+11.5+2.0=13.8（m）
2．屋架安装(图43)
屋架要求起重量：
Q=Q1+Q2=4.95+0.2=5.15（t）?
屋架要求起升高度：?
H=h1+h2+h3+h4
=10.8+0.3+1.14+0=18.24（m）
3．屋面板安装
吊装跨中屋面板时，起重量：?
Q=Q1+Q2=1.3+0.2=1.5（t）?
起升高度（如图44所示）：?
H=h1+h2+h3+h4
=（10.8+2.64）+0.3+0.24+2.5=148（m）?
起重机吊装跨中屋面板时，起重钩需伸过已吊装好的屋架上弦中线 f =3m，且起重臂中心线与已安装好的屋架中心线至少保持1m的水平距离，因此，起重机的最小起重臂长度及所需起重仰角α为：
选用W1-100型起重机。采用起重臂长L=23m，取α=55°，再对起重高度进行核算；
假定起重杆顶端至吊钩的距离
d=3.5m，则实际的起重高度为：
H=Lsin55°+E－d
=23sin55°+1.7－3.5
=17.04m>148m
即d=23sin55°+1.7-148
=4.06m，满足要求。
此时起重机吊板的起重半径为：
R=F+Lcosα
=1.3+23cos55°=14.5(m)
所以选择W1-100型23m起重臂
符合吊装跨中屋面板的要求。再用选取的L=23m，α=55°复核能否满足吊装跨边屋面板的要求。
F—起重臂枢轴中心至回转中心的距离，查表P170可得，对于W1-100起重机F=1.3m
E—起重臂枢轴中心至地面高度，查表P170可得，对于W1-100起重机E=1.7m
查表P171
再以选定的23m长起重臂及α=55°倾角用作图法来复核一下能否满足吊装最边缘一块屋面板的要求。
在图44中，以最边缘一块屋面板的中心C为圆心，以R=14.5m为半径画弧，交起重机开行路线于O1点，O1点即为起重机吊装边缘一块屋面板的停机位置。用比例尺量CB=3.65m。过O1C按比例作2-2剖面。从2-2剖面可以看出，所选起重臂及起重仰角可以满足吊装要求。
再用图解法来复核一下能
否满足吊装最边缘一块屋面板
的要求。
起重臂吊装(A)轴线最边缘
一块屋面板时起重臂与(A)轴线
的夹角β，
则屋架在(A)轴线处的端部
A点与起重杆同屋架在平面图上
的交点B之间的距离为（AB）：
可得CB长度为：
由屋架的几何尺寸计算出2-2剖面屋架被截得的高度:
h屋=2.83×tan21.8°=1.13m。
根据 ，
得g=2.4m。因为g=2.4m＞1m，所以满足吊装最边缘一块屋面板的要求。
根据以上各种吊装工作参数的计算，从W1-100型L=23m履带式起重机性能曲线表并列表9可以看出，所选起重机可以满足所有构件的吊装要求。
(二) 现场预制构件的平面布置与起重机的开行路线
构件吊装采用分件吊装的方法。柱子、屋架现场预制，其他构件（如吊车梁、连系梁、屋面板）均在附近预制构件厂预制，吊装前运到现场排放吊装。
（1）(A)列柱预制?
在场地平整及杯形基础浇筑后即可进行柱子预制。根据现场情况及起重半径R，先确定起重机开行路线，吊装(A)列柱时，跨内、跨边开行，且起重机开行路线距(A)轴线的距离为4.8m；然后以各杯口中心为圆心，以R=5m为半径画弧与开行线路相交，其交点即为吊装各柱的停机点。再以各停机点为圆心，以R=5m为半径画弧，该弧均通过各杯口中心，并在杯口附近的圆弧上定出一点作为柱脚中心，然后以柱脚中心为圆心，以柱脚至绑扎点的距离7.05m为半径作弧与以停机点为圆心，以R=5m为半径的圆弧相交，此交点即柱的绑扎点。根据圆弧上的两点（柱脚中心及绑扎点）作出柱子的中心线，并根据柱子尺寸确定出柱的预制位置，如图45（a）所示。
（2） (B)列柱预制?
根据施工现场情况确定(B)列柱跨外预制，由(B)轴线与起重机的开行路线的距离为4.2m，定出起重机吊装(B)列柱的开行路线，然后按上述同样的方法确定停机点及柱子的布置位置。如图45（a）所示。
（3） 抗风柱的预制?
抗风柱在①轴及(14)轴外跨外布置，其预制位置不能影响起重机的开行。
（4） 屋架的预制?
屋架的预制安排在柱子吊装完后进行；屋架以3～4榀为一叠安排在跨内叠浇。在确定屋架的预制位置之前，先定出各屋架排放的位置，据此安排屋架的预制位置。屋架的预制位置及排放布置如图45（b）所示。
按图45的布置方案，起重机的开行路线及构件的安装顺序如下:?
起重机首先自(A)轴跨内进场，按(14)→①的顺序吊装(A)列柱；其次，转至(B)轴线跨外，按①→(14)的顺序吊装(A)列柱；第三，转至(A)轴线跨内，按(14)→①的顺序吊装(A)列柱的吊车梁、连系梁、柱间支撑；第四，转至(B)轴线跨内，按①→(14)的顺序吊装(B)列柱的吊车梁、连系梁、柱间支撑；第五，转至跨中，按(14)→①的顺序扶直屋架，使屋架、屋面板排放就位后，吊装①轴线的两根抗风柱；第六，按①→(14)的顺序吊装屋架、屋面支撑、大型屋面板、天沟板等；最后，吊装(14)轴线的两根抗风柱后退场。

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