超高层建筑大型机电设备吊装技术
浏览 发布时间 2015-3-18 14:45:14
1·前言
随着设计、施工技术水平的提高,城市化进程急剧加快,超高层建筑如雨后春笋般拔地而起。大多数超高层建筑在中间楼层设置设备层。设备层里布置有大量的大型设备,尤其是空调主机,外形尺寸大、重量重。超高层建筑大型设备的传统吊装方法是:①采用塔吊、桅杆沿外墙吊装,设备进楼层技术采用“夺吊法”;②采用在电梯井设置卷扬机提升系统吊装。
2 ·工程概况
某甲级写字楼建筑高度为302.7m,地上共59层,属于超高层建筑。设备层位于15、30、45层,主要设备有离心式冷水机组、板式热交换器、组合式风柜等,机电设备共有282台。其中冷水机组、集分水缸、冷冻水泵、冷却水泵等大型设备主要集中在30层,其中最大的冷水机组重量达18t。设备吊装期间,为钢结构吊装布置在核心筒的两台内爬式塔吊M600D尚未拆除。经复核塔吊的起重能力满足吊装设备的要求,但总包方明确要求要尽可能节约设备的吊装时间。
3·吊装思路分析
本项目电梯井道尺寸小于设备外形尺寸,采用在电梯井设置卷扬机提升系统吊装不可行,因此选择采用塔吊沿外墙吊装。但由于设备层的净高有限,采用传统进楼层方法,操作难度很大,工效低,而且施工安全风险高。另外,根据塔吊安全作业规程,也不允许采用塔吊实施“夺吊法”。为此,根据本工程30层大型设备集中、数量多的特点,在30层合适位置设置了一个悬挑钢平台,拓展设置进楼层的平面和立面操作空间。设备先用塔吊吊装到悬挑钢平台上,然后二次运输到安装位置。
4·主要施工技术
4.1 楼层内设备运输路线的选择
单从减少二次运输路线来考虑,宜选择在从北面的D轴线边缘进入,或者C~D轴线间的东西两侧进入,但这些边缘的楼层净空不能满足要求。在B~C/1和B~C/4两个区域处,二次运输路线较短,而且楼层净空也满足要求,但因为B~C/3~4楼板厚度为200mm,设计承载力为15kN/m2,而B~C/1~2楼板厚度为150mm,设计承载力为10kN/m2,因此选择B~C/4轴线区域靠东侧设置悬挑钢平台。
从该位置直接进入30层冷水机房,满足靠近设备安装位置的要求;塔吊的起重能力满足要求;二次运输路线楼板设计承载力最大,为15kN/m2。冷水机房楼面标高为134.440m;30M层GL2钢梁表面标高为138.720m,钢梁高度为850mm,因此梁底标高为137.870m;则该位置楼层净高:H=137.870-134.440=3.430m。冷水机组的高度为3m,楼层净高满足设备进入要求。
4.2 悬挑钢平台设计(见图1)
4.2.1 结构形式选择
钢平台设置成悬挑平台加拉杆的形式。采用拉杆主要考虑几个因素:①30M层的GL2钢梁相对29层的GL7钢梁截面较大,能承受负荷较大;②拉杆比撑杆受力好,撑杆要考虑本身的整体稳定性;③拉杆安装在平台上方,安装和拆除非常方便,并且更加安全。
4.2.2 平面尺寸
根据最大设备即冷水机组的尺寸、重心位置以及施工人员操作空间要求,钢平台悬挑长度为4.5m,宽度为5.62m。钢平台设高度为1.2m的活动栏杆和高度为0.2m的踢脚板,其中东侧栏杆设置成活动式。钢平台宽度取5.62m,主要考虑平台框梁和拉杆分别与30、30M层的GL7、GL2与次梁节点统一,改善GL7、GL2的受力性能。
4.2.3 具体结构
悬挑平台由框架梁、主梁、次梁、铺板及拉杆组成,局部结构加强。框架梁、主梁、次梁采用热轧H型钢,型号分别为HN400×200×8×13、HM300×200×8×12、HM194×150×6×9。平台铺板采用12mm钢板。所有材料的材质都为Q235。拉杆共2根,两端分别连接钢平台的框架梁和30M层的GL2钢梁,拉杆采用无缝钢管,型号为φ133×6。钢平台中的框架梁、主梁、次梁之间采用全截面角焊接连接,焊脚尺寸为相连间的较厚板的厚度。框架梁与30层钢梁GL7采用栓焊连接。拉杆两端为全截面角焊缝连接,焊脚为8mm。
4.2.4 钢平台受力校核
该钢平台以吊装最大设备即重达18t的冷水机组的负荷来进行受力计算校核。钢平台次梁的位置需要根据设备底座的实际尺寸进行调整,冷水机组在钢平台水平运输时,载重小车运行路线必须与次梁中心线重合。
采用MIDAS/Gen结构设计软件进行计算分析,选择最不利的两个工况进行计算。经计算,工况1构件最大综合应力为134MPa,工况2构件最大综合应力为121MPa,都小于Q235钢的设计值215MPa,满足要求。
4.3 设备吊装
4.3.1 塔吊起重能力校核
冷水机组卸车位置在建筑物的东侧,用4#塔吊吊装,吊装半径小于25m。查表1塔吊起重性能表可知,在25m吊装半径,塔吊的额定起重能力为26.7t。
冷水机组的吊装重量:
Q计=k1×k2×G=1.1×1.1×18=21.78t<26.7t,塔吊起重能力满足要求。
k1—高空吊装考虑风载的影响,k1=1.1;
k2 —吊装的动载系数,k2=1.1。
4.3.2 吊索具设置
设备自带的吊耳与几何中心一般呈对称布置,由于设备功能的需要,一般设备的重心与几何中心不一致,而且设备的重心与吊点的几何中心也不一致。如果直接采用等长的吊索吊装,设备吊起后将处于不平衡状态,存在安全隐患。因此在设置吊索时,要设置主副吊索,确保设备的吊装平衡。主副吊索的规格型号相同,在副吊索上串接倒链调整;倒链调整完成后,需在倒链处设置安全吊索。
采用4条吊索平衡吊装。每条吊索长度为5000mm,吊装仰角为55°。吊索的受力:
T = k 1 × k 2 × k 3 × G /(4sin55°)=1.1×1.1×1.2×18/(4sin55°)=7.975t
k1—高空吊装考虑风载的影响,k1=1.1;
k2 — 吊装的动载系数,k2=1.1;
k3—四条吊索不均匀受力系数,k3=1.2。
选择圆筒吊带:10#尺寸,长度为5m,材料为100%高韧性聚脂,安全系数为6,安全负荷为10t。卸扣选择美式弓型卸扣,名义尺寸1.25英寸,安全负荷为12t。
4.3.3 试吊
绑扎牢固,且经检查无误后,设备缓缓吊起离地200mm,重新全面检查各吊点、各吊索具的情况,再次检查确认无误后,方可正式起吊。
4.3.4 吊装
钢平台东侧活动护栏拆除,在钢平台上和楼层上放好四个6t负荷的载重小车。由塔吊将设备缓慢提升到30层钢平台正上方,缓慢落钩,直到设备底座完全落到载重小车上。塔吊松钩,拆除吊索。
4.4 设备二次运输技术
由JM1(1t)慢速卷扬机牵引,配若干个定滑轮(额定负荷为1t),牵引设备至安装位置。为保护水泥楼板表面和减少载重小车与水泥表面的摩擦力,在运输路线上垫上厚度8mm的钢板。运输过程中要保持慢速、平稳,特别是在转弯处,必须要注意设备的稳定性。
5 ·应用效果
采用本方法施工,施工过程安全有序,施工质量可靠,在保证质量和安全的前提下,减轻劳动作业强度,节能降耗。每台大型设备吊装仅用不到1h,大大节约了吊车台班,取得了良好的经济效益和社会效益。
随着设计、施工技术水平的提高,城市化进程急剧加快,超高层建筑如雨后春笋般拔地而起。大多数超高层建筑在中间楼层设置设备层。设备层里布置有大量的大型设备,尤其是空调主机,外形尺寸大、重量重。超高层建筑大型设备的传统吊装方法是:①采用塔吊、桅杆沿外墙吊装,设备进楼层技术采用“夺吊法”;②采用在电梯井设置卷扬机提升系统吊装。
2 ·工程概况
某甲级写字楼建筑高度为302.7m,地上共59层,属于超高层建筑。设备层位于15、30、45层,主要设备有离心式冷水机组、板式热交换器、组合式风柜等,机电设备共有282台。其中冷水机组、集分水缸、冷冻水泵、冷却水泵等大型设备主要集中在30层,其中最大的冷水机组重量达18t。设备吊装期间,为钢结构吊装布置在核心筒的两台内爬式塔吊M600D尚未拆除。经复核塔吊的起重能力满足吊装设备的要求,但总包方明确要求要尽可能节约设备的吊装时间。
3·吊装思路分析
本项目电梯井道尺寸小于设备外形尺寸,采用在电梯井设置卷扬机提升系统吊装不可行,因此选择采用塔吊沿外墙吊装。但由于设备层的净高有限,采用传统进楼层方法,操作难度很大,工效低,而且施工安全风险高。另外,根据塔吊安全作业规程,也不允许采用塔吊实施“夺吊法”。为此,根据本工程30层大型设备集中、数量多的特点,在30层合适位置设置了一个悬挑钢平台,拓展设置进楼层的平面和立面操作空间。设备先用塔吊吊装到悬挑钢平台上,然后二次运输到安装位置。
4·主要施工技术
4.1 楼层内设备运输路线的选择
单从减少二次运输路线来考虑,宜选择在从北面的D轴线边缘进入,或者C~D轴线间的东西两侧进入,但这些边缘的楼层净空不能满足要求。在B~C/1和B~C/4两个区域处,二次运输路线较短,而且楼层净空也满足要求,但因为B~C/3~4楼板厚度为200mm,设计承载力为15kN/m2,而B~C/1~2楼板厚度为150mm,设计承载力为10kN/m2,因此选择B~C/4轴线区域靠东侧设置悬挑钢平台。
从该位置直接进入30层冷水机房,满足靠近设备安装位置的要求;塔吊的起重能力满足要求;二次运输路线楼板设计承载力最大,为15kN/m2。冷水机房楼面标高为134.440m;30M层GL2钢梁表面标高为138.720m,钢梁高度为850mm,因此梁底标高为137.870m;则该位置楼层净高:H=137.870-134.440=3.430m。冷水机组的高度为3m,楼层净高满足设备进入要求。
4.2 悬挑钢平台设计(见图1)
4.2.1 结构形式选择
钢平台设置成悬挑平台加拉杆的形式。采用拉杆主要考虑几个因素:①30M层的GL2钢梁相对29层的GL7钢梁截面较大,能承受负荷较大;②拉杆比撑杆受力好,撑杆要考虑本身的整体稳定性;③拉杆安装在平台上方,安装和拆除非常方便,并且更加安全。
4.2.2 平面尺寸
根据最大设备即冷水机组的尺寸、重心位置以及施工人员操作空间要求,钢平台悬挑长度为4.5m,宽度为5.62m。钢平台设高度为1.2m的活动栏杆和高度为0.2m的踢脚板,其中东侧栏杆设置成活动式。钢平台宽度取5.62m,主要考虑平台框梁和拉杆分别与30、30M层的GL7、GL2与次梁节点统一,改善GL7、GL2的受力性能。
4.2.3 具体结构
悬挑平台由框架梁、主梁、次梁、铺板及拉杆组成,局部结构加强。框架梁、主梁、次梁采用热轧H型钢,型号分别为HN400×200×8×13、HM300×200×8×12、HM194×150×6×9。平台铺板采用12mm钢板。所有材料的材质都为Q235。拉杆共2根,两端分别连接钢平台的框架梁和30M层的GL2钢梁,拉杆采用无缝钢管,型号为φ133×6。钢平台中的框架梁、主梁、次梁之间采用全截面角焊接连接,焊脚尺寸为相连间的较厚板的厚度。框架梁与30层钢梁GL7采用栓焊连接。拉杆两端为全截面角焊缝连接,焊脚为8mm。
4.2.4 钢平台受力校核
该钢平台以吊装最大设备即重达18t的冷水机组的负荷来进行受力计算校核。钢平台次梁的位置需要根据设备底座的实际尺寸进行调整,冷水机组在钢平台水平运输时,载重小车运行路线必须与次梁中心线重合。
采用MIDAS/Gen结构设计软件进行计算分析,选择最不利的两个工况进行计算。经计算,工况1构件最大综合应力为134MPa,工况2构件最大综合应力为121MPa,都小于Q235钢的设计值215MPa,满足要求。
4.3 设备吊装
4.3.1 塔吊起重能力校核
冷水机组卸车位置在建筑物的东侧,用4#塔吊吊装,吊装半径小于25m。查表1塔吊起重性能表可知,在25m吊装半径,塔吊的额定起重能力为26.7t。
冷水机组的吊装重量:
Q计=k1×k2×G=1.1×1.1×18=21.78t<26.7t,塔吊起重能力满足要求。
k1—高空吊装考虑风载的影响,k1=1.1;
k2 —吊装的动载系数,k2=1.1。
4.3.2 吊索具设置
设备自带的吊耳与几何中心一般呈对称布置,由于设备功能的需要,一般设备的重心与几何中心不一致,而且设备的重心与吊点的几何中心也不一致。如果直接采用等长的吊索吊装,设备吊起后将处于不平衡状态,存在安全隐患。因此在设置吊索时,要设置主副吊索,确保设备的吊装平衡。主副吊索的规格型号相同,在副吊索上串接倒链调整;倒链调整完成后,需在倒链处设置安全吊索。
采用4条吊索平衡吊装。每条吊索长度为5000mm,吊装仰角为55°。吊索的受力:
T = k 1 × k 2 × k 3 × G /(4sin55°)=1.1×1.1×1.2×18/(4sin55°)=7.975t
k1—高空吊装考虑风载的影响,k1=1.1;
k2 — 吊装的动载系数,k2=1.1;
k3—四条吊索不均匀受力系数,k3=1.2。
选择圆筒吊带:10#尺寸,长度为5m,材料为100%高韧性聚脂,安全系数为6,安全负荷为10t。卸扣选择美式弓型卸扣,名义尺寸1.25英寸,安全负荷为12t。
4.3.3 试吊
绑扎牢固,且经检查无误后,设备缓缓吊起离地200mm,重新全面检查各吊点、各吊索具的情况,再次检查确认无误后,方可正式起吊。
4.3.4 吊装
钢平台东侧活动护栏拆除,在钢平台上和楼层上放好四个6t负荷的载重小车。由塔吊将设备缓慢提升到30层钢平台正上方,缓慢落钩,直到设备底座完全落到载重小车上。塔吊松钩,拆除吊索。
4.4 设备二次运输技术
由JM1(1t)慢速卷扬机牵引,配若干个定滑轮(额定负荷为1t),牵引设备至安装位置。为保护水泥楼板表面和减少载重小车与水泥表面的摩擦力,在运输路线上垫上厚度8mm的钢板。运输过程中要保持慢速、平稳,特别是在转弯处,必须要注意设备的稳定性。
5 ·应用效果
采用本方法施工,施工过程安全有序,施工质量可靠,在保证质量和安全的前提下,减轻劳动作业强度,节能降耗。每台大型设备吊装仅用不到1h,大大节约了吊车台班,取得了良好的经济效益和社会效益。
上一个:超大直径多连体混凝土筒仓滑模施工工法
下一个:砼裂缝的种类及产生的原因