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淺談重型鋼筋砼預(yù)制柱的翻身和起吊

鄭克義

(馬鞍山邁世紀(jì)工程咨詢有限公司安徽馬鞍山243000)

本文結(jié)合新疆某電解鋁廠電解車間鋼筋砼預(yù)制柱吊裝實(shí)例，詳細(xì)介紹了重型異形預(yù)制柱的翻身、吊裝、校正方法，以及對(duì)應(yīng)狀態(tài)下的受力驗(yàn)算，以供類似工程參考。

翻身;吊裝;無纜風(fēng)繩吊裝校正;強(qiáng)度驗(yàn)算;穩(wěn)定性驗(yàn)算

新疆地區(qū)氣候的特殊性，露天鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕速度較快，增加了廠房的維修保養(yǎng)費(fèi)用成本。預(yù)制砼結(jié)構(gòu)顯示其優(yōu)越性。本文所述為一電解鋁廠電解主廠房結(jié)構(gòu)為預(yù)制鋼筋砼排架結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)為鋼筋砼現(xiàn)澆杯口基礎(chǔ)，預(yù)制柱為現(xiàn)場(chǎng)疊層預(yù)制(四層)。由于電解工藝特點(diǎn)，預(yù)制柱上柱較長(zhǎng)，整柱重量較大，預(yù)制柱的翻身、吊裝和校正，以及不同狀態(tài)下的強(qiáng)度及抗裂度驗(yàn)算是現(xiàn)場(chǎng)工作的重點(diǎn)。

一、預(yù)制柱的技術(shù)參數(shù)

柱類型數(shù)量(榀)重量(噸)上柱下柱斷面(mm)高度(mm)斷面(mm)高度(mm)高(mm)砼量(m3)排架柱25.75700*50073601200*500121901955010.3

二、預(yù)制柱的翻身

由于預(yù)制柱為重型柱，且上柱長(zhǎng)為7360mm，現(xiàn)場(chǎng)疊層(四層)預(yù)制。所以預(yù)制柱的翻身吊鉤位置及數(shù)量選擇至關(guān)重要。

(一)預(yù)制柱翻身的強(qiáng)度驗(yàn)算

原設(shè)計(jì)圖紙采用兩點(diǎn)翻身，起吊至小面朝上放置，并設(shè)置了吊鉤，具體位置見圖示。

q1=9.2KN/m ，q2=17.5 KN/m ，q3=15.5 KN/m

MA=1/2*1.5*q1*L12=0.5*1.5*9.2*7.362=373.8KN·m

MB=[q1*L1*(L1/2+L2+L3)+q2*L2*(L2/2+L3)+1/2*q3*L32]*1.5=525.92 KN·m

MD=1/2*1.5*q3*L52=51.27 KN·m

MC=1/8*1.5*q3*L42-(MD+MA)/2=12.53 KN·m

綁扎點(diǎn)位置采用設(shè)計(jì)預(yù)埋的吊環(huán)位置，強(qiáng)度驗(yàn)算時(shí)上柱需驗(yàn)算上下柱交接點(diǎn)彎矩，下柱需驗(yàn)算兩個(gè)吊點(diǎn)處截面及吊點(diǎn)跨中最大彎矩。經(jīng)上述計(jì)算，只需驗(yàn)算MA及MB截面強(qiáng)度。

M=fy*AS*(h0-αs＇)=607.6KN·m

式中：fy——鋼筋受拉強(qiáng)度，fy=360N/mm2。

As——受拉鋼筋面積

h0——驗(yàn)算截面有效高度，h0=465mm

αs＇——受拉區(qū)域鋼筋合力點(diǎn)至截面受壓邊緣的距離，αs＇=35mm

經(jīng)計(jì)算：M=fy*AS*(h0-αs＇)=607.6KN·m>373.8KN·m，強(qiáng)度滿足要求。

截面抗裂度計(jì)算：只驗(yàn)算上柱交界面位置

σs=MK/(0.87*h0*As)=235.4/mm2<360，滿足要求。(MK=373.8KN·m)

跨中最大彎矩處截面抗裂度計(jì)算：

σs=MK/(0.87*h0*As)=331.2/mm2<360，滿足要求。(MK=525.92KN·m)

實(shí)際操作時(shí)，考慮到上柱較長(zhǎng)，柱翻身及起吊時(shí)，如果脫模效果不太理想時(shí)形成的粘結(jié)力，會(huì)對(duì)上柱根部位置形成附加力，從而造成裂紋，與設(shè)計(jì)溝通后，采取三點(diǎn)翻身和兩點(diǎn)起吊。

實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)采用三點(diǎn)翻身，起吊至小面朝上放置，力學(xué)計(jì)算模型為下圖：

由于采用三點(diǎn)翻身，構(gòu)件本身受力情況得到明顯改善，小于上述兩點(diǎn)翻身起吊形成的內(nèi)力，滿足強(qiáng)度和裂紋要求。

(二)預(yù)制柱的堆放

由于是異形柱，柱子翻身后堆放時(shí)，利用設(shè)計(jì)背面的小牛腿作為支點(diǎn)，同時(shí)增加圖示的枕木支點(diǎn)。施工時(shí)，必須先利用預(yù)制柱牛腿穩(wěn)定支撐地面后，再在圖示位置進(jìn)行軟墊，墊實(shí)受力就行。在此工況下，預(yù)制柱所受內(nèi)力較小，經(jīng)驗(yàn)算均可滿足強(qiáng)度及抗裂要求。

(三)預(yù)制柱翻身的操作

由于四層疊放預(yù)制，所以頂層預(yù)制柱的翻身，臨時(shí)支撐難度最大。

翻身前，先在疊放預(yù)制柱邊側(cè)放置枕木搭設(shè)的支墩，作為預(yù)制柱翻身臨時(shí)支點(diǎn)。支墩位置如圖示：

由于采取三點(diǎn)翻身，翻身后，立即起吊堆放，脫模。為了保護(hù)預(yù)制柱邊側(cè)棱角，支墩頂鋪設(shè)橡膠墊。考慮到脫模情況，翻身時(shí)先穩(wěn)定吊車力為18噸力，如果上下層自動(dòng)分開，立即在縫隙里塞放直徑25的圓鋼段，每段長(zhǎng)10cm，間距2米，并超過柱中心軸線，然后輕放吊車臂，讓圓鋼受力，達(dá)到上下層完全分開的目的。同時(shí)輔助于撬杠，將上層柱平移，讓上下層錯(cuò)位，將橡膠墊塞進(jìn)縫隙，起吊翻身，以利于保護(hù)預(yù)制柱棱角。

當(dāng)18噸力無法讓上下層出現(xiàn)縫隙，說明粘結(jié)，千萬不能強(qiáng)行增加起吊力，強(qiáng)制翻身。立即維持吊力不變，人工用尖頭鉆或扁鉆進(jìn)行劈開，直至出現(xiàn)裂縫，其他步驟同上。

三、預(yù)制的起吊(斜吊法)

在牛腿軸線位置，貫穿預(yù)制柱設(shè)置吊裝孔，考慮到上柱過長(zhǎng)，利用副鉤輔助于預(yù)制柱起身，至角度45度以上時(shí)，副鉤脫鉤，利用一點(diǎn)進(jìn)行最后的起吊，安裝就位。從受力工況來看，主鉤和副鉤共同受力，圍繞下柱旋轉(zhuǎn)起身，等同于三點(diǎn)受力，從前面計(jì)算，可以確定吊裝時(shí)滿足強(qiáng)度及抗裂要求。

四、無纜風(fēng)繩吊裝校正

考慮到是重柱，現(xiàn)場(chǎng)采取了無纜風(fēng)繩吊裝校正。

(一)柱子無纜風(fēng)繩校正的穩(wěn)定性驗(yàn)算：

柱子在風(fēng)載W作用下產(chǎn)生的傾覆力矩：查結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范，施工場(chǎng)地所在地新疆基本風(fēng)壓取W0=0.70KN/m2。S=7.36*0.7+12.19*1.2=19.78平米。利用面積矩求重心，求出縱向L=8.64-2=6.64米。

Mcv=WL=W0SL=13.85KN*6.64m=91.96KN·m

柱子用鋼楔臨時(shí)固定抵抗抗傾覆的力矩：

G=25.75*10=257.5KN；e+e＇=10cm；b=0.5m；μ=0.65；h=2m；代入

MT=G(b/2-e-e＇)+μGh=373.38KN·m

抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)K：

K=MT/Mcv=[G(b/2-e-e＇)+μGn＇]/( WL)=373.38/91.96=4.06>1.25，所以可采用無纜風(fēng)繩校正法施工。

其中：K——抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)，≥1.25；G——柱子總重力；b——柱子截面短邊的寬度；e、e＇——分別為柱子校正前重心的偏心值和固定柱子的鋼楔變形引起的柱子偏心值，一般e+e＇=10cm；μ——砼與砼之間的摩擦系數(shù)，=0.6～0.7；L——柱子重心位置至杯口的距離；h——杯口深度；W——總分壓，W=w0S，w0基本風(fēng)壓，S柱子截面長(zhǎng)邊的擋風(fēng)面積。

(二)預(yù)制柱校正及杯口灌漿

起重機(jī)落鉤將預(yù)制柱放到杯口底后應(yīng)進(jìn)行對(duì)線工作。采用無纜風(fēng)繩校正時(shí)，應(yīng)使柱身中線對(duì)準(zhǔn)杯底中線，并在對(duì)準(zhǔn)線后用干凈堅(jiān)硬石塊將柱腳卡死。

柱子就位后，在基礎(chǔ)杯口用8個(gè)鋼楔(每面2個(gè))做臨時(shí)固定，楔子應(yīng)逐步打緊，防止使對(duì)好線的柱腳走動(dòng)。

柱子垂直度校正采用無纜風(fēng)校正法；因預(yù)制柱重量在20噸以上，柱子采用油壓千斤頂立頂法校正。垂直度校正后，復(fù)查平面位置。偏差超過5mm，應(yīng)予以復(fù)校。采用無纜風(fēng)繩校正柱子，當(dāng)在柱傾斜一面敲打楔子或頂動(dòng)柱時(shí)，可同時(shí)配合松動(dòng)對(duì)面楔子，但決不能將其拔出，以防止傾倒。

柱與杯口空隙內(nèi)澆灌細(xì)石砼作最后固定。應(yīng)在校正后立即進(jìn)行(考慮到新疆風(fēng)大，對(duì)未能及時(shí)灌漿，過夜的柱，必須重新驗(yàn)收后，才能澆灌)。灌縫前，將杯口內(nèi)垃圾清理干凈，用水濕潤(rùn)柱及杯口壁。對(duì)于因柱底不平或柱腳地面傾斜而造成柱腳與杯底間有較大空隙的情況，應(yīng)先灌一層希水泥砂漿，填滿空隙后，再灌細(xì)石砼，砼等級(jí)為C40。一般分兩次進(jìn)行，由于新疆地區(qū)多風(fēng)，第一次灌漿略高于楔子底面，但要確保楔子能夠拔出，強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)50%后，拔出楔子，二次灌滿。

五、施工過程的若干注意事項(xiàng)：

從現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際操作情況看，以下環(huán)節(jié)對(duì)施工影響較大：

1、預(yù)制場(chǎng)地的布置及場(chǎng)地硬化，必須結(jié)合吊裝設(shè)備的選型和吊裝路線和方法；場(chǎng)地硬化必須考慮新疆當(dāng)?shù)氐臍夂蛱攸c(diǎn)。

2、隔離劑的選型和涂刷。本工程選用了防水膩?zhàn)臃圩鳛楦綦x劑，效果較好。同時(shí)對(duì)遭受雨水沖刷的底膜，必須及時(shí)重新涂刷或補(bǔ)刷隔離劑。

3、砼的養(yǎng)護(hù)。由于新疆地區(qū)氣候干燥，溫差大，澆筑收光后必須用薄膜封裹，覆蓋棉氈保濕養(yǎng)護(hù)。

六、結(jié)束語

本文的預(yù)制柱翻身、吊裝、校正方法在本工程兩列電解廠房共計(jì)652根預(yù)制柱的吊裝施工中得到了較好的應(yīng)用，在安全、質(zhì)量、工期上都取得了良好效果。我們?cè)谑┕ぶ校瑢?duì)各工序進(jìn)行了明確的分工，各崗位密切配合，綁扎起吊時(shí)采用了長(zhǎng)短兩根吊索搭配的方式進(jìn)行捆綁，使柱子就位校正后，吊索能夠自然脫落，避免和減少了高空作業(yè)，提高了工效，取得較好經(jīng)濟(jì)效果。

[1]建筑施工手冊(cè)第四版，中國建筑工業(yè)出版社

鄭克義，1996年畢業(yè)于合肥工業(yè)大學(xué)，一直從事建筑工程現(xiàn)場(chǎng)施工及工程咨詢管理。