地上钢桁架吊装项目相关计算书

9.1 桁架吊装过程仿真验算吊装分析 19.2 施工过程仿真验算 39.3 卸载方案分析 259.3.1 整体卸载方案 259.3.2 卸载过程分析 289.4 临时支撑架设计 329.5 吊耳的选用及受力计算 379.5.1 0~10吨重量的构件吊耳计算 379.5.2 10~30吨重量的构件吊耳计算 389.6 吊绳、卸扣选择 399.6.1 钢丝绳的选择 399.6.2 卸扣的选择 419.7 钢爬梯设计及计算 449.8 挂篮的设计及计算 469.1 桁架吊装过程仿真验算吊装分析为了保证桁架吊装过程的安全，需对桁架的吊装过程进行仿真验算。取一个独立的结构单元GHJ6的一个分段单元来进行施工过程仿真验算。采用大型通用有限元钢结构设计软件MIDASGEN8.60进行计算分析。荷载考虑1.2自重荷载。吊装单元最大竖向变形：0.607mm吊装单元最大应力比：0.008吊装单元应力比云图9.2 施工过程仿真验算根据总体施工方案，运用MIDAS非线性施工过程分析模块，将计算模型定义为一个施工序列，按照施工顺序，对结构进行逐步激活，得到结构在整个施工过程中刚度及内力变化情况，验证结构安装顺序、临时支撑方案，确保结构在施工过程中的稳固安全，确保结构在施工过程中内力不超限，变形不超差，并根据结构逐步成形过程中各临时支撑点的受力分析结果，进行临时支撑体系的设计。1、腹杆采用桁架单元，其余构件采用两节点12自由度的一般梁单元，可同时考虑弯剪扭效应；2、边界条件：支撑柱柱脚定义为刚接节点；临时支撑点采用铰接支座模拟；3、分析荷载：仅结构自重，由程序自动计算，自重系数采用1.2；4、分析步长：将施工过程分为6个施工阶段进行计算。每个阶段均包括有若干施工步骤，施工步骤详见施工方案，计算结构在每个施工阶段的结构变形及受力情形。第一施工阶段：GHJ5桁架分段安装第二施工阶段：内侧次桁架等次结构安装第三施工阶段：GHJ6桁架分段安装第四施工阶段：次桁架等次结构安装完成第五施工阶段：GHJ3和GHJ4安装完成第六施工阶段：安装其对应次桁架等次结构第七施工阶段：安装11.49米标高夹层钢结构第八施工阶段：安装5.69米标高夹层钢结构第九施工阶段：GHJ7和GHJ8安装完成第十施工阶段：对应的次构等安装完成第一施工阶段验算结果：第一施工阶段位移：最大位移0.118mm第一施工阶段梁及桁架单元应力比值，最大值为0.023分析：最大位移为满足小于L/300要求，最大应力比为0.023，满足强度要求，因此，第一施工阶段结构安全，施工可行。第二施工阶段验算结果：第二施工阶段位移：最大位移5.175mm第二施工阶段梁及桁架单元应力比值，最大值为0.078分析：最大位移为满足小于L/300要求，最大应力比为0.078，满足强度要求，因此，第二施工阶段结构安全，施工可行。第三施工阶段验算结果：第三施工阶段位移：最大位移5.175mm第三施工阶段梁及桁架单元应力比值，最大值为0.078分析：最大位移为满足小于L/300要求，最大应力比为0.078，满足强度要求，因此，第三施工阶段结构安全，施工可行。第四施工阶段验算结果：第四施工阶段位移：最大位移5.134mm第四施工阶段梁及桁架单元应力比值，最大值为0.077分析：最大位移为满足小于L/300要求，最大应力比为0.077，满足强度要求，因此，第四施工阶段结构安全，施工可行。第五施工阶段验算结果：第五施工阶段位移：最大位移5.127mm第五施工阶段梁及桁架单元应力比值，最大值为0.078分析：最大位移为满足小于L/300要求，最大应力比为0.078，满足强度要求，因此，第五施工阶段结构安全，施工可行。第六施工阶段验算结果：第六施工阶段位移：最大位移5.119mm第六施工阶段梁及桁架单元应力比值，最大值为0.078分析：最大位移为满足小于L/300要求，最大应力比为0.078，满足强度要求，因此，第六施工阶段结构安全，施工可行。第七施工阶段验算结果：第七施工阶段位移：最大位移5.118mm第七施工阶段梁及桁架单元应力比值，最大值为0.078分析：最大位移为满足小于L/300要求，最大应力比为0.078，满足强度要求，因此，第七施工阶段结构安全，施工可行。第八施工阶段验算结果：第八施工阶段位移：最大位移5.117mm第八施工阶段梁及桁架单元应力比值，最大值为0.086分析：最大位移为满足小于L/300要求，最大应力比为0.086，满足强度要求，因此，第八施工阶段结构安全，施工可行。第九施工阶段验算结果：第九施工阶段位移：最大位移5.117mm第九施工阶段梁及桁架单元应力比值，最大值为0.089分析：最大位移为满足小于L/300要求，最大应力比为0.089，满足强度要求，因此，第九施工阶段结构安全，施工可行。第十施工阶段验算结果：第十施工阶段位移：最大位移5.117mm第十施工阶段梁及桁架单元应力比值，最大值为0.089分析：最大位移为满足小于L/300要求，最大应力比为0.089，满足强度要求，因此，第十施工阶段结构安全，施工可行。9.3 卸载方案分析9.3.1 整体卸载方案本项目钢结构根据安装需要，在安装时设置有临时支撑架，临时支撑架主要分为两种类型，其中类型1为横向桁架分段吊装时候设置临时支撑架，共8个,类型2为纵向悬挑桁架吊装时候设置的临时支撑架，一共6个。共计设置有14个临时支撑架。临时支撑架布置图在主体钢结构安装完成，并完成所有的焊接工作后，需要对已经形成的主结构进行整体卸载。支撑架的拆除过程是一个结构体系转换的过程，结构变形及内力重新分配，支撑架的支点反力也都会随着卸载方案及卸载顺序不同而发生变化，为了保证结构及胎架在卸载过程中不发生破坏，必须选择合理的卸载顺序及卸载等级。卸载方案的编制原则：以结构计算分析为依据、以结构安全为宗旨、以变形协调为核心、以实时监控为手段，施工过程应严格遵循上述原则。计算模型临时支撑架设置自重作用下支撑架竖向反力整个卸载过程，将依据支撑点位置节点在支撑架拆除后该点的竖向位移来指导整个支撑架卸载过程，即计算模型中取消节点约束后该点的结构变形，通过该点在拆除支撑架之后竖向变形反算卸载过程。支撑架全部拆除后结构在恒载作用下的位移图支撑架全部拆除后支撑点竖向位移值节点编号竖向位移（mm）节点编号竖向位移（mm）节点编号竖向位移（mm）8-3.20116-10.03744-1.43880-3.19563-7.435113-1.56711-5.25455-17.68932-14.59313-6.773124-18.03272-33.28385-6.863132-7.925从结构在自重作用下的计算结果可知，最大支撑点竖向位移为33.283mm，发生在GHJ8桁架跨中位置，对于小于10mm的考虑一次拆除，而对于竖向位移超过10mm的，考虑分级进行卸载。根据上述卸载的总体思想和支撑架布置情况，支撑架的拆除采用一次卸载和同步分级卸载的综合卸载方案，支撑架的卸载分为2步，具体的卸载顺序为：第一步，卸载拆除除GHJ8、GHJ7跨中、GHJ4悬挑端的10个临时支撑架，该4个支撑架卸载对应竖向位移值的一半；第二步，卸载完成GHJ8、GHJ7跨中、GHJ4悬挑端的4个支撑架，临时支撑架卸载完成。支撑架同步分级卸载采用在支撑架顶部设置调节垫片，利用千斤顶顶升悬挑桁架，拿掉相应高度垫片，使悬挑桁架下挠至垫片顶升位置，如此反复操作直至悬挑桁架下降至指定高度，完成卸载，撤除支撑架。卸载示意图9.3.2 卸载过程分析结构在卸载过程中各时刻的计算结果如下：第一步支撑架卸载后结构变形图第一步支撑架卸载后结构应力比图第一步支撑架卸载后应力云图第一步支撑架卸载后结构最大竖向位移为16.516mm，满足小于L/300要求,最大应力比为0.254，满足强度要求，因此，该卸载阶段结构安全。第二步卸载后竖向变形图第二步卸载后结构应力比图第二步卸载后结构最大竖向位移为33.746mm，满足小于L/300要求,最大应力比为0.317，满足强度要求，因此，该卸载阶段结构安全。整个卸载过程结构构件受力变化平缓，结构构件强度均满足要求，整个结构变形均在允许范围之内，满足要求。因此，本卸载方案安全可行。9.4 临时支撑架设计支撑架结构为格构式支撑架，支撑架平面尺寸1.6m×1.6m，横杆步距2.5m。计算高度按最大高度33.7m计算。格构立柱截面φ203×8,横杆和斜撑为φ127×6，顶部横梁设置H型钢梁，截面为HN600×200×11×17，钢材采用Q235B钢，设计强度：f=215N/mm2。临时支撑架的结构布置形式如下图所示：支撑架示意图（1）荷载取值：本工程中临时支撑主要用于桁架的分段吊装，临时支撑主要承受桁架自重、支撑架自重、施工荷载；由于吊装过程存在诸多不可预见的不利因素，需对主要的荷载进行工况组合。经过初步分析，进行支撑架分析：根据临时支撑架布置，最大的支反力为674.4KN，按支反力为700KN考虑，1#、2#胎架需要从三层到负二层搭设回顶，再从负二层到负三层搭设回顶；3#胎架需要从负二层到负三层搭设回顶；8#、9#胎架需要从负一层到负二层搭设回顶；5#、11#胎架需要从负一层到负三层搭设回顶。回顶区域为格构式支撑架范围内，为格构式支撑架全部能够落在回顶区域，回顶范围为3m×3m，采用ø48*3.2盘扣钢管，钢管间距600mm*600mm，步距1000mm，底部设置不高于550mm的扫地杆，顶部设置顶托及方钢，使力能够有效传递。(后附计算书）节点荷载（2）荷载组合：本设计采用了如下荷载组合：（3）支撑架变形及强度验算：支撑架在最不利荷载组合1.2×恒载＋1.4×活载工况下计算结果如下图所示:最大竖向位移-7.786mm，变形很小，在允许范围内最大应力发生在横梁位置，应力为86.0N/mm²最大应力比发生在横梁位置，应力比为0.5杆件利用率云图经过验算，临时支撑架变形为-7.786mm，杆件最大应力86N/mm²，最大应力比为0.5，均在规范允许范围之内，强度和刚度满足要求。（4）稳定性分析最小特征值为18.36>4,满足规范要求,稳定性满足要求。9.5 吊耳的选用及受力计算本工程施工过程中，竖向构件（钢柱）设置四个吊耳、水平构件（钢桁架）设置两个吊耳，吊耳与钢构件均采用全熔透焊接连接，吊装时，至少采用两点吊，使钢丝绳及吊耳受力均衡，起吊过程平稳，吊耳在设计时采用两点吊计算。9.5.1 0~10吨重量的构件吊耳计算（1）设计依据《钢结构设计规范》GB50017-2017。（2）吊耳选择吊耳板厚20mm，材料均采用Q345（ft=295N/mm2，fv=170N/mm2），吊耳与钢构件采用全熔透焊缝等强连接，尺寸如下图所示：R=60；d=30；h=50；B=120；t=20吊耳详图（3）荷载效应吊装钢构件单件最大重量10t，考虑安全系数2.0，故每个吊耳的最大受力：S=10×9.8×2.0/2=98kN。（4）吊耳验算1）吊耳抗剪承载力设计值：顺受力方向吊耳孔径至板边距离R-d/2=45mm，板厚度t=20mm。V=（R-d/2）×t×fv/1000=45×20×170/1000=153kN。2）吊耳抗拉承载力设计值：吊耳孔径d=30mm；板厚度t=20mm；板宽度B=120mm。Nt=（B-d）×t×ft/1000=（120-30）×20×295/1000=531kN。吊耳承载力设计值R=min（V，Nt）=153kN。上述分析可知，吊耳所受最大外荷载S=98kN,吊耳承载力设计值R=153，S<R且S/R=0.64，吊耳的设计满足承载力要求。9.5.2 10~30吨重量的构件吊耳计算（1）设计依据《钢结构设计规范》GB50017-2003。（2）吊耳选择吊耳板厚30mm，材料均采用Q345（ft=295N/mm2，fv=170N/mm2），尺寸如下图所示：R=70；d=40；h=60；B=140；t=30吊耳详图（3）荷载效应吊装钢构件单件最大重量30t，考虑安全系数2.0，故每个吊耳的最大受力：S=24×9.8×2.0/2=235kN。（4）吊耳验算1）吊耳抗剪承载力设计值：顺受力方向吊耳孔径至板边距离R-d/2=50mm，板厚度t=30mm。V=（R-d/2）×t×fv/1000=50×30×170/1000=255kN。2）吊耳抗拉承载力设计值：吊耳孔径d=40mm；板厚度t=30mm；板宽度B=140mm。Nt=（B-d）×t×ft/1000=（140-40）×30×295/1000=885kN。吊耳承载力设计值R=min（V，Nt）=255kN。上述分析可知，吊耳所受最大外荷载S=235kN,吊耳承载力设计值R=255，S<R且S/R=0.77，吊耳的设计满足承载力要求。9.6 吊绳、卸扣选择9.6.1 钢丝绳的选择1）钢丝绳最小破断拉力计算公式钢丝绳最小破断拉力计算公式：式中：-钢丝绳最小破断拉力，KN；-钢丝绳公称直径，mm；-钢丝绳公称抗拉强度；Mpa；-最小破断拉力系数。反算直径公式为：D=本工程主要采用6×19、6×37三种型号钢丝绳，最小破断拉力系数分别为0.330、0.330，公称抗拉强度均取1670Mpa。不同重量构件吊装钢丝绳选用：由钢管柱分段重量以及钢梁等轻型构件重量，按照0～5t，5～10t，10～15t，15～20t，20～25t，25～30t，30～35t，35～40t八个重量段以及四个吊点四股钢丝绳参与受力原则选取钢丝绳型号。钢丝绳选取汇总：序号吊重区间钢丝绳选取型号直径安全系数数量125～30t8*3730mm64根220～25t8*3728mm64根315～20t8*3724mm64根410～15t8*3722mm64根55～10t8*1918mm64根60～5t8*1918mm62根2）25-30t重量段钢丝绳选取最大重量为考虑30t，单股受力75KN，安全系数取6，则单股受力450KN。该重量段采用8×37型号钢丝绳。将单股受力代入公式得所需钢丝绳直径不小于28.6mm由钢结构工程量和以上分析，秉着经济性原则，该重量段吊装选取1套（1套4根）直径为30mm，抗拉强度为1670Mpa，型号为8×37的钢丝绳。3）20-25t重量段钢丝绳选取最大重量为考虑25t，单股受力62.5KN，安全系数取6，则单股受力375KN。该重量段采用8×37型号钢丝绳。将单股受力代入公式得所需钢丝绳直径不小于26.1mm由钢结构工程量和以上分析，秉着经济性原则，该重量段吊装选取1套（1套4根）直径为28mm，抗拉强度为1670Mpa，型号为8×37的钢丝绳。4）15-20t重量段钢丝绳选取最大重量为考虑20t，单股受力50KN，安全系数取6，则单股受力300KN。该重量段采用8×37型号钢丝绳。将单股受力代入公式得所需钢丝绳直径不小于23.3mm由钢结构工程量和以上分析，秉着经济性原则，该重量段吊装选取1套（1套4根）直径为24mm，抗拉强度为1670Mpa，型号为8×37的钢丝绳。5）10-15t重量段钢丝绳选取最大重量为考虑15t，单股受力37.5KN，安全系数取6，则单股受力225KN。该重量段采用8×37型号钢丝绳。将单股受力代入公式得所需钢丝绳直径不小于20.2mm由钢结构工程量和以上分析，秉着经济性原则，该重量段吊装选取1套（1套4根）直径为22mm，抗拉强度为1670Mpa，型号为8×37的钢丝绳。6）5-10t重量段钢丝绳选取最大重量为考虑10t，单股受力25KN，安全系数取6，则单股受力150KN。该重量段采用8×19型号钢丝绳。将单股受力代入公式得所需钢丝绳直径不小于16.5mm由钢结构工程量和以上分析，秉着经济性原则，该重量段吊装选取1套（1套4根）直径为18mm，抗拉强度为1670Mpa，型号为8×37的钢丝绳。7）0-5t重量段钢丝绳选取最大重量为考虑5t，单股受力25KN，安全系数取6，则单股受力150KN。该重量段采用8×37型号钢丝绳。将单股受力代入公式得所需钢丝绳直径不小于16.5mm由钢结构工程量和以上分析，秉着经济性原则，该重量段吊装选取1套（1套-2根）直径为18mm，抗拉强度为1670Mpa，型号为8×37的钢丝绳。9.6.2 卸扣的选择采用美标弓型卸扣G209及美标直型卸扣G210国内生产销售的美标卸扣，大部分是按照美国Crosb卸扣的标准生产的。美标卸扣相比较比国标卸扣和日式卸扣体积更小，重量更轻，安全系数更高。美国Crosb卸扣本体和横销都是40Cr材质，但国内美标卸扣大部分采用45号钢锻造本体，横销用的40Cr。表面处理一般都是镀锌或涂漆。1）美标弓型卸扣G209参数卸扣尺寸示意图产品编码尺寸（in.）额定载荷（t）主要技术参数重量（kg/pc）A（mm）B(mm)C(mm)D(mm)E(mm)F(mm)G(mm)H(mm)WRS3/163/160.339.76.422.44.815.214.224.937.30.03WRS1/41/40.5011.97.928.76.419.815.532.546.70.05WRS5/165/160.7513.59.730.97.921.319.137.353.10.09WRS3/83/81.0016.811.236.69.726.223.145.263.20.14WRS7/167/161.5019.112.742.911.229.526.951.673.90.17WRS1/21/22.0020.616.047.812.733.330.258.783.30.33WRS5/85/83.2526.919.160.516.042.938.174.7106.40.62WRS3/43/44.7531.822.471.419.150.846.088.9126.21.07WRS7/87/86.5036.625.484.122.457.953.1102.4148.11.64WRS118.5042.928.795.325.469.360.5119.1166.62.28WRS11/811/89.5045.031.8108.029.573.968.3131.1189.73.36WRS11/411/412.051.635.1119.132.882.676.2146.1209.64.31WRS13/813/813.557.238.1133.436.192.284.1162.1232.76.14WRS11/211/217.060.541.4146.139.198.692.2174.8254.07.80WRS13/413/425.073.250.8177.846.7127106.4225314.412.6WRS2235.082.657.2196.952.8146.1122.2253.2347.520.41WRS21/221/255.0104.969.9266.768.8184.2144.5326.9453.138.92）美标直型卸扣G210参数卸扣尺寸示意图编码尺寸（in.）额定载荷（t）主要技术参数重量（kg/pc）A（mm）B(mm)D(mm)E(mm)F(mm)G(mm)K(mm)M(mm)WRS1/41/40.5012.07.96.423.915.522.440.435.10.05WRS5/165/160.7513.59.77.929.519.126.24942.20.08WRS3/83/81.0016.811.29.735.823.131.858.451.60.13WRS7/167/161.5019.112.711.241.426.936.667.660.50.20WRS1/21/22.0020.616.012.745.030.241.477.068.30.27WRS5/85/83.2527.019.016.058.738.150.895.384.80.57WRS3/43/44.7531.822.419.168.946.060.5115.1100.81.19WRS7/87/86.5036.625.422.481.053.171.4135.4114.31.43WRS118.5043.028.725.493.760.581.0150.9128.82.15WRS1-1/81-1/89.5046.031.828.7103.168.390.9172.2142.03.06WRS1-1/41-1/412.051.635.131.8115.176.2100.1190.5156.54.11WRS1-3/81-3/813.557.238.135.112794.1111.3210.3173.75.28WRS1-1/21-1/217.060.541.438.1136.691