地上鋼桁架吊裝項目相關(guān)計算書

9.1 桁架吊裝過程仿真驗算吊裝分析 19.2 施工過程仿真驗算 39.3 卸載方案分析 259.3.1 整體卸載方案 259.3.2 卸載過程分析 289.4 臨時支撐架設(shè)計 329.5 吊耳的選用及受力計算 379.5.1 0~10噸重量的構(gòu)件吊耳計算 379.5.2 10~30噸重量的構(gòu)件吊耳計算 389.6 吊繩、卸扣選擇 399.6.1 鋼絲繩的選擇 399.6.2 卸扣的選擇 419.7 鋼爬梯設(shè)計及計算 449.8 掛籃的設(shè)計及計算 469.1 桁架吊裝過程仿真驗算吊裝分析為了保證桁架吊裝過程的安全，需對桁架的吊裝過程進(jìn)行仿真驗算。取一個獨立的結(jié)構(gòu)單元GHJ6的一個分段單元來進(jìn)行施工過程仿真驗算。采用大型通用有限元鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件MIDASGEN8.60進(jìn)行計算分析。荷載考慮1.2自重荷載。吊裝單元最大豎向變形：0.607mm吊裝單元最大應(yīng)力比：0.008吊裝單元應(yīng)力比云圖9.2 施工過程仿真驗算根據(jù)總體施工方案，運用MIDAS非線性施工過程分析模塊，將計算模型定義為一個施工序列，按照施工順序，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行逐步激活，得到結(jié)構(gòu)在整個施工過程中剛度及內(nèi)力變化情況，驗證結(jié)構(gòu)安裝順序、臨時支撐方案，確保結(jié)構(gòu)在施工過程中的穩(wěn)固安全，確保結(jié)構(gòu)在施工過程中內(nèi)力不超限，變形不超差，并根據(jù)結(jié)構(gòu)逐步成形過程中各臨時支撐點的受力分析結(jié)果，進(jìn)行臨時支撐體系的設(shè)計。1、腹桿采用桁架單元，其余構(gòu)件采用兩節(jié)點12自由度的一般梁單元，可同時考慮彎剪扭效應(yīng)；2、邊界條件：支撐柱柱腳定義為剛接節(jié)點；臨時支撐點采用鉸接支座模擬；3、分析荷載：僅結(jié)構(gòu)自重，由程序自動計算，自重系數(shù)采用1.2；4、分析步長：將施工過程分為6個施工階段進(jìn)行計算。每個階段均包括有若干施工步驟，施工步驟詳見施工方案，計算結(jié)構(gòu)在每個施工階段的結(jié)構(gòu)變形及受力情形。第一施工階段：GHJ5桁架分段安裝第二施工階段：內(nèi)側(cè)次桁架等次結(jié)構(gòu)安裝第三施工階段：GHJ6桁架分段安裝第四施工階段：次桁架等次結(jié)構(gòu)安裝完成第五施工階段：GHJ3和GHJ4安裝完成第六施工階段：安裝其對應(yīng)次桁架等次結(jié)構(gòu)第七施工階段：安裝11.49米標(biāo)高夾層鋼結(jié)構(gòu)第八施工階段：安裝5.69米標(biāo)高夾層鋼結(jié)構(gòu)第九施工階段：GHJ7和GHJ8安裝完成第十施工階段：對應(yīng)的次構(gòu)等安裝完成第一施工階段驗算結(jié)果：第一施工階段位移：最大位移0.118mm第一施工階段梁及桁架單元應(yīng)力比值，最大值為0.023分析：最大位移為滿足小于L/300要求，最大應(yīng)力比為0.023，滿足強度要求，因此，第一施工階段結(jié)構(gòu)安全，施工可行。第二施工階段驗算結(jié)果：第二施工階段位移：最大位移5.175mm第二施工階段梁及桁架單元應(yīng)力比值，最大值為0.078分析：最大位移為滿足小于L/300要求，最大應(yīng)力比為0.078，滿足強度要求，因此，第二施工階段結(jié)構(gòu)安全，施工可行。第三施工階段驗算結(jié)果：第三施工階段位移：最大位移5.175mm第三施工階段梁及桁架單元應(yīng)力比值，最大值為0.078分析：最大位移為滿足小于L/300要求，最大應(yīng)力比為0.078，滿足強度要求，因此，第三施工階段結(jié)構(gòu)安全，施工可行。第四施工階段驗算結(jié)果：第四施工階段位移：最大位移5.134mm第四施工階段梁及桁架單元應(yīng)力比值，最大值為0.077分析：最大位移為滿足小于L/300要求，最大應(yīng)力比為0.077，滿足強度要求，因此，第四施工階段結(jié)構(gòu)安全，施工可行。第五施工階段驗算結(jié)果：第五施工階段位移：最大位移5.127mm第五施工階段梁及桁架單元應(yīng)力比值，最大值為0.078分析：最大位移為滿足小于L/300要求，最大應(yīng)力比為0.078，滿足強度要求，因此，第五施工階段結(jié)構(gòu)安全，施工可行。第六施工階段驗算結(jié)果：第六施工階段位移：最大位移5.119mm第六施工階段梁及桁架單元應(yīng)力比值，最大值為0.078分析：最大位移為滿足小于L/300要求，最大應(yīng)力比為0.078，滿足強度要求，因此，第六施工階段結(jié)構(gòu)安全，施工可行。第七施工階段驗算結(jié)果：第七施工階段位移：最大位移5.118mm第七施工階段梁及桁架單元應(yīng)力比值，最大值為0.078分析：最大位移為滿足小于L/300要求，最大應(yīng)力比為0.078，滿足強度要求，因此，第七施工階段結(jié)構(gòu)安全，施工可行。第八施工階段驗算結(jié)果：第八施工階段位移：最大位移5.117mm第八施工階段梁及桁架單元應(yīng)力比值，最大值為0.086分析：最大位移為滿足小于L/300要求，最大應(yīng)力比為0.086，滿足強度要求，因此，第八施工階段結(jié)構(gòu)安全，施工可行。第九施工階段驗算結(jié)果：第九施工階段位移：最大位移5.117mm第九施工階段梁及桁架單元應(yīng)力比值，最大值為0.089分析：最大位移為滿足小于L/300要求，最大應(yīng)力比為0.089，滿足強度要求，因此，第九施工階段結(jié)構(gòu)安全，施工可行。第十施工階段驗算結(jié)果：第十施工階段位移：最大位移5.117mm第十施工階段梁及桁架單元應(yīng)力比值，最大值為0.089分析：最大位移為滿足小于L/300要求，最大應(yīng)力比為0.089，滿足強度要求，因此，第十施工階段結(jié)構(gòu)安全，施工可行。9.3 卸載方案分析9.3.1 整體卸載方案本項目鋼結(jié)構(gòu)根據(jù)安裝需要，在安裝時設(shè)置有臨時支撐架，臨時支撐架主要分為兩種類型，其中類型1為橫向桁架分段吊裝時候設(shè)置臨時支撐架，共8個,類型2為縱向懸挑桁架吊裝時候設(shè)置的臨時支撐架，一共6個。共計設(shè)置有14個臨時支撐架。臨時支撐架布置圖在主體鋼結(jié)構(gòu)安裝完成，并完成所有的焊接工作后，需要對已經(jīng)形成的主結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體卸載。支撐架的拆除過程是一個結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換的過程，結(jié)構(gòu)變形及內(nèi)力重新分配，支撐架的支點反力也都會隨著卸載方案及卸載順序不同而發(fā)生變化，為了保證結(jié)構(gòu)及胎架在卸載過程中不發(fā)生破壞，必須選擇合理的卸載順序及卸載等級。卸載方案的編制原則：以結(jié)構(gòu)計算分析為依據(jù)、以結(jié)構(gòu)安全為宗旨、以變形協(xié)調(diào)為核心、以實時監(jiān)控為手段，施工過程應(yīng)嚴(yán)格遵循上述原則。計算模型臨時支撐架設(shè)置自重作用下支撐架豎向反力整個卸載過程，將依據(jù)支撐點位置節(jié)點在支撐架拆除后該點的豎向位移來指導(dǎo)整個支撐架卸載過程，即計算模型中取消節(jié)點約束后該點的結(jié)構(gòu)變形，通過該點在拆除支撐架之后豎向變形反算卸載過程。支撐架全部拆除后結(jié)構(gòu)在恒載作用下的位移圖支撐架全部拆除后支撐點豎向位移值節(jié)點編號豎向位移（mm）節(jié)點編號豎向位移（mm）節(jié)點編號豎向位移（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從結(jié)構(gòu)在自重作用下的計算結(jié)果可知，最大支撐點豎向位移為33.283mm，發(fā)生在GHJ8桁架跨中位置，對于小于10mm的考慮一次拆除，而對于豎向位移超過10mm的，考慮分級進(jìn)行卸載。根據(jù)上述卸載的總體思想和支撐架布置情況，支撐架的拆除采用一次卸載和同步分級卸載的綜合卸載方案，支撐架的卸載分為2步，具體的卸載順序為：第一步，卸載拆除除GHJ8、GHJ7跨中、GHJ4懸挑端的10個臨時支撐架，該4個支撐架卸載對應(yīng)豎向位移值的一半；第二步，卸載完成GHJ8、GHJ7跨中、GHJ4懸挑端的4個支撐架，臨時支撐架卸載完成。支撐架同步分級卸載采用在支撐架頂部設(shè)置調(diào)節(jié)墊片，利用千斤頂頂升懸挑桁架，拿掉相應(yīng)高度墊片，使懸挑桁架下?lián)现翂|片頂升位置，如此反復(fù)操作直至懸挑桁架下降至指定高度，完成卸載，撤除支撐架。卸載示意圖9.3.2 卸載過程分析結(jié)構(gòu)在卸載過程中各時刻的計算結(jié)果如下：第一步支撐架卸載后結(jié)構(gòu)變形圖第一步支撐架卸載后結(jié)構(gòu)應(yīng)力比圖第一步支撐架卸載后應(yīng)力云圖第一步支撐架卸載后結(jié)構(gòu)最大豎向位移為16.516mm，滿足小于L/300要求,最大應(yīng)力比為0.254，滿足強度要求，因此，該卸載階段結(jié)構(gòu)安全。第二步卸載后豎向變形圖第二步卸載后結(jié)構(gòu)應(yīng)力比圖第二步卸載后結(jié)構(gòu)最大豎向位移為33.746mm，滿足小于L/300要求,最大應(yīng)力比為0.317，滿足強度要求，因此，該卸載階段結(jié)構(gòu)安全。整個卸載過程結(jié)構(gòu)構(gòu)件受力變化平緩，結(jié)構(gòu)構(gòu)件強度均滿足要求，整個結(jié)構(gòu)變形均在允許范圍之內(nèi)，滿足要求。因此，本卸載方案安全可行。9.4 臨時支撐架設(shè)計支撐架結(jié)構(gòu)為格構(gòu)式支撐架，支撐架平面尺寸1.6m×1.6m，橫桿步距2.5m。計算高度按最大高度33.7m計算。格構(gòu)立柱截面φ203×8,橫桿和斜撐為φ127×6，頂部橫梁設(shè)置H型鋼梁，截面為HN600×200×11×17，鋼材采用Q235B鋼，設(shè)計強度：f=215N/mm2。臨時支撐架的結(jié)構(gòu)布置形式如下圖所示：支撐架示意圖（1）荷載取值：本工程中臨時支撐主要用于桁架的分段吊裝，臨時支撐主要承受桁架自重、支撐架自重、施工荷載；由于吊裝過程存在諸多不可預(yù)見的不利因素，需對主要的荷載進(jìn)行工況組合。經(jīng)過初步分析，進(jìn)行支撐架分析：根據(jù)臨時支撐架布置，最大的支反力為674.4KN，按支反力為700KN考慮，1#、2#胎架需要從三層到負(fù)二層搭設(shè)回頂，再從負(fù)二層到負(fù)三層搭設(shè)回頂；3#胎架需要從負(fù)二層到負(fù)三層搭設(shè)回頂；8#、9#胎架需要從負(fù)一層到負(fù)二層搭設(shè)回頂；5#、11#胎架需要從負(fù)一層到負(fù)三層搭設(shè)回頂?；仨攨^(qū)域為格構(gòu)式支撐架范圍內(nèi)，為格構(gòu)式支撐架全部能夠落在回頂區(qū)域，回頂范圍為3m×3m，采用?48*3.2盤扣鋼管，鋼管間距600mm*600mm，步距1000mm，底部設(shè)置不高于550mm的掃地桿，頂部設(shè)置頂托及方鋼，使力能夠有效傳遞。(后附計算書）節(jié)點荷載（2）荷載組合：本設(shè)計采用了如下荷載組合：（3）支撐架變形及強度驗算：支撐架在最不利荷載組合1.2×恒載＋1.4×活載工況下計算結(jié)果如下圖所示:最大豎向位移-7.786mm，變形很小，在允許范圍內(nèi)最大應(yīng)力發(fā)生在橫梁位置，應(yīng)力為86.0N/mm2最大應(yīng)力比發(fā)生在橫梁位置，應(yīng)力比為0.5桿件利用率云圖經(jīng)過驗算，臨時支撐架變形為-7.786mm，桿件最大應(yīng)力86N/mm2，最大應(yīng)力比為0.5，均在規(guī)范允許范圍之內(nèi)，強度和剛度滿足要求。（4）穩(wěn)定性分析最小特征值為18.36>4,滿足規(guī)范要求,穩(wěn)定性滿足要求。9.5 吊耳的選用及受力計算本工程施工過程中，豎向構(gòu)件（鋼柱）設(shè)置四個吊耳、水平構(gòu)件（鋼桁架）設(shè)置兩個吊耳，吊耳與鋼構(gòu)件均采用全熔透焊接連接，吊裝時，至少采用兩點吊，使鋼絲繩及吊耳受力均衡，起吊過程平穩(wěn)，吊耳在設(shè)計時采用兩點吊計算。9.5.1 0~10噸重量的構(gòu)件吊耳計算（1）設(shè)計依據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GB50017-2017。（2）吊耳選擇吊耳板厚20mm，材料均采用Q345（ft=295N/mm2，fv=170N/mm2），吊耳與鋼構(gòu)件采用全熔透焊縫等強連接，尺寸如下圖所示：R=60；d=30；h=50；B=120；t=20吊耳詳圖（3）荷載效應(yīng)吊裝鋼構(gòu)件單件最大重量10t，考慮安全系數(shù)2.0，故每個吊耳的最大受力：S=10×9.8×2.0/2=98kN。（4）吊耳驗算1）吊耳抗剪承載力設(shè)計值：順受力方向吊耳孔徑至板邊距離R-d/2=45mm，板厚度t=20mm。V=（R-d/2）×t×fv/1000=45×20×170/1000=153kN。2）吊耳抗拉承載力設(shè)計值：吊耳孔徑d=30mm；板厚度t=20mm；板寬度B=120mm。Nt=（B-d）×t×ft/1000=（120-30）×20×295/1000=531kN。吊耳承載力設(shè)計值R=min（V，Nt）=153kN。上述分析可知，吊耳所受最大外荷載S=98kN,吊耳承載力設(shè)計值R=153，S<R且S/R=0.64，吊耳的設(shè)計滿足承載力要求。9.5.2 10~30噸重量的構(gòu)件吊耳計算（1）設(shè)計依據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GB50017-2003。（2）吊耳選擇吊耳板厚30mm，材料均采用Q345（ft=295N/mm2，fv=170N/mm2），尺寸如下圖所示：R=70；d=40；h=60；B=140；t=30吊耳詳圖（3）荷載效應(yīng)吊裝鋼構(gòu)件單件最大重量30t，考慮安全系數(shù)2.0，故每個吊耳的最大受力：S=24×9.8×2.0/2=235kN。（4）吊耳驗算1）吊耳抗剪承載力設(shè)計值：順受力方向吊耳孔徑至板邊距離R-d/2=50mm，板厚度t=30mm。V=（R-d/2）×t×fv/1000=50×30×170/1000=255kN。2）吊耳抗拉承載力設(shè)計值：吊耳孔徑d=40mm；板厚度t=30mm；板寬度B=140mm。Nt=（B-d）×t×ft/1000=（140-40）×30×295/1000=885kN。吊耳承載力設(shè)計值R=min（V，Nt）=255kN。上述分析可知，吊耳所受最大外荷載S=235kN,吊耳承載力設(shè)計值R=255，S<R且S/R=0.77，吊耳的設(shè)計滿足承載力要求。9.6 吊繩、卸扣選擇9.6.1 鋼絲繩的選擇1）鋼絲繩最小破斷拉力計算公式鋼絲繩最小破斷拉力計算公式：式中：-鋼絲繩最小破斷拉力，KN；-鋼絲繩公稱直徑，mm；-鋼絲繩公稱抗拉強度；Mpa；-最小破斷拉力系數(shù)。反算直徑公式為：D=本工程主要采用6×19、6×37三種型號鋼絲繩，最小破斷拉力系數(shù)分別為0.330、0.330，公稱抗拉強度均取1670Mpa。不同重量構(gòu)件吊裝鋼絲繩選用：由鋼管柱分段重量以及鋼梁等輕型構(gòu)件重量，按照0～5t，5～10t，10～15t，15～20t，20～25t，25～30t，30～35t，35～40t八個重量段以及四個吊點四股鋼絲繩參與受力原則選取鋼絲繩型號。鋼絲繩選取匯總：序號吊重區(qū)間鋼絲繩選取型號直徑安全系數(shù)數(shù)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重量段鋼絲繩選取最大重量為考慮30t，單股受力75KN，安全系數(shù)取6，則單股受力450KN。該重量段采用8×37型號鋼絲繩。將單股受力代入公式得所需鋼絲繩直徑不小于28.6mm由鋼結(jié)構(gòu)工程量和以上分析，秉著經(jīng)濟(jì)性原則，該重量段吊裝選取1套（1套4根）直徑為30mm，抗拉強度為1670Mpa，型號為8×37的鋼絲繩。3）20-25t重量段鋼絲繩選取最大重量為考慮25t，單股受力62.5KN，安全系數(shù)取6，則單股受力375KN。該重量段采用8×37型號鋼絲繩。將單股受力代入公式得所需鋼絲繩直徑不小于26.1mm由鋼結(jié)構(gòu)工程量和以上分析，秉著經(jīng)濟(jì)性原則，該重量段吊裝選取1套（1套4根）直徑為28mm，抗拉強度為1670Mpa，型號為8×37的鋼絲繩。4）15-20t重量段鋼絲繩選取最大重量為考慮20t，單股受力50KN，安全系數(shù)取6，則單股受力300KN。該重量段采用8×37型號鋼絲繩。將單股受力代入公式得所需鋼絲繩直徑不小于23.3mm由鋼結(jié)構(gòu)工程量和以上分析，秉著經(jīng)濟(jì)性原則，該重量段吊裝選取1套（1套4根）直徑為24mm，抗拉強度為1670Mpa，型號為8×37的鋼絲繩。5）10-15t重量段鋼絲繩選取最大重量為考慮15t，單股受力37.5KN，安全系數(shù)取6，則單股受力225KN。該重量段采用8×37型號鋼絲繩。將單股受力代入公式得所需鋼絲繩直徑不小于20.2mm由鋼結(jié)構(gòu)工程量和以上分析，秉著經(jīng)濟(jì)性原則，該重量段吊裝選取1套（1套4根）直徑為22mm，抗拉強度為1670Mpa，型號為8×37的鋼絲繩。6）5-10t重量段鋼絲繩選取最大重量為考慮10t，單股受力25KN，安全系數(shù)取6，則單股受力150KN。該重量段采用8×19型號鋼絲繩。將單股受力代入公式得所需鋼絲繩直徑不小于16.5mm由鋼結(jié)構(gòu)工程量和以上分析，秉著經(jīng)濟(jì)性原則，該重量段吊裝選取1套（1套4根）直徑為18mm，抗拉強度為1670Mpa，型號為8×37的鋼絲繩。7）0-5t重量段鋼絲繩選取最大重量為考慮5t，單股受力25KN，安全系數(shù)取6，則單股受力150KN。該重量段采用8×37型號鋼絲繩。將單股受力代入公式得所需鋼絲繩直徑不小于16.5mm由鋼結(jié)構(gòu)工程量和以上分析，秉著經(jīng)濟(jì)性原則，該重量段吊裝選取1套（1套-2根）直徑為18mm，抗拉強度為1670Mpa，型號為8×37的鋼絲繩。9.6.2 卸扣的選擇采用美標(biāo)弓型卸扣G209及美標(biāo)直型卸扣G210國內(nèi)生產(chǎn)銷售的美標(biāo)卸扣，大部分是按照美國Crosb卸扣的標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的。美標(biāo)卸扣相比較比國標(biāo)卸扣和日式卸扣體積更小，重量更輕，安全系數(shù)更高。美國Crosb卸扣本體和橫銷都是40Cr材質(zhì)，但國內(nèi)美標(biāo)卸扣大部分采用45號鋼鍛造本體，橫銷用的40Cr。表面處理一般都是鍍鋅或涂漆。1）美標(biāo)弓型卸扣G209參數(shù)卸扣尺寸示意圖產(chǎn)品編碼尺寸（in.）額定載荷（t）主要技術(shù)參數(shù)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）美標(biāo)直型卸扣G210參數(shù)卸扣尺寸示意圖編碼尺寸（in.）額定載荷（t）主要技術(shù)參數(shù)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