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结构安装工程
第六章结构安装工程
结构安装工程即是在现场或工厂制作结构构件或构件组合，用起重机械在施工现场将其起吊并安装到设计位置，形成装配式结构。
结构安装工程按结构类型可分为混凝土结构安装工程和钢结构安装工程。
结构安装工程是装配式结构工程施工的主导工种工程，对结构的安装质量、安装进度及工程成本有重大影响，工程人员对此应有足够的重视。
结构安装工程存在构件的类型多、受机械设备和吊装方法影响大、构件吊装应力状态变化大、高空作业多等特点，这些直接影响到施工方案的制定和施工安全。
第一节起重机械与设备
[目的要求]
了解：
人字拔杆、牵缆式拔杆起重机的构造，履带式起重机的稳定性验算，履带式起重机起重臂接长的计算，汽车式起重机，轮胎式起重机，爬升式塔式起重机，附着式塔式起重机。
熟悉：
独脚拔杆、悬臂拔杆的构造，独脚拔杆的竖立方法，轨道式塔式起重机。
掌握：
履带式起重机构造、技术性能表及工作性能曲线使用方法。
[讲授重点]履带式起重机构造、技术性能表及工作性能曲线使用方法。
[讲授难点]爬升式塔式起重机，附着式塔式起重机。
[讲授内容]
一、索具设备
（一）钢丝绳
钢丝绳是吊装工作中的常用绳索，它具有强度高、韧性好、耐磨性好等优点。
同时，磨损后外表产生毛刺，容易发现，便于预防事故的发生。
1.钢丝绳的构造
在结构吊装中常用的钢丝绳是由六股钢丝和一股绳芯（一般为麻芯）捻成。
每股又由多根直径为0．4—4．0mm，强度由1400、1550、1700、1850、2000MPa的高强钢丝捻成，见图6—1。
⑵钢丝绳的种类
钢丝绳的种类很多，按钢丝和钢丝绳股的搓捻方向分：
图6－1普通钢丝绳的截面图6－2钢丝绳的捻法
1—钢丝，2—由钢丝绕成的绳股，3—绳芯。
（a）反捻绳（b）顺捻绳
1.反捻绳每股钢丝的搓捻方向与钢丝股的搓捻方向相反。
这种钢丝绳较硬见图6—2（a）。
强度较高，不易松散，吊重时不会扭结旋转，多用于吊装工作中。
2.顺捻绳每股钢丝的搓捻方向与钢丝股的搓捻方向相同，见图6—2（b）。
这种钢丝绳柔性好，表面较平整，不易磨损，但容易松散和扭结卷曲，吊重物时，易使重物旋转，一般多用于拖拉或牵引装置。
钢丝绳按每股钢丝根数分，有6股7丝，7股7丝，6股19丝，6股37丝和6股61丝等几种。
在结构安装工作中常用以下几种：
（1）6×19+1即6股每股由19根钢丝组成再加一根绳芯，此种钢丝绳较粗，硬而耐磨，但不易弯曲，一般用作缆风绳。
（2）6×37+1即6股每股由37根钢丝组成再加一根绳芯，此种钢丝绳比较柔软，一般用于穿滑轮组和作吊索。
（3）6×61+1即6股每股由61根钢丝组成再加一根绳芯，此种钢丝绳质地软，一般用作重型起重机械。
（二）吊索
吊索主要用来绑扎构件以便起吊，可分为环状吊索又称万能用索（图6－3a）和开式吊索又称轻便吊索或8被头吊索（图6-3b）两种。
（4）使用旧钢丝绳，应事先进行检查。
图6—3吊索
（a）环状吊索（b）开式吊索
吊索是用钢丝绳制成的，因此，钢丝绳的允许拉力即为吊索的允许拉力。
在吊装中，吊索的拉力不应超过其允许拉力。
吊索拉力取决于所吊构件的重量及吊索的水平夹角，水平夹角应不小于300，一般用450~600。
（三）卡环
用于吊索与吊索或吊索与构件吊环之间的连接。
它由弯环和销于两部分组成，按销子与弯环的连接形式分为螺栓卡环和活络卡环，见图6—4（a）、（b）。
活络卡环的销子端头和弯环孔眼无螺纹，可直接抽出，常用于柱子吊装，见图6—4（c）。
它的优点是在柱子就位后，在地面用系在销子尾部的绳子将销子拉出，解开吊索，近免了高空作业。
使用活络卡吊装柱子时应注意以下几点：
1.绑扎时应使柱子起吊后销子尾部朝下，如图6－4（c）所示，以便拉出销子。
同时要注意，吊索在受力后要压紧销子，销子因受力，在弯环销孔中产生摩擦力，这样销子才不会掉下来。
若吊索没有压紧销子，滑到边上去，形成弯环受力，销子很可能会自动掉下来，这是很危险的。
图6－4卡环及使用示意图
（a）螺栓式卡环，（b）活络卡环；（c）用活络卡环绑扎
1一吊索；2一活络卡环；3一白棕绳
2.在构件起吊前要用白棕绳（直径10mm）将销子与吊索的8股头（吊索末端的圆圈）连在一起，用铅丝将弯环与8股头捆在一起。
3.拉绳人应选择适当位置和起重机落钩中的有利时机（即当吊索松弛不受力且使白棕绳与销子轴线基本成一直线时）拉出销子；
（四）横吊梁
横吊梁（又称铁扁担）。
前面讲过吊索与水平面的夹角越小，吊索受力越大。
吊索受力越大，则其水平分力也就越大，对构件的轴向压力也就越大。
当吊装水平长度大的构件时，为使构件的轴向压力不致过大，吊索与水平面的夹角应不小于450。
但是吊索要占用较大的空间高度，增加了对起重设备起重高度的要求，降低了起重设备的使用价值。
为了提高机械的利用程度，必须缩小吊索与水平面的夹角，因此而加大的轴向压力，由一金属支杆来代替构件承受，这一金属支杆就是所谓的横吊梁（又称铁扁担）。
横吊梁的作用有二：
一是减少吊索高度；二是减少吊索对构件的横向压力。
横吊梁（又称铁扁担）的形式很多，可以根据构件特点和安装方法自行设计和制造，但需作强度和稳定性验算，验算的方法详见钢构件计算
横吊梁常用形式有钢板横吊梁（如图6—5（a））和钢管横吊梁（如图6—5（b））。
柱吊装采用直吊法时，用钢板横吊梁，使柱保持垂直；吊屋架时，用钢管横吊梁，可减小索具高度。
图6－5横吊梁（a）钢板横吊梁；（b）钢管横吊粱
1—挂起重机吊钩的孔；2一挂吊索的孔；3一吊索；4一钢管。
（五）卷扬机
在建筑施工中常用的电动卷扬机有快速和慢速两种。
快速电动卷扬机（JJK型）主要用于垂直、水平运输和打桩作业，慢速电动卷扬机（JJM型）主要用于结构吊装、钢筋冷拉和预应力钢筋张拉作业。
常用的电动卷扬机的牵引能力一般为1—10吨（10～100kN）。
卷扬机在使用时必须作可靠的锚固，以防止在工作时产生滑移或倾覆。
根据牵引力的大小，卷扬机的固定方法有四种，如图6—6所示。
图6—6卷扬机的固定方法
（a）螺拴固定法；（b）横木固定法；（c）立桩固定法；（d）压重固定法；
1—卷扬机；2—地脚螺栓；3—横木；4—拉索；5—木桩；6—压重；7—压板；
二、起重设备
结构吊装工程中常用的起重机械有自行杆式起重机（履带式起重机、汽车式起重机、轮胎式起重机、塔式起重机和桅杆式起重机等）
（一）履带式起重机
履带式起重机是一种自行杆式全回转起重机，其工作装置经改造后可作挖土机或打桩架，是一种多功能的机械。
该机由行走装置、回转机构、机身及起重臂等部分组成（图6-7），行走装置采用两条链式履带，以减少对地面的平均压力；回转机构为装在底盘上的转盘，使机身可作360°回转；机身内部有动力装置、卷扬机及操纵系统；起重臂为角钢组成的格构式结构，下端铰接于机身上，随机身回转，顶端设有两套滑轮组（起重及变幅滑轮组），钢丝绳通过起重臂顶端滑轮组连接到机身的卷扬机上，起重臂可分节制作并接长，履带式起重机具有操作灵活、使用方便，可在一般道路上行走，有较大的起重能力及工作速度，在平整坚实的道路上还可负载行驶。
但履带式起重机行走时速度慢，履带对路面破坏性较大，且稳定较差；不宜超负荷吊装，当进行长距离转移时，多用平板拖车或铁路平车运输。
目前，履带式起重机是建筑结构安装工程中的主要起重机械，特别是单层工业厂房结构安装工程中应用极为广泛。
在结构安装工程中。
常用的履带式起重机有以下几种型号：
Wl-50型、Wl-100型、Wl-200型和西北78D（80D）型等。
不同型号的履带式起重机外形尺寸见表6-l。
图6-7履带式起重机
l-机身；2-行走装置；3-回转机构；4-起重臂；
5-起重滑轮组；6-变幅滑轮组
履带式起重机外型尺寸（mm）表6-1
符号
名城
型号
W1-50
W1-100
W1-200
З-1252
西北78D（80D）
A
机身尾部到回转中心的距离
2900
3300
4500
3540
3450
B
机身宽度
2700
3120
3200
3120
3500
C
机身顶部到地面高度
3220
3675
4125
3675
-
D
机身底部距地面高度
1000
1045
1190
1095
1220
E
起重臂下铰点中心距地面高度
1555
1700
2100
1700
1850
F
起重臂下铰点中心距回转中心高度
1000
1300
1600
1300
1340
G
履带长度
3420
4005
4950
4005
4500（4450）
M
履带架宽度
2850
3200
4050
3200
3250（3500）
N
履带板宽度
550
675
800
675
680（760）
J
行走架距地面高度
300
275
390
270
310
K
机身
3480
4170
6300
3930
4720（5270）
1．履带式起重机的技术性能
履带式起重机主要技术性能包括三个主要参数：
起重量Q、起重半径R和起重高度H。
起重量一般不包括吊钩、滑轮组的重量；起重半径R是指起重机回转中心至吊钩的水平距离，起重高度H是指起重吊钩中心至停机面的距离。
履带式起重机的主要技术性能见表6-2。
此外，还可以用性能曲线来表示起重机的性能（图6-8）。
图6-8Wl-200型起重机性能曲线
1-起重臂长40m时起重高度曲线；2-起重臀长30m时起重高度曲线；
3-起重臂15m时起重高度曲线；4-起重臂长40m时起重量曲线；
5-起重臂长30m时起重量曲线；6-起重臂长15m时起重量曲线
履带式起重机技术性能表表6-2
参数
单位
型号
W1-50
W1-100
W1-200
З-1252
起重臂长度
M
10
18
18
带鸟嘴
13
23
15
30
40
12．5
20
25
最大起重半径
M
10
17
10
12.5
17.0
15.5
22.5
30
10.1
15.5
19.0
最小起重半径
M
3.7
4.5
6.0
4.23
6.5
4.5
8.0
10.0
4.0
5.65
6.5
起重量
最小起重半径时
KN
100
75
20
150
80
500
200
80
200
90
70
最大起重半径时
KN
26
10
10
35
17
82
43
15
55
25
17
起重高度
最小起重半径时
M
9.2
17.2
17.2
11.0
19.0
12.0
26.8
36.0
10.7
17.9
22.8
最大起重半径度时
m
3.7
7.6
14.0
5.8
16.0
3.0
19.0
25.0
8.1
12.7
17.0
从上述起重机性能表和性能曲线中可看出：
起重量、起重半径和起重高度的大小，取决于起重臂长度及其仰角。
即当起重臂长度一定时，随着仰角的增加，起重量和起重高度增加，而起重半径减小。
当起重仰角不变时，随着起重臂长度增加，则起重半径和起重高度增加，而起重量减小。
为了保证履带式起重机安全工作，在使用上应注意以下要求：
在安装时需保证起重机吊钩中心与臂架顶部定滑轮之间有一定的最小安全距离，一般取2.5~3.5m。
起重机工作时的地面允许最大坡角不应超过3°，臂杆的最大仰角不得超过生产厂家规定。
若无资料可查，不得超过78°。
起重机一般不宜同时进行起重和旋转操作，也不宜边起重边改变臂架幅度。
起重机如必须负载行驶，载荷不得超过允许起重量的70％，且道路应坚实平整，施工场地应满足履带对地面的压强要求；当空车停止时为80~100kPa，空车行驶时为100~190kPa，起重时为170~300kPa。
若起重机在松软土壤上面工作，宜采用枕木或钢板焊成的路基箱垫好道路，以加快施工速度。
起重机行定时重物应在起重机行走的正前方向，重物离地不得超过50cm，并拴好拉绳。
2.履带式起重机的稳定性验算
履带式起重机在正常条件下工作，机身可以保持稳定。
当起重机进行超负荷吊装或接长臂杆时，需进行稳定性验算，以保证起重视在吊装过程中不会发生倾覆事故。
在图6-9所示情况下（即机身与行驶方向垂直）稳定性最差，此时，履带的轨链中心A为倾覆中心，起重机的稳定性按以下方法进行验算：
图6—9履带式起重机的稳定性验算
（1）当考虑吊装荷载及附加荷载时
稳定安全系数K1＝M稳/M倾≥1.15
（1）当仅考虑吊装荷载时
稳定安全系数K2＝M稳/M倾≥1.4
即
以上两式中，K1、K2为稳定性安全系数。
为计算方便，“倾覆力矩”取由吊重一项所产生的倾覆力矩；而“稳定力矩”则取全部稳定力矩与其它倾覆力矩之差。
在施工现场中，为计算简单，常采用K1验算。
式中G0——起重机平衡重；
G1——起重机机身可转动部分重量；
G2——起重机机身不转动部分重量；
G3——起重臂重量；
Q——吊装荷载（构件及索具重量）
l1——G1重心至A点的距离；
l2——G2重心至A点的距离；
l0——G0重心至A点的距离；
d——G3重心至A点的距离；
h1´——G1重心至停机面的距离；
h2´——G2重心至停机面的距离；
h2——G3重心至停机面的距离；
ho——G0重心至停机面的距离；
β——停机面倾斜角度，应小于3°；
R——起重机最小回转半径；
MF——风荷载引起的倾覆力矩，—般在六级以上风荷载，不部进行高空安装作业；六级以下风荷载，臂长小于25m时，可不考虑风荷载倾覆力矩。
MF＝W1h1十W2h2十W3h3
W1、W2、W3——作用于相应部位的风荷载；
MG——构件下降时刹车惯性力引起的倾覆力矩，可按下式计算：
MG=PG（R—L2）=Q.v（R—L2）/g.t
PG——惯性力，
v——吊钩下降速度（m／s），取吊钩起重速度的1.5倍；
g——重力加速度，9．8m／s2；
t——从吊钩下降速度v变到0所需的制动时间（取1s）。
ML——起重机回转时的离心力引起的倾覆力矩，可按下式计算：
PL——离心力；
n——起重机回转速度，取1r／min；
h——所吊构件于最低位置时，其重心至起重臂顶端的距离；
h3——停机面至起重臂顶端的距离。
3.履带式起重机起重臂接长的计算
当起重机的起重高度或工作半径不能满足构件安装要求时，在起重臂强度和稳定得到保证的前提下，可将起重臂接长。
接长后起重量Q/可根据图6-9，按照接长前后力矩相等的原则进行计算。
由∑MA=0可列出：
简化后得
式中：
R/——接长起重臂长度后最小工作半径；
G——起重臂接长部分的重量；
Q/、R/——起重机原有最大起重臂长时的最小起重量和最小工作半径。
图6-10接长起重臂受力图
（二）汽车式起重机
汽车式起重机是将起重机构安装在通用或专用汽车底盘上的全回转起重机，起重机构动力由汽车发动机供给，其行驶的驾驶室与起重操纵室分开设置（图6-11），该机特点是转移迅速，对路面损伤小，但吊重时需使用支腿，因此不能负重行驶，也不适合在松软或泥泞的地面上工作。
一般地，汽车式起重机适用于构件运输装卸作业和结构吊装作业。
图6-11QY-16型汽车式起重机
我国生产的常用起重机有：
Q2系列、QY系列等。
国产的QY-32型汽车式起重机，臂长达32m，最大起重量32t，起重臂分四节，外面一节固定，里面三节可以伸缩，液压操纵，可用于一般工业厂房的结构安装。
目前，国产汽车式起重机的最大起重量已达65t。
引进的大型汽车式起重机有日本的NK系列起重机，如NK-800起重机起重量可达80t，而德国的GMT型汽车式起重机最大起重量达120t，最大起重高度可达75.6m，能满足吊装重型构件的需要。
（三）轮胎式起重机
轮胎式起重机在构造上与履带式起重机基本相似，但其行走装置采用轮胎。
起重机构及机身装在特制的底盘上，能全回转。
随着起重量的大小不同，底盘下装有若干根轮轴，配备有4~10个或更多个轮胎，并有可伸缩的支腿（图6-10）；起重时，利用支腿增加机身的稳定，并保护轮胎。
必要时，支腿下可家垫块，以扩大支承面。
轮胎式起重机的特点与汽车式起重机相同，目前，我国常用的轮胎式起重机有：
QL3系列及QYL系列等。
均用于一般工业厂房结构吊装。
图6—10轮胎式起重机
（四）塔式起重机
塔式起重机具有竖直的塔身。
其起置臂安装在塔身顶部与塔身组成“Г”形，使塔式起重机具有较大的工作空间。
它的安装位置能靠近施工的建筑物，有效工作半径较其它类型起重机大。
塔式起重机种类繁多，广泛应用于多层及高层建筑工程施工中。
塔式起重机按其行走机构、旋转方式、变幅方式、起重量大小分为多种类型，各类型起重机的特点参见表6—3。
常用的塔式起重机的类型有：
轨道式塔式起重机，型号QT；爬升式塔式起重机，型号QTP；附着式塔式起重机，型号QTF。
表6—3塔式起重机的分类和特点
分类方法
类型
特点
按行走机构分类
行走式塔式起重机
能靠近工作地点，转移方便、机动性强，常用的有轨道行走式，轮胎行走式，履带行走式三种。
自升式塔式起重机
没有行走机构，安装在靠近修建物的基础上，可随施工的建筑物升高而升高。
按起重臂变幅方式分类
起重臂变幅塔式起重机
起重臂与塔身铰接，边幅时调整起重臂的仰角，边幅机构有电动和手动两种。
起重小车变幅塔式起重机
起重臂是不变（或可变）的横梁，下弦装有起重小车，这种起重机变幅简单，操作方便，并能带载变幅。
按回转方式分类
塔顶回转式起重机
结构简单，安装方便，但起重机重心高，塔身下部要加配重，操作室位置低，不利于高层建筑施工。
塔身回转式起重机
塔身与起重臂同时旋转，回转机构在塔身下部，便于维修操作室位置较高，便于施工观察，但回转机构较复杂。
按起重能力分类
轻型塔式起重机
起重能力5~30KN
中型塔式起重机
起重能力30~50KN
重型塔式起重机
起重能力150~400KN
1.轨道式塔式起重机
轨道式塔式起重机是一种能在轨道上行驶的起重机，又称自性式塔式起重机。
这种起重机可负荷行驶，有的只能在直线轨道上行驶，有的可沿“L”形或“U”形轨道上行驶。
常用的轨道式塔式起重机有：
QT1—2型塔式起重机QT1—2型塔式起重机QT1—2型塔式起重机。
⑴QT1—2型塔式起重机
QT1—2型塔式起重机是一种塔身回转式轻型塔式起重机，主要由塔身，起重臂和底盘组成（图6—11b。
这种起重机塔身可以折叠（图6—11a），能整体运输，起重力矩16吨·米（160kN·m），起重量1—2吨（10一20kN），轨距2．8米。
适用于五层以下民用建筑结构安装和预制构件厂装卸作业。
（a）（b）
图6—11QT1—2型塔式起重机
⑵QT1—6型塔式起重机
QT1—6型塔式起重机是一种中型塔顶旋转式塔式起重机，由底座、塔身，起重臂，塔顶及平衡重等组成图6—12。
塔顶有齿式回转机构，塔顶通过它围绕塔身回转3600。
起重机底座有两种，一种有4个行走轮，只能直线行驶；另一种有8个行走轮能转弯行驶，内轨半径不小于5米。
QT1—6型塔式起重机的最大起重力矩为400kN·m），起重量20~60kN），其主要性能见起重机性能规格教材表6—9。
适用于一般工业与民用建筑的安装和材料仓库的装卸作业。
图6—12QT1—6型塔式起重机
⑶QT—60／80型塔式起重机
QT—60／80型塔式起重机是一种塔顶旋转式塔式起重机，起重力矩60~80吨·米（600~800kN·m），最大起重量10吨（100kN）。
这种起重机适用于多层装配式工业与民用建筑结构安装，尤其适合装配式大板房屋施。
轨道式塔式起重机在使用中，应注意下列几点：
（1）塔式起重机的轨道位置，其边线与建筑物应有适当距离，以防止行走时，行走台与建筑物相碰而发生事故，并避免起重机轮压传至基础，使基础产生沉陷。
钢轨两端必须设置车挡。
（2）起重机工作时必须严格按照额定起重量起吊，不得超载，也不准吊运人员、斜拉重物、拔除地下埋设物。
（3）司机必须得到指挥信号后，方得进行操作，操作前司机必须按电铃、发信号。
吊物上升时，吊钩距起重臂端不得小于1米。
工作休息和下班时，不得将重物悬挂在空中。
（4）运转完毕，起重机应开到轨道中部位置停放，并用夹轨钳夹紧在钢轨上。
吊钩上升到距起重臂端2—3米处，起重臂应转至平行于轨道的方向。
（5）所有控制器工作完毕后，必须扳到停止点（零位），拉开电源总开关。
（6）六级风以上及雷雨天，禁止操作。
起重机如失火，绝对禁止用水救火，应该用四氯化碳灭火器或其它不导电的东西扑灭之。
2.爬升式塔式起重机
高层装配式结构施工，若采用一般轨道式塔式起重机，其起重高度已不能满足构件的吊装要求，需采用自升式塔式起重机。
爬升式塔式起重机是自升式塔式起重机的一种，它安装在高层装配式结构的框架梁上，每吊装1～2层楼的构件后，向上爬升一次。
这类起重机主要用于高层（10层以上）框架结构安装。
其特点是机身体积小，重量轻，安装简单，适于现场狭窄的高层建筑结构安装。
爬升式塔式起重机由底座，套架、塔身、塔顶、行车式起重臂，平衡臂等部分组成。
起重机型号有：
QT5—4／40型、QT3—4型及用原有2～6吨（20～60kN）塔式起重机改装的爬升式塔式起重机。
QT5—4／40型塔式起重机（图6—13）的底座及套架上均设有可伸出和收回的活动支腿，在吊装构件过程中及爬升过程中分别将支腿支承在框架梁上。
每层楼的框架梁上均需埋设地脚螺栓，用以固定活动支腿。
图6—13QT5—4／40型爬升式塔式起重机的爬升过程
a准备状态b提升状态c提升起重机
QT5—4／40型爬升式塔式起重机的爬升过程见图6—13。
首先将起重小车回至最小幅度，下降吊钩，使起重钢丝绳绕过回转支承上支座的导向滑轮，穿过走台的方洞，用吊钩吊住套架的提环[图6—13a]
放松固定套架的地脚螺栓，将活动支腿收进套架梁内，提升套架至两层楼高度，摇出套架活动支腿，用地脚螺栓固定，松开吊钩[图6—13b]
松开底座地脚螺栓，收回活动支腿，开动爬升机构将起重机提升两层楼高度，摇出底座活动支腿，并用地脚螺栓固定（图6—13c）。
3.附着式塔式起重机
附着式塔式起重机是固定在建筑物近旁混凝
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