改建项目中的大型设备高空把杆吊装技术研究
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摘 要：近年来，改建项目的数量日益增多。这些项目大都会遇到类似的问题，由于缺乏塔吊等大型起吊设备，施工过程中的垂直运输能力较弱，特别是当涉及到高层中的设备更换，汽车吊无法够到时，垂直运输手段不足的问题尤为明显。基于此，本文依托瑞安广场裙房改建工程对把杆吊装技术进行了研究，总结形成了一套有效的高空把杆吊装技术。
关键词：改建工程;把杆吊装;设备更换;高空
Abstract： In recent years， the number of reconstruction projects is increasing. Most of these projects encounter similar problems. Due to the lack of large lifting equipment such as tower crane， the vertical transportation capacity is weak in the construction process. Especially when the equipment replacement in high-rise buildings is involved， the problem of insufficient vertical transportation means is particularly obvious. Based on this， this paper relies on the renovation project of Ruian Square to study the pole hoisting technology， and summarizes a set of effective high-altitude pole hoisting technology.
Keywords： reconstruction project;pole hoisting;equipment replacement;high altitude
1 工程概况
随着上海进一步的发展，建设用地越来越紧张，开始把目光投向对现有房屋的维修加固和现代化改造，这种在保存原来建筑形体的基础上，对其进行加固和现代化改造，即在提高结构安全性的同时使其内部设施功能现代化的加固改造措施，投资少、影响小、见效快，不仅有可观的经济效益，同时也具有巨大的社会效益。瑞安广场位于上海市黄浦区淮海中路东段，南接新天地，项目东侧是香港广场，西侧是中环广场，北侧是K11购物中心。瑞安广场地下一、二层，地上1～7层为商业用途，8～26层为办公塔楼。本次改建范围主要为地下二层至地上七层的裙房部分及部分26层塔楼顶部机房的设备更换。
2 工程难点
本工程的难点在于，26层塔楼部分（离地100m）有冷水机组、热泵机组等大型设备（单体最重11t）需要更换，但由于改建工程未安装塔吊，大型设备的高空吊装困难。故项目部研究了一种用于高空大型设备吊装的把杆，解决了改建工程高空吊装困难的问题。
整个机电设备的吊装流程主要分为两个步骤，首先通过停放在地面的汽车吊将需要进行更换的设备吊装至七层裙房屋面，通过在塔楼楼顶竖立的格构式门式把杆将设备从裙房吊运至塔楼顶。
3 把杆设计及计算
3.1 把杆系统吊装原理
在塔楼楼顶竖立一副格构式门式把杆，把杆顶部悬挂一副铁滑车，滑车穿绕钢丝绳作为卷扬机跑绳。把杆顶部设置变幅滑车组，女儿墙边设置防转导索，与裙楼顶混凝土立柱作临时锚固固定。主吊滑车组从此向下，沿导索吊装设备。
3.2 吊物数据
本次吊装的为塔楼顶机电设备，设备数据如下：
表1 吊物数据
[设备名称 外形尺寸（mm） 重量（kg） 数量 冷冻机 5200[×]2500[×]x3000 11000 3台 冷冻机 3800[×]1800[×]2050 10000 2臺 冷却塔 2000 5台 热泵机组 4630[×]2260[×]2425 4100 2台 ]
3.3 把杆受力计算
已知：
单件设备自重Q=11000kg;
起重滑车组及锁具的重量q=400kg;
门式把杆长L-14.619m，自重G=3000kg;
门式把杆之间的夹角为β=7°;
门式把杆的工作是最大半径为b=8.85m;
门式把杆工作时的底脚开距=3.687m;
缆风绳采用可调受力“四四走八”滑车组，自重T1=300kg;
缆风绳与水平面夹角为θ=13°;
受力计算：
（1）负载对把杆产生的轴向压力。
[N1AB=N1CD=K（Q+q）2sinα]
[=1.1×（11000+400）2×sin51.8°=7987kg]
式中：
N1AB、N1CD——负载对AB杆、CD杆的轴向压力;
K——动载荷系数，取1.1。
（2）起吊滑车组拉力S起吊对AB杆的轴向压力（起重滑车固定端在把杆顶部）。
[N2AB=S起吊=K（Q+q）nμ]
[=1.1×（11000+400）6×0.85=2458kg]
式中：
S起吊——起吊滑车组引出端拉力;
n——滑车组工作线数;
μ——滑车组效率
（3）牵出端通过导向滑车引向卷扬机的拉力。
[S牵引=fmS起吊=1.042×2458kg=2658kg]
式中：
f——滑车组阻力系数1.04;
n——导向滑车数量;
因此选用5吨单门导向滑车。
[S破断=S牵引K=2659×5=13290kg]
查表得，卷扬机跑绳直径d选用6x37+1-1670-φ17.5mm钢丝绳，跑绳至5吨起吊卷扬机上。
（4）缆风绳张力T。
[T=mT1+T2]
[T2=P+Gcosα"sin （α"-θ）=12540+3000×cos58.6°sin （58.6°-13°）=11332kg]
式中：
m——缆风绳根数;
α’——把杆平面中心线OF与OO’的夹角;
θ——缆风绳与地平面的夹角;
G——把杆自重。
[T=mT1+T2=300+11332=11632kg]
所以选用变幅滑车组H16[×]4D[×]1幅。
（5）变幅卷扬机选取。
变幅跑绳引出端拉力，穿绕滑车组：
[S变幅起吊=Tnμ=116328×0.766=1892kg]
式中：
μ——滑车组效率。
引出端经过导向滑车组至变幅卷扬机的拉力
[S变幅牵引=fnS变幅起吊=1.042×1898=2052kg]
式中：
f——滑车组阻力系数1.04;
n——导向滑车数量。
[S破断=S变幅牵引K=2052×5=10260kg]
查表得，卷扬机跑绳直径d变幅牵引选用6x37+1-1670-φ15.0mm钢丝绳，跑绳至3吨变幅卷扬机上。
（6）把杆两脚点间滑车组选用。
缆风绳受力对把杆的轴向压力
[N3AB=N3CD=Tcos（α"-θ）2cosβ2=11332×cos （58.6°-13°）2×cos 3.5°=3971kg]
把杆自重作用在中部E点截面的轴向压力
[N4E（AB）=N4E（CD）=G2sinα=30002×sin51.8°=1910kg]
把杆自重对把杆根部A（C）的轴向压力
[N4A=N4C=Gsinα=3000×sin51.8°=2357kg]
作用在把桿根部A（C）的总轴向压力
[NA（AB）=NC（CD）=N1+N3+N4A（AB）=7987+3971+2357=14317kg]
把杆工作时对地面的垂直压力
[NAZ=NCZ=NA（AB）sinα=14317×sin51.8°=11251kg]
把杆在工作时脚点向外滑移的水平分力
[NAY=NCY=NA（AB）cosαsinβ2=14317×cos51.8°×sin3.5°=540kg]
式中：
β——把杆夹角空间角。
因此在把杆两脚点中间采用H3x3D滑车组，跑6绳作牵拉固定好。
（7）把杆工作时两脚向后滑移的水平分力
[NAX=NCX=NA（AB） cosαcosβ2=14317×cos51.8°×cos3.5°=8837kg]
因此在把杆的两脚点各选用两只5吨手拉葫芦，从把杆脚点拉至前端固定点上。把杆后方及侧方也用钢丝绳与各向锚固点固定。
3.4 主吊系统设计
（1）门式把杆截面□500mm[×]500mm，主肢角钢∟50[×]50[×]6mm，斜缀条角钢∟40[×]40x[×]5mm，把杆高度为14m。
（2）把杆竖立在钢结构底座上，底座下方混凝土横梁上设置一道型钢，把杆底座坐落在型钢上。把杆前方设置防反倾钢丝绳，防反倾钢丝绳设置在混凝土横梁上。
（3）采用5吨卷扬机吊装（主吊）。
（4）采用6[×]37+1-1670-φ17.5mm钢丝绳600m，作为主吊跑绳。起吊滑车组采用16吨滑车组。
（5）后缆风绳跑绳配φ15mm，跑8绳，出头端至后变幅卷扬机上，砼梁带缆风处用∟50[×]50[×]6mm角钢外加半圆管包衬，以保护砼柱和钢丝绳。
（6）变幅滑车组两端固定点之间，设置保险钢丝绳，防止变幅卷扬机制动失灵。
3.5 防轉系统
设备在垂直起吊过程中，为防止摆动，采用2根钢丝绳两边拉好作垂直运输稳固用。采用6x37+1-1670-φ11.0mm钢丝绳100mx2根作为导索。导索一头与支架顶端连接，放至裙楼顶，然后以裙楼混凝土立柱作为锚点，将导索用手拉葫芦拉紧连接。
4 把杆安装及吊运
4.1 安装现场准备
（1）屋面设备吊装前，首先提前将裙房及塔楼屋面顶设备临时存放点处障碍物拆除，并将设备存放区域的结构进行加固，满足吊物承载力要求。
（2）吊装作业前，将把杆竖立区域、变幅锚固点等部位进行加固处理，等结构满足荷载要求后方可进行下一步工作。
4.2 把杆安装
本工程吊装器具经由塔楼货运电梯运至最顶层，再通过人工经楼梯间搬运至楼顶屋面。运至屋面后，现场按设计图纸进行拼装。拼装后对中心线偏差进行复核，总长度装配偏差控制在0.5‰以内，或最大偏差在8mm以内。各个杆件之间的连接通过高强螺栓连接。连接必须锚固牢靠。待门式把杆竖立后，重新紧固一遍。
4.3 吊装前的试吊
把杆安装后进行试吊，按被吊构件最大重量的125%进行试吊。试吊时吊物离地100～200mm，悬吊不少于10min，反复一次，间隔时间不少于10min，期间仔细观察把杆的承压情况，检查变幅系统、主吊系统、防转系统的受力情况。
上述试吊情况良好时，可进行110%额定负载的试吊，程序同上，在试吊中作重复启动、上升、下降等动作，累计启动试验时间不少于10分钟。试吊中要求机构动作灵活、工作平稳、操作正确，连接处无松动，零部件无损坏。
4.4 吊运操作
（1）吊运区域采用红、白三角旗围出100㎡左右的区域，并设立明显的警戒标志，由专人监护，吊运操作人员通过对讲机联络，由专人指挥，设备吊运前检查钢丝绳捆扎是否牢固，设备搁置是否平稳。预先计算好吊点，并将导向扣件锁紧。起吊指挥人员应密切注意吊运状况和吊运区域情况，谨慎指挥。
（2）设备垂直运输至楼顶时，先拆除导向构件，然后变幅卷扬机扳起把杆，主吊卷扬机松钩，在扳起把杆，松下主吊卷扬机，将设备慢慢放至楼顶。
（3）垂直运输步骤——设备吊运至裙楼顶——设置好主吊索——带上防旋转导向钢丝绳——起吊——到位——松开防转导向钢丝绳——牵引到位——放下设备。
4.5 塔楼屋面设备移动
在塔楼屋面上方的混凝土梁上设置两根拖运轨道，再在把杆东侧上方搭设一副高低门架，门架梁上悬挂4台手拉小车，每台小车上悬挂1只5吨手拉葫芦。当设备吊装至塔楼屋面后，利用拖运轨道将设备从把杆吊装区域拖运至设备安装处即可。
4.6 门式把杆拆除
使用完毕后，将门式把杆拆除。先将底座前端手拉葫芦慢慢松下，把杆底座向后滑移，变幅卷扬机停止不动，待把杆前端靠近搭设的门架后，利用门架上的手拉葫芦，将把杆拉住，松下变幅卷扬机，拆除变幅钢丝绳，然后将把杆标准节拆除。将拆卸下来的部件通过货运电梯运下塔楼。
4.7 垂直运输安全措施
（1）严格遵守起重“十不吊”的规定。
（2）所有起重操作人员持证上岗，所有操作人员必须正确使用劳动防护用品。
（3）卷扬机的日常保养、检查由卷扬机的操作人员负责，导向滑车、把杆、承重滑车的日常保养由塔楼上作业人员负责。起重牵引钢索、导向防转导索的保养、检查由地面和塔楼上作业人员同时负责。
（4）大于5级风（含5级），大雾不得起吊。下雨天起吊需做好防湿、防滑措施，确保作业人员的安全。
（5）此吊装不在夜间进行施工。（由于视线不清，不能正确指挥）
4.8 安全生产和文明施工
（1）安全生产施工管理措施。为了加强施工安全管理，必须使每位工作人员都认识到安全工作的重要性，必须将安全生产放在第一位，预防发生任何意外事故。因此要共同做好安全工作，遵守JGJ 80—-91《建筑施工高处作业安全技术规范》，严格遵守安全施工条例。
全体安装施工人员必须严格遵守政府规定的劳动安全法规，树立“安全第一”的观念，专职安全员必须进行现场监督和巡查;
进入施工现场必须戴好安全帽，2米以上高空作业必须系好安全带;
特殊工种必须持证上岗。
（2）现场安全制度。
施工人员进场后必须接受三级安全教育;
安全员应安排好作业的安全工作;
每天施工前必须进行安全技术交底;
采用明火作业前，必须办理好动火申请手续;
施工现场焊、割作业必须符合防火要求，严格执行“十不烧”规定;
焊、割作业前清除周边、下方易燃易爆危险品和其他可燃杂物;防止火星熔渣、铁块坠落引起火灾事故;
每天工作完毕后，做好落手清，检查所有施工区域，发现隐患及时消除;
临时用电严格按照“一机、一闸、一漏、一箱”制度执行;
未经许可不得擅自移动安全防护设施;
每天作业结束，必须进行检查、清理现场，收回材料、工具等。
（3）文明施工保障措施。
确保现场施工区域清洁，发生垃圾当天清运;
使用的机械、工具必须符合安全规定;
4.9 吊装应急预案
（1）突发停电时，准备锚固钢丝绳及绳夹，将主吊跑绳临时锚固，防止时间过长，卷扬机制动失灵。
（2）提前准备好易损件，防止卷扬机的零部件出现问题。
（3）垂直吊装过程中，为避免设备与外墙发生碰撞，吊装前确认风力大小，大于5级风停止吊装。并在吊装时设置好防旋转导索，防止设备碰擦外墙而影响吊装安全。
5 总结
本文针对目前改建项目中高空吊装能力的不足，研究了一种门式把杆吊装设备。该门式把杆安装在建筑的屋面结构上，对场地要求较小，能根据屋面的实际情况和吊装设备的重量以及吊装高度进行调整，适用性强。且由型钢拼装而成，拆装方便。是一种较现有技术有更强场地适用性的高空吊装手段，为今后改建工程中的高空吊装提供了一项有效手段。
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