(山东电力建设第三工程公司 山东青岛 邮编266100)
摘要：在电力行业施工中，大跨距钢结构桁架设计特别普遍，如输煤栈桥、主管架、跨路段、跨河段。其中跨河段只能从河岸外侧地面进行机械吊装，因此吊装半径较远、施工困难大。本文结合施工现场实例进行详细的吊装方案设计，通过优化设计、详细计算，达到安全施工及降低成本的效果。
关键词：桁架、优化设计、吊装、方案
引言
目前，我国的基建行业在设计、施工方面，与一些国际大型设计、施工公司相比还存在着一些差距，主要表现在由于设计与施工脱节，导致现场材料浪费、施工困难大，最终造成工程成本增加。本文以某项目的跨河段钢结构桁架吊装为例，通过从优化设计到吊装方案制定方面着手，在保障安全的情况下,达到降低成本的目的。
2方案制定的重点及难点
2.1初步分析
根据图纸（见下图），此跨河段钢结构可分为五部分进行吊装，其中河面上方的桁架5为重量最大、吊装半径最远的桁架。根据图纸及现场情况计算，此桁架长47.5m、重量270t、吊装半径41m。
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2.2施工难点
a）构成桁架的H型钢翼板厚度为50mm，成品H型钢需要钢厂定制，市场无现货；
b）如果采用50mm厚钢板拼接成焊接H型钢，则生产周期长、焊接质量难以保障；
c）由于其桁架重量大、吊装半径远，必须采用千吨级大型吊车，需从他国市场租赁，机械成本数百万；
d）设计进行优化，能从本质上解决问题。
2.3优化设计
必须从设计上进行优化，以达到降低重量的目的。然后进行具体方案制定。
施工现场将加工难度、吊装难度反馈给设计，要求设计院进行优化。但是设计院答复已为最优设计、无法进行优化，否则无法确保使用安全为由拒绝重新设计。
现场技术人员将此桁架与龙门吊进行对比发现。我公司安装的60t起吊能力龙门吊，桁架跨距为42m、重量为50t上下，而且龙门吊承受的最大点负荷为60t，且为动载荷。而此跨河段桁架仅承受一根直径为1.2m的GRP水管，重量约为50t的均布静载荷。通过对比发现，跨距增加了13%（5.5m），而自身重量却增加了440%（220t），根据对比发现，此设计不合理。
现场人员将此数据反馈给设计院，设计人员两周后下发优化后的图纸，此部分桁架重量降到170t。
现场技术人员认为仍有优化的空间，因此继续收集信息，试图说服设计院继续优化。通过对当地其他项目的考察发现，附近在建的另一项目，同样存在跨河的桁架钢结构，经与此项目技术负责人进行沟通，收集到了临近项目的跨河段设计图。分析临近项目的图纸发现，此项目跨距同样是47.5m、承受两根直径1m的GRP水管，但桁架截面采用矩形设计（高比宽尺寸大一倍），桁架重量仅为41t。
现场人员在次将此信息反馈给设计院，需再次优化。设计人员答复再次优化将再需1个月的工期，影响项目整体进度。现场技术人员通过关键路径分析，以及优化后加工周期更短、吊装工期更短等进行综合分析，发现对整个工期无实质影响，最终要求继续优化。
最终优化出图后，此部分桁架重量为67t。考虑到市场H型钢有现货，及现场有满足吊装能力的机械，最终按照此图进行订货生产。
2.3吊装方案设计
a)确定吊装顺序：柱1、柱2、柱3、桁架4、桁架5
b）确定吊物重心。由于此桁架5结构为均匀物体，因此重心为桁架的几何中心。
c）吊装场地布置。根据现场情况及地下设施位置，此时吊装半径为41m。
d）吊装机械及工器具选择
现场有750t履带吊、400t履带吊各1台，根据实际情况详细计算，钢结构重66.71t+GRP玻璃钢管3t+GRP水管支座6t+吊车吊钩重量7.5t+吊带卡环重量1.65t+其他0.1t，共计84.96t。根据吊车起重性能表，选择400t履带吊进行吊装可满足要求，工况选择如下：
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选用4根长20m的30t吊带，4个25t马蹄形卡环，相关尺寸如下图
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2.4吊点位置的选择
为方便吊装，桁架制作时在上方设计4个吊耳，将吊点选择在斜撑位置附近。
2.5吊点受力分析
a）吊点距重心7.5m，吊带长20m，两吊带夹角44°。见下图
b）Fy=（66.71+3+6+0.1）/4=75.81/4=18.95t
Fx=Fy*tan22=7.6t
F=Fx/sin22=20.4t
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2.6吊耳设计
吊耳选用30mm厚钢板，长260mm，两侧用16mm进行加固。吊耳处钢梁用16mm劲板进行加固，避免钢梁受力变形。卡环选用25t。见下图。
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吊耳的实际负荷计算
N=k*F=1.2*20.4*1000*9.8=239904N
拉力计算
σ=N/S1=N/（30*（260-80））=44.42MPa≤[σ]=140MPa
剪应力计算
τ=N/S2=N/（30*90）=88.85MPa≤[τ]=110MPa
局部挤压应力
σiy=N/（δ*d1）φ=239904/（30*50.8）=157.42MPa≤[σiy]=260MPa
角焊缝计算
σf=Ny/（0.7*hf*lw）=239904/（0.7*30*260）=43.94MPa≤[ff]=120MPa
销轴剪应力计算
τ=N/S=239904/（π*50.8*50.8/4）=118.42MPa≤[τ]=170MPa
通过以上核算，吊耳设计能够满足要求。
3效果分析
3.1经济性分析
a）材料费节约：通过优化设计，整个跨河段桁架整体重量从最初的370t降到106t，材料费节约264t*10000元/吨=264万；
b）机械费节约：优化前从他国租赁千吨级大型吊车，进出场费100万，台班费20万，使用现场吊车，节省机械费用120万；
3.2安全性分析
通过详细的方案计算，确保了施工的安全性，保障了项目的顺利推进。
4参考文献
［1］《钢结构设计规范》GB50017-2003
［2］《起重机械安全规程》GB6067.1-2010
［3］《钢丝绳卡》GB5976-2006
［4］《一般起重用锻造卡环-D型卡环和弓形卡环》JB8112-1999