第三章 预制混凝土构件的吊装作业（上）

内容概要

预制混凝土构件的吊装作业在整个装配式建筑施工过程中起到了混凝土构件起吊、就位、调整的作用，完成预制混凝土构件的临时就位工序，因此在本章节中针对预制混凝土构件吊装作业进行详细阐述与讲解，分为常用起重机械的种类与特点、吊装机具的种类与选用、预制混凝土墙板的吊装作业、预制混凝土楼板的吊装作业、预制混凝土梁的吊装作业、预制混凝土楼梯的吊装作业、其他预制混凝土构件吊装作业等篇章。本章节内容首先对预制混凝土构件吊装作业前期的设备用具选择配对进行说明，并作出规定；其次对不同种类预制混凝土构件的吊装流程、吊装操作方法、临时固定设施、注意要点等方面进行全面讲解。

3.1 常用起重机械的种类和特点

预制构件吊装是装配式混凝土结构施工过程中的主要工序之一，吊装工序极大程度得依赖起重机械设备。

3.1.1塔式起重机

塔式起重机简称塔机，亦称塔吊，是指动臂装在高耸塔身上部的旋转起重机（图3-1）。塔式起重机作业空间大，主要用于房屋建筑施工中物料的垂直和水平输送及建筑构件的安装，在装配式混凝土结构施工中，用于预制构件及材料的装卸与吊装。塔式起重机由金属结构、工作机构和电气系统三部分组成。金属结构包括塔身、动臂和底座等。工作机构有起升、变幅、回转和行走四部分。电气系统包括电动机、控制器、配电柜、连接线路、信号及照明装置等。

施工过程中，应规范塔式起重机械的安拆、使用、维护保养，防止和杜绝由塔式起重机引发的生产安全事故，保障人身及财产安全。塔式起重机的安全管理应遵守国家标准《塔式起重机安全规程》（GB5144-2006），以及其他相关地方标准。

1）塔式起重机具有的优点:
（1）具有一机多用的机型（如移动式、固定式、附着式等），能适应施工的不同需要。
（2）附着后升起高度可达100m以上。
（3）有效作业幅度可达全幅度的80％。
（4）可以载荷行走就位。
（5）动力为电动机，可靠性、维修性都好，运行费用极低。

2）塔式起重机存在的缺点：
（1）机体庞大，除轻型外，需要解体，拆装费时、费力。
（2）转移费用高，使用期短不经济。
（3）高空作业，安全要求高。
（4）需要构筑基础。

3.1.2自行式起重机
自行式起重机是指自带动力并依靠自身的运行机构沿有轨或无轨通道运移的臂架型起重机（图3-2）。该类起重机分为汽车起重机、轮胎起重机、履带起重机、铁路起重机和随车起重机等几种。
自行式起重机分上下两大部分：上部为起重作业部分，称为上车；下部为支承底盘，称为下车。动力装置采用内燃机，传动方式有机械、液力-机械、电力和液压等几种。自行式起重机具有起升、变幅、回转和行走等主要机构，有的还有臂架伸缩机构。臂架有桁架式和箱形两种。有的自行式起重机除采用吊钩外，还可换用抓斗和起重吸盘。表征其起重能力的主要参数是最小幅度时的额定起重量。

1）自行式起重机具有的优点
（1）采用通用或专用汽车底盘，可按汽车原有速度行驶，灵活机动，能快速转移。
（2）采用压液传动，传动平稳，操纵省力，吊装速度快、效率高。
（3）起重臂为折叠式，工作性能灵活，转移快。

2）自行式起重机存在的缺点
（1）吊重时必须使用支腿，不能载荷行驶。
（2）转弯半径大，越野性能差。
（3）维修要求高。

3.2 吊装机具的种类与选用

3.2.1起重机械的选型

1.起重性能要求

1）对端部起重量的要求

传统建筑施工以湿法现浇为主，塔机主要吊装可自由组合重量的钢筋、水泥、砖等各种散货，单次吊装的起重量可以组合得较小，故目前传统建筑市场使用的塔吊以TC5610、TC6015等机型为主。但在装配式混凝土结构下，为达到较高的施工效率，预制柱、预制剪力墙、叠合梁等构件单件质量通常较重。目前预制构件的拆分全预制剪力墙重达7t左右，叠合梁重达5t左右，全预制楼梯重达4t左右，均远大于传统现浇的材料分解重量。故市场保有量80%以上的端部起重量在1t左右及以下的塔机不能满足装配式混凝土结构的吊装要求，需要更大吨位的起重设备。一般认为，为满足100m左右的高度、覆盖范围50m左右的高层施工吊装要求，塔机端部起重量不应低于2.5t，并且应布置至少两台以完成较重构件的吊装；也可以选用端部起重量在4t左右的一台塔机完成吊装任务。而对于更大跨度的覆盖范围，则其端部起重量则应根据塔机数量和工程进度安排等实际情况选择。

2）对起升机构的要求

起重力矩是塔机的主要参数，塔机的金属结构按额定起重力矩设计，即不论吊重幅度如何，相应的额定起重量与吊具系统之和对臂根的力矩为常数。

在功率一定情况下，力与速度呈反比关系。

设计塔机起升机构时，为充分发挥起升机构使用性能，在电机总功率一定的情况下，速度与力（也就是载荷）按“重载低速、轻载高速”的原则匹配；因此起升机构通常设置了2倍率、4倍率甚至更大倍率，以充分挖掘电机的工作性能，提高设备工作效率。

在钢丝绳长度一定的情况下，对于同一起升机构，使用小倍率可以获得较大的起升高度和较低的起重量，而大倍率时其起升高度较小但起重量较大；即钢丝绳长度一定时，对于同一起升机构，起升高度与倍率是反比关系，起重量与倍率是正比关系。如通常使用的TC5610-6塔机，一般最大起升高度为150m左右（此时钢丝绳只能使用2倍率），但与最大起重量6t对应的最大起升高度则在 70m 左右（此时钢丝绳为4倍率）。

受制于起升机构功率的原因，塔机为满足最大起重量要求使用了较大的倍率，但同时使塔机的起升速度下降，如 TC5610-6 塔机2倍率时最大起升速度为 40~80m/min，相应的最大起重量为3.0~1.5t；4倍率时最大起升速度下降一半，为20~40m/min，但相应的最大起重量为6.0~3.0t。在传统施工中，因可自由组合重物重量，在起升高度较大时可使用2倍率以获得较快的起升速度，采用多次少量方式即可满足吊装要求。而对于吊装预制混凝土构件，如构件较重且有较大起升高度则必须使用较大倍率，显然以上低速不利于提高施工效率，解决方法只能是选择提高起升速度或增加设备，显然使用前一种方法，增加的设备成本较少而成为较好的选择，即必须同步提高起升机构的功率，以满足高层施工中采用较大倍率时对起升速度的要求。

表3-1国内塔式起重机的主要技术性能




在塔机选型和定位设计时，应保证各幅度时的额度起重量大于该幅度下起吊的单个预制构件的重量。为充分发挥塔机金属结构性能，塔机最大起重量一般应远大于最大幅度时的起重量；而使用中可能会出现起重量较大且超过该幅度较小倍率时额定起重量的情况。如在最大起重量和起重力矩范围内，使用2倍率不能满足起重量的要求，则必须使用4倍率甚至更大的钢丝绳倍率，这样就必然使塔机在整个起升高度内都要使用较大的倍率以完成吊装任务，因此必须将起升钢丝绳长度增加一倍甚至更长以满足这个新的变化，也就是必须增加起升机构的容绳量，因此对起升机构的性能和设计提出了新的要求。


3）对设备故障和维修性能的要求

装配式混凝土结构模式下建造速度的提高很大程度上取决于各预制构件的现场装配速度，而各预制构件的装配速度不仅取决于现场安装人员的工作熟练程度，更取决于塔机的性能和安装数量。塔机故障对建造施工进度及效率的影响非常大，预制率越高，影响就越大，起重吊装过程逐渐会成为施工中的关键一环，极端情况时可能出现设备发生故障，全部人员停工的事故，所以对塔机的平均无故障时间、平均维修时间及维护人员素质等都提出了新的要求和挑战。


4）对电气控制系统的要求

在工厂或现场预先制造的板、柱、梁等混凝土构件在建筑现场拼装形成建筑物，预制构件的尺寸、精度更精准，与传统湿法施工方式相比，其精度等级由厘米级提升到了毫米级；预制构件的单件重量也由可人工搬动提高到必须使用起重机械来完成；原先由现场砌筑工人控制的项目，如墙面间距离、角度等改为由现场装配精度来保证。为保证建筑符合设计要求，对各预制构件的就位和安装提出了新的要求，同时因施工现场狭小，为保证施工效率和施工安全，对起重机械的平稳性和可操纵性提出了更高的要求，对起重机械控制系统的精度要求也提升到了厘米级甚至更高的要求，电控系统还必须响应快速灵敏且可微动操作，各机构起停平稳、晃动小等。


5）对可视性的要求

因塔机司机与施工人员的分离且空间距离较大，为保证预制构件就位准确、快速，两者之间的直接沟通必不可少，如能让司机直接观察到预制构件的就位情况，显然更有利于司机的就位操作和减少误操作，提高吊装效率，有效减少现场安全事故的发生，通过使用可视技术显然是满足这个要求的有效途径。

6）吊重风载荷问题

因塔机所吊重物尺寸的不确定性，塔机设计规范对重物风载荷采用了估算的方法，一般推荐为重物重量的3%且不小于500N；且起重量越大，风载荷推荐值比例越小，如起重量50t时，风载荷估算推荐值约为起重量的1.5%。对于传统建筑业，因没有大表面积的重物吊装，以上估算风载荷经多年使用证明是可靠的；装配式混凝土结构则存在大量的厚度小、表面积大且重量较大的预制构件（如剪力墙、楼板等），实际风载荷会远大于3%的估算值，故设计规范的估算风载荷显然与实际情况差别较大，尤其吊重处于接近起重臂端部时，吊重风载荷对起重臂根部、塔身标准节的腹杆影响很大，因此对适合装配式混凝土结构施工使用的塔机有必要重新估算吊重风载荷大小以保证设备的使用安全。