重型钢筋混凝土预制柱吊装
建筑工程一公司 徐 磊
【摘要】本文结合盘锦6万吨/年丁基橡胶项目异丁烷脱氢压缩机厂房钢筋混凝土预制柱吊装实例，详细介绍了重型预制柱吊装机具选用，柱绑扎点确定及对应状态下的强度验算，柱吊装和校正的整个过程，以供类似工程参考。
【关键词】机具准备 绑扎点 强度验算 吊装 校正
盘锦6万吨/年丁基橡胶项目异丁烷脱氢压缩机厂房主体结构为预制钢筋混凝土排架结构，基础为钢筋混凝土杯形基础，预制柱在厂房周边单榀独立预制，经两点绑扎翻身就位后，采用一点绑扎起吊的方式进行吊装，该厂房预制柱属于高大重型柱，对不同状态下的预制柱强度验算、安装时的校正、固定是吊装工作的重点。
一、 预制柱主要技术参数
表1预制柱主要技术参数
二、 吊车选用
1、 根据现场的实际情况，选用一台QY120H汽车吊，吊装时吊车最大回转半径7m，最大起重高度22m，起重臂长24.5m。
2、 起重量计算
根据吊车最大回转半径及起重臂长，查120吨汽车吊起重性能表，可得起重量为49吨，同时根据下列单机吊装起重量计算公式：
Q≥Q1+Q2
式中Q—起重机的起重量（t）；
Q1—构件重量（t）；
Q2—索具重量（t），取0.5t。
Q1+Q2=20.2+0.5=20.7t，验算时动力系数取1.5，因此20.7⨯1.5=31t＜49t，所选120吨汽车吊能够满足吊装要求。
三、 索具、卡环选用
1、 两点绑扎时，索具选用6×37+1交互捻钢丝绳，直径43.0mm，公称抗拉强度
2 1700N/mm，2根，每根6m；一点绑扎时索具选用6×37+1交互捻钢丝绳，直径36.5mm，公
2 称抗拉强度1700N/mm，2根，一根10m，一根1.6m。
2、 索具验算时,两点绑扎和一点绑扎的钢丝绳实际受力不同，因此要对上述不同状态下选用的钢丝绳分别进行验算。
图1预制柱两点绑扎示意图
钢丝绳按照如下公式验算：
[Fg]=aFg/K
式中[Fg]—钢丝绳的允许拉力(KN)；
Fg—钢丝绳的钢丝破断拉力总和(KN)；
a—换算系数，取0.82；
K —钢丝绳的安全系数，取6。
根据选用的钢丝绳参数，查《建筑施工手册》表14-38可得，
两点绑扎时（图1）：[Fg]=1185.0⨯0.82/6=161.9KN＞142.8KNFg=1185.0KN，
（钢丝绳实际负荷）。因此选用的钢丝绳满足要求。
一点绑扎时：Fg=865.0KN，[Fg]=865.0⨯0.82/6=118.2KN＞101.0KN（钢丝绳实际负荷）。因此选用的钢丝绳满足要求。
卡环选用：两点绑扎时，卡环选用11#共4个，查表得单个使用负荷11t，满足要求；一点绑扎时卡环选用7.5#共4个，查表得单个使用负荷7.5t，满足要求。
四、 预制柱强度验算
本工程预制柱需分两种状态进行强度验算，一种是如图1所示利用设计预埋的两个吊环两点绑扎时的柱子危险截面强度验算，另一种情况是预制柱一点绑扎时的柱子危险截面强度验算和最大裂缝验算。
（一） 两点绑扎强度验算
绑扎点位置采用设计预埋的吊环位置，强度验算时上柱需验算上下柱交接点弯矩MD，下柱需验算两个吊点处截面MA、MC及柱中最大弯矩MB的最大值，如图2所示。
图2两点绑扎柱子受力简图
MA=2P3l12=0.5⨯24.75⨯2.82=97.02KN⋅m
2MC=P1l5(l3+l4+l52)+P2l4(l3+l42)+2P3l3=211.27KN⋅m
2MB=P3l2-MA+MC2=41.53KN⋅m
2MD=2P1l5=45.13KN⋅m
只需验算MC、MD，截面配筋图分别见图3中的3-3、1-1，即截面强度分别为：
M下=300⨯3434.4⨯(965-35)=958.2KN⋅m＞211.27KN⋅m
M上=300⨯1962.5⨯(465-35)=253.1KN⋅m＞45.13KN⋅m
故截面抗弯强度能满足吊装要求！
（二） 一点绑扎强度验算
经换算确定吊点设在牛腿与下柱交接处，如图3所示。
图3柱子截面尺寸及截面配筋图
根据柱子截面尺寸，各段柱自重线荷载标准值如下：
上柱P1K=0.5⨯0.55⨯25=6.88KN/m
牛腿P2K={(0.5⨯1.25-0.25⨯0.25⨯0.5)⨯0.55⨯25}/0.5=16.33KN/m
下柱P3K=1.0⨯0.55⨯25=13.75KN/m
柱吊装时考虑动力作用的动力系数n=1.5，则各段柱自重线荷载设计值为：
上柱P1=n⋅γG⋅P1K=1.5⨯1.2⨯6.88=12.38KN/m
牛腿P2=n⋅γG⋅P2K=1.5⨯1.2⨯16.33=29.40KN/m
下柱P3=n⋅γG⋅P3K=1.5⨯1.2⨯13.75=24.75KN/m
1、 弯矩值验算
柱受力简图如图4所示，根据柱各段线荷载设计值，需验算的弯矩值所在截面分别考虑为上柱根部（1-1）、吊点处（牛腿根部2-2）及下柱最大弯矩处（3-3），其计算过程如下：
图4柱子受力计算简图
M1=2⨯12.38⨯2.72=45.13KN⋅m
2M2=2⨯12.38⨯（0.5+2.7）+0.5⨯（29.4-12.38）⨯0.52=65.52KN⋅m
下柱最大正弯矩M3计算时，对B支座取矩，∑MB=0，可得， 反力RA=2P3⨯12.75-2P2⨯0.5-2.7P1⨯(0.5+1.35)/12.75=152.64KN 22
2则跨中最大弯矩为：Mmax=RAx-2P3x，式中x为跨中最大弯矩截面至A点的距{}
离。 2令dMdx=0,得x=RAP3，带入上式得： M3=RAP3=470.69KN⋅m
截面弯矩图如图5所示。
图5截面弯矩图
2、 抗弯强度验算
上柱应验算1-1截面，下柱验算2-2、3-3两弯矩值较大的截面，因此只需验算M1、M3，
'2根据柱子截面配筋图，上柱为上下各4Ф25（As=As=1962.5mm），下柱为上下各7Ф25
'2（As=As=3434.4mm），按双筋梁计算其截面强度，计算式如下：
M=fyAs(h0-a')
式中：fy—钢筋受拉强度，fy=300N/mm2；
As—受拉钢筋面积；
h0—验算截面有效高度；
'' a—受压区钢筋合力点至截面受压边缘的距离，a=35mm。
将需验算截面的相关数据带入上式可得，
M上=300⨯1962.5⨯(465-35)=253.1KN⋅m＞45.13KN⋅m
M下=300⨯3434.4⨯(965-35)=958.2KN⋅m＞470.69KN⋅m
故截面抗弯强度能满足吊装要求！
3、 截面抗裂度计算
由截面弯矩值计算可知，只验算3-3剖面即可。
σs=MK0.87Ash0=470690000/1..87⨯3434.4⨯965=136.04N/mm2
ρte=As0.5bh=3434.0.5⨯550⨯1000=0.012＞0.01
裂缝间纵向受拉钢筋应变不均匀系数：
ϕ=1.1-0.65ftkρteσs=1.1-0.65⨯2.0.012⨯136.04=0.35
根据《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010),截面最大裂缝宽度按下式计算（式中各符号参见上述规范7.1.2中说明）：
ϖmax=αcrϕσsEs(1.9cs+0.08deqρte) 5 =2.1⨯0.35⨯136.042.0⨯10⨯(1.9⨯35+0.08⨯250.012)
=0.11mm＜0.2mm
故截面抗裂能力满足吊装要求！
根据对预制柱危险截面的受力验算，采用翻身一点绑扎吊装预制柱是满足吊装要求的。
五、 吊装主要技术措施
（一） 将杯口基础内壁凿毛后清除杯口内的垃圾，在基础杯口面上弹出建筑物的纵、横定位线和柱的吊装准线，作为柱对位、校正的依据。在吊装前应根据柱子制作的实际长度（从牛腿面或柱顶至柱脚尺寸）对基础杯底标高进行一次调整，调整方法是采用C40细石混凝土将杯口内底标高找平至实际要求标高。
（二） 钢板横吊梁（铁扁担）
本工程柱子吊装时，为减少吊索的水平分力对柱的压力，保持柱身的垂直平稳，便于柱子安装就位，在吊钩与吊索之间用一个工具式钢板横吊梁连接，钢板横吊梁采用20mm和10mm厚，材质为Q235B的钢板设计制作，如图6所示（注：钢板横吊梁设计时，应在方案内对A-C截面强度、吊钩孔壁局部承压、卡环孔壁局部承压进行详细验算）。
图6钢板横吊梁
（三） 捆绑
吊索采用长短两根吊索搭配的方式捆绑在牛腿根部，同时在钢丝绳与柱身接触的地方用废轮胎将柱子四角保护好，确保柱子四角在吊装时不被破坏，同时也能使柱子在校正完毕后，吊索能够自然脱落，有效地解决了传统捆绑方法在柱子校正完毕后解索的困难。
图7一点绑扎示意图
1.长吊索；2.短吊索；3.绑扎节点（见图8）
图8绑扎节点
（四） 吊装就位、校正及固定
预制柱采用一点绑扎单机旋转法吊装（图10），按照图9吊车行走路线进行吊装，一次站位吊3根。
图9吊车行走路线图
图10单机旋转法吊柱
1、 吊装就位：起吊时，起重机慢慢提升吊钩，使柱子成垂直状态吊至杯口上空，两侧操纵人员各自站好位置，稳住柱脚并将其缓慢插入杯口。当柱脚接近杯底时（约离杯底30~50mm）,吊钩停止下落，工人立即插入8个钢楔（每个柱面插两个），此时指挥人员目测柱的两个面垂直度，并通过吊车操作回转、起落臂杆等使柱身大致垂直，然后再将柱缓慢落至杯底，待轴线复合完毕后，工人对称敲紧钢楔做临时固定。
2、 校正：柱子采用敲打楔子配合使用螺旋千斤顶校正(图11）。校正时先校正偏差大的面再校正偏差小的面，如两个方向偏差数相近，则先校正小面，后校正大面，校正好一个方向后，稍打紧两面相对的四个楔子再校正另一个方向。整个过程中用两台全站仪从柱相邻的两边（视线应基本与柱面垂直）检查柱吊装准线的垂直度。柱在两个方向垂直度都校正好后应再复查平面位置，如偏差在5㎜以内则可打紧八个楔子，并使其松紧基本一致，然后在杯口另用大石块或混凝土块塞紧，柱底脚与杯底四周空隙较大者，宜用坚硬石块将柱脚卡死。
图11预制柱校正示意图
3、 固定：柱与杯口空隙内浇筑C40细石混凝土作最后固定，灌缝工作应在校正后立即进行。灌缝工作一般分两次进行，第一次灌至楔子底面，细石混凝土强度达到设计强度的25﹪后拔出楔子，全部灌满，混凝土振捣时不得碰到楔子。灌捣细石混凝土时发现碰动了楔子，可能影响柱子的垂直，必须及时对柱的垂直度进行复查。
六、 结束语
本文的预制柱吊装、校正方法在本工程多个厂房共计90根预制柱的吊装施工中得到了较好的应用，在安全、质量、工期上都取到了良好的效果，尤其在预制柱吊装过程中，我们对各工序进行了明确的分工，各岗位密切配合，形成了一个熟练的吊装流水线，同时在预制柱一点绑扎起吊时采用了长短两根吊索搭配的方式进行捆绑，使柱子在校正完毕后，吊索能够自然脱落，有效地解决了传统捆绑方法在柱子校正完毕后解索的困难，大大的提高了吊装
效率，取得了良好的经济效益，值得在以后类似工程中借鉴使用。
参考文献：
【1】《起重吊装计算及安全技术》卜一德著
【2】《建筑施工手册》第四版
重型钢筋混凝土预制柱吊装
建筑工程一公司 徐 磊
【摘要】本文结合盘锦6万吨/年丁基橡胶项目异丁烷脱氢压缩机厂房钢筋混凝土预制柱吊装实例，详细介绍了重型预制柱吊装机具选用，柱绑扎点确定及对应状态下的强度验算，柱吊装和校正的整个过程，以供类似工程参考。
【关键词】机具准备 绑扎点 强度验算 吊装 校正
盘锦6万吨/年丁基橡胶项目异丁烷脱氢压缩机厂房主体结构为预制钢筋混凝土排架结构，基础为钢筋混凝土杯形基础，预制柱在厂房周边单榀独立预制，经两点绑扎翻身就位后，采用一点绑扎起吊的方式进行吊装，该厂房预制柱属于高大重型柱，对不同状态下的预制柱强度验算、安装时的校正、固定是吊装工作的重点。
一、 预制柱主要技术参数
表1预制柱主要技术参数
二、 吊车选用
1、 根据现场的实际情况，选用一台QY120H汽车吊，吊装时吊车最大回转半径7m，最大起重高度22m，起重臂长24.5m。
2、 起重量计算
根据吊车最大回转半径及起重臂长，查120吨汽车吊起重性能表，可得起重量为49吨，同时根据下列单机吊装起重量计算公式：
Q≥Q1+Q2
式中Q—起重机的起重量（t）；
Q1—构件重量（t）；
Q2—索具重量（t），取0.5t。
Q1+Q2=20.2+0.5=20.7t，验算时动力系数取1.5，因此20.7⨯1.5=31t＜49t，所选120吨汽车吊能够满足吊装要求。
三、 索具、卡环选用
1、 两点绑扎时，索具选用6×37+1交互捻钢丝绳，直径43.0mm，公称抗拉强度
2 1700N/mm，2根，每根6m；一点绑扎时索具选用6×37+1交互捻钢丝绳，直径36.5mm，公
2 称抗拉强度1700N/mm，2根，一根10m，一根1.6m。
2、 索具验算时,两点绑扎和一点绑扎的钢丝绳实际受力不同，因此要对上述不同状态下选用的钢丝绳分别进行验算。
图1预制柱两点绑扎示意图
钢丝绳按照如下公式验算：
[Fg]=aFg/K
式中[Fg]—钢丝绳的允许拉力(KN)；
Fg—钢丝绳的钢丝破断拉力总和(KN)；
a—换算系数，取0.82；
K —钢丝绳的安全系数，取6。
根据选用的钢丝绳参数，查《建筑施工手册》表14-38可得，
两点绑扎时（图1）：[Fg]=1185.0⨯0.82/6=161.9KN＞142.8KNFg=1185.0KN，
（钢丝绳实际负荷）。因此选用的钢丝绳满足要求。
一点绑扎时：Fg=865.0KN，[Fg]=865.0⨯0.82/6=118.2KN＞101.0KN（钢丝绳实际负荷）。因此选用的钢丝绳满足要求。
卡环选用：两点绑扎时，卡环选用11#共4个，查表得单个使用负荷11t，满足要求；一点绑扎时卡环选用7.5#共4个，查表得单个使用负荷7.5t，满足要求。
四、 预制柱强度验算
本工程预制柱需分两种状态进行强度验算，一种是如图1所示利用设计预埋的两个吊环两点绑扎时的柱子危险截面强度验算，另一种情况是预制柱一点绑扎时的柱子危险截面强度验算和最大裂缝验算。
（一） 两点绑扎强度验算
绑扎点位置采用设计预埋的吊环位置，强度验算时上柱需验算上下柱交接点弯矩MD，下柱需验算两个吊点处截面MA、MC及柱中最大弯矩MB的最大值，如图2所示。
图2两点绑扎柱子受力简图
MA=2P3l12=0.5⨯24.75⨯2.82=97.02KN⋅m
2MC=P1l5(l3+l4+l52)+P2l4(l3+l42)+2P3l3=211.27KN⋅m
2MB=P3l2-MA+MC2=41.53KN⋅m
2MD=2P1l5=45.13KN⋅m
只需验算MC、MD，截面配筋图分别见图3中的3-3、1-1，即截面强度分别为：
M下=300⨯3434.4⨯(965-35)=958.2KN⋅m＞211.27KN⋅m
M上=300⨯1962.5⨯(465-35)=253.1KN⋅m＞45.13KN⋅m
故截面抗弯强度能满足吊装要求！
（二） 一点绑扎强度验算
经换算确定吊点设在牛腿与下柱交接处，如图3所示。
图3柱子截面尺寸及截面配筋图
根据柱子截面尺寸，各段柱自重线荷载标准值如下：
上柱P1K=0.5⨯0.55⨯25=6.88KN/m
牛腿P2K={(0.5⨯1.25-0.25⨯0.25⨯0.5)⨯0.55⨯25}/0.5=16.33KN/m
下柱P3K=1.0⨯0.55⨯25=13.75KN/m
柱吊装时考虑动力作用的动力系数n=1.5，则各段柱自重线荷载设计值为：
上柱P1=n⋅γG⋅P1K=1.5⨯1.2⨯6.88=12.38KN/m
牛腿P2=n⋅γG⋅P2K=1.5⨯1.2⨯16.33=29.40KN/m
下柱P3=n⋅γG⋅P3K=1.5⨯1.2⨯13.75=24.75KN/m
1、 弯矩值验算
柱受力简图如图4所示，根据柱各段线荷载设计值，需验算的弯矩值所在截面分别考虑为上柱根部（1-1）、吊点处（牛腿根部2-2）及下柱最大弯矩处（3-3），其计算过程如下：
图4柱子受力计算简图
M1=2⨯12.38⨯2.72=45.13KN⋅m
2M2=2⨯12.38⨯（0.5+2.7）+0.5⨯（29.4-12.38）⨯0.52=65.52KN⋅m
下柱最大正弯矩M3计算时，对B支座取矩，∑MB=0，可得， 反力RA=2P3⨯12.75-2P2⨯0.5-2.7P1⨯(0.5+1.35)/12.75=152.64KN 22
2则跨中最大弯矩为：Mmax=RAx-2P3x，式中x为跨中最大弯矩截面至A点的距{}
离。 2令dMdx=0,得x=RAP3，带入上式得： M3=RAP3=470.69KN⋅m
截面弯矩图如图5所示。
图5截面弯矩图
2、 抗弯强度验算
上柱应验算1-1截面，下柱验算2-2、3-3两弯矩值较大的截面，因此只需验算M1、M3，
'2根据柱子截面配筋图，上柱为上下各4Ф25（As=As=1962.5mm），下柱为上下各7Ф25
'2（As=As=3434.4mm），按双筋梁计算其截面强度，计算式如下：
M=fyAs(h0-a')
式中：fy—钢筋受拉强度，fy=300N/mm2；
As—受拉钢筋面积；
h0—验算截面有效高度；
'' a—受压区钢筋合力点至截面受压边缘的距离，a=35mm。
将需验算截面的相关数据带入上式可得，
M上=300⨯1962.5⨯(465-35)=253.1KN⋅m＞45.13KN⋅m
M下=300⨯3434.4⨯(965-35)=958.2KN⋅m＞470.69KN⋅m
故截面抗弯强度能满足吊装要求！
3、 截面抗裂度计算
由截面弯矩值计算可知，只验算3-3剖面即可。
σs=MK0.87Ash0=470690000/1..87⨯3434.4⨯965=136.04N/mm2
ρte=As0.5bh=3434.0.5⨯550⨯1000=0.012＞0.01
裂缝间纵向受拉钢筋应变不均匀系数：
ϕ=1.1-0.65ftkρteσs=1.1-0.65⨯2.0.012⨯136.04=0.35
根据《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010),截面最大裂缝宽度按下式计算（式中各符号参见上述规范7.1.2中说明）：
ϖmax=αcrϕσsEs(1.9cs+0.08deqρte) 5 =2.1⨯0.35⨯136.042.0⨯10⨯(1.9⨯35+0.08⨯250.012)
=0.11mm＜0.2mm
故截面抗裂能力满足吊装要求！
根据对预制柱危险截面的受力验算，采用翻身一点绑扎吊装预制柱是满足吊装要求的。
五、 吊装主要技术措施
（一） 将杯口基础内壁凿毛后清除杯口内的垃圾，在基础杯口面上弹出建筑物的纵、横定位线和柱的吊装准线，作为柱对位、校正的依据。在吊装前应根据柱子制作的实际长度（从牛腿面或柱顶至柱脚尺寸）对基础杯底标高进行一次调整，调整方法是采用C40细石混凝土将杯口内底标高找平至实际要求标高。
（二） 钢板横吊梁（铁扁担）
本工程柱子吊装时，为减少吊索的水平分力对柱的压力，保持柱身的垂直平稳，便于柱子安装就位，在吊钩与吊索之间用一个工具式钢板横吊梁连接，钢板横吊梁采用20mm和10mm厚，材质为Q235B的钢板设计制作，如图6所示（注：钢板横吊梁设计时，应在方案内对A-C截面强度、吊钩孔壁局部承压、卡环孔壁局部承压进行详细验算）。
图6钢板横吊梁
（三） 捆绑
吊索采用长短两根吊索搭配的方式捆绑在牛腿根部，同时在钢丝绳与柱身接触的地方用废轮胎将柱子四角保护好，确保柱子四角在吊装时不被破坏，同时也能使柱子在校正完毕后，吊索能够自然脱落，有效地解决了传统捆绑方法在柱子校正完毕后解索的困难。
图7一点绑扎示意图
1.长吊索；2.短吊索；3.绑扎节点（见图8）
图8绑扎节点
（四） 吊装就位、校正及固定
预制柱采用一点绑扎单机旋转法吊装（图10），按照图9吊车行走路线进行吊装，一次站位吊3根。
图9吊车行走路线图
图10单机旋转法吊柱
1、 吊装就位：起吊时，起重机慢慢提升吊钩，使柱子成垂直状态吊至杯口上空，两侧操纵人员各自站好位置，稳住柱脚并将其缓慢插入杯口。当柱脚接近杯底时（约离杯底30~50mm）,吊钩停止下落，工人立即插入8个钢楔（每个柱面插两个），此时指挥人员目测柱的两个面垂直度，并通过吊车操作回转、起落臂杆等使柱身大致垂直，然后再将柱缓慢落至杯底，待轴线复合完毕后，工人对称敲紧钢楔做临时固定。
2、 校正：柱子采用敲打楔子配合使用螺旋千斤顶校正(图11）。校正时先校正偏差大的面再校正偏差小的面，如两个方向偏差数相近，则先校正小面，后校正大面，校正好一个方向后，稍打紧两面相对的四个楔子再校正另一个方向。整个过程中用两台全站仪从柱相邻的两边（视线应基本与柱面垂直）检查柱吊装准线的垂直度。柱在两个方向垂直度都校正好后应再复查平面位置，如偏差在5㎜以内则可打紧八个楔子，并使其松紧基本一致，然后在杯口另用大石块或混凝土块塞紧，柱底脚与杯底四周空隙较大者，宜用坚硬石块将柱脚卡死。
图11预制柱校正示意图
3、 固定：柱与杯口空隙内浇筑C40细石混凝土作最后固定，灌缝工作应在校正后立即进行。灌缝工作一般分两次进行，第一次灌至楔子底面，细石混凝土强度达到设计强度的25﹪后拔出楔子，全部灌满，混凝土振捣时不得碰到楔子。灌捣细石混凝土时发现碰动了楔子，可能影响柱子的垂直，必须及时对柱的垂直度进行复查。
六、 结束语
本文的预制柱吊装、校正方法在本工程多个厂房共计90根预制柱的吊装施工中得到了较好的应用，在安全、质量、工期上都取到了良好的效果，尤其在预制柱吊装过程中，我们对各工序进行了明确的分工，各岗位密切配合，形成了一个熟练的吊装流水线，同时在预制柱一点绑扎起吊时采用了长短两根吊索搭配的方式进行捆绑，使柱子在校正完毕后，吊索能够自然脱落，有效地解决了传统捆绑方法在柱子校正完毕后解索的困难，大大的提高了吊装
效率，取得了良好的经济效益，值得在以后类似工程中借鉴使用。
参考文献：
【1】《起重吊装计算及安全技术》卜一德著
【2】《建筑施工手册》第四版