论文部分内容阅读
【摘要】越南老街钢厂项目施工过程中，由于工程所在地偏远，大型起重机租赁困难。大型起重机进场费用昂贵，山高路远，进场一次相当不易，精确模拟吊装、合理选择起重机在本工程施工过程中显得异常重要。为了精确模拟施工，一次吊装成功，减少不必要的成本，利用SU三维软件对筛分室内的振动筛吊装过程进行吊装模拟，并用于指导现场实际吊装。结合起重机性能表，并考虑了起重机车体高度、起重机回转中心至吊臂旋转中心之间的水平距离等因素，精确模拟了施工，合理选择了起重机，取得了良好的施工效果。
【关键词】吊装 三维模拟 成本
Analysis and application of SU dimensional technology in the lifting process
XIONG Chang1
（1. Project Department， China First Metallurgical Construction Co...Ltd， Wuhan 430081，China， 278522919@qq.com）
[ABSTRACT]Vietnam street steel project construction process，
due to the remote location of the project，large crane rental difficult.Large crane approach is expensive， hill tall great distance， play a quite not easy， accurate simulation of hoisting， reasonable appear during the construction process in the project is very important to choose the crane.In order to accurately simulate the construction， a hoisting success， reduce unnecessary costs， vibration using SU 3D software for screening indoor screen hoisting hoisting simulation， and used to guide the actual lifting.Combined with the performance of crane， and consider the height of the vehicle body， between the crane jib crane slewing center to the center of rotation of the horizontal distance and other factors， accurate simulation of the construction， the reasonable selection of the crane， and achieves good construction effect.
[KEY WORDS] hosting three dimensional simulation cost
1.工程概况
越南老街钢厂烧结成品筛分室在+6.05米及+9.05米平台上布置两台振动筛，筛孔分别为10mm及5mm。单台振动筛分为下部底座装置和上部振动装置，中间通过弹簧连接，外形尺寸为9250mm*3500mm*2250mm，设备到货卸车时，采用了80吨汽车吊对振动筛进行了称重，经80吨汽车吊电子显示仪确认，振动筛下部底座重量为18吨，振动筛上部（含振动装置）21吨。为了尽量减少吊装重量，控制吊装成本并满足吊装要求，将上部振动装置上的格栅板、振动电机及下部装置中的漏斗进行了保护性拆除，后期可以采用筛分室内的10吨单梁吊安装已拆除部分。拆除后，经80吨汽车吊电子显示仪再次确认，下部底座重量为16吨，上部振动装置为16.2吨。筛分室为混凝土框架结构，吊装前，框架部分已施工完毕，顶部结构框架梁标高为 +23.5米，筛分室跨距22.5米，轴线间距5米至8米不等。示意图如下图1：
图1 工程概况图
2、起重机参数的确定
（1）确定起重机站车位置：当起重机位于筛分室东侧、西侧及南侧时，吊装回转半径均大于位于北侧时的吊装位，在起吊高度等工况参数相同的情况下，起重机吊装能力会降低。因此选择筛分室E轴以北区域为起重机站位区域。考虑起重机回转时不能与筛分室框架柱相碰，起重机的最优站位图如下图2所示，起吊时回转半径为12米，起重机吊装筛分设备越过顶部框架梁扒杆时回转半径由12米变为10米。
图2 起重机站位图
（2）确定起重机臂杆长度：在其它工况参数相同的情况下，起重机吊臂越短，吊装能力越强。当吊臂位于第一层框架梁与第二层框架梁之间、或者第二层框架梁与顶部框架梁之间时，通过扒杆模拟，起重机吊臂与框架梁相碰而无法吊装，如下图图3吊装扒杆模拟图（圆圈内为相碰的位置）。因此，吊装该设备时吊臂必须在顶部框架梁之外方能吊装，此时可以通过SU三维软件测量臂杆长度，当然，由于各类型起重机车体高度、吊车回转中心至吊臂旋转中心之间的水平距离等都有差别，精确测量起重机臂杆长度必须考虑待选起重机本身的构造情况。
（2）起重机选型：在已知回转半径、臂杆长度、吊装物体重量的情况下可以对起重机型号进行粗选。经对租赁公司提供的起重机性能表进行研究，KATO-1200（120吨汽车吊）和NK-1600（160吨汽车吊）为待选起重机。160吨汽车吊在臂杆L=40.9米，回转半径R=12米时，额定起重量为31吨，完全满足吊装要求，且不需要对待吊设备上的部件进行拆除。120吨汽车吊在臂杆L=38.3米，回转半径R=12米时，额定起重量为16.5吨，与待吊设备重量（部分部件拆除后的重量）较接近，需要进一步模拟分析，才能最终确定。吊车性能图表见下表1： 图3吊装扒杆模拟图
NK-1600起重机性能表 KATO-1200起重机性能表
作业半径（M） 31.8（M） 40.9（M） 50.0（M） 作业半径（M） 29.5（M） 38.3（M） 47.0（M）
9.0 49.0 41.0 9.0 26.0 21.3 12.0
10.0 44.0 37.0 10.0 23.5 19.5 12.0
11.0 40.0 34.0 30.0 11.0 21.4 17.9 12.0
12.0 37.0 31.0 28.0 12.0 19.6 16.5 12.0
表1 起重机性能表
图4 起重机尺寸图
经SU三维软件模拟分析，当考虑KATO-1200起重机车体高度D=3450mm时（见上图图4），不考虑起重机回转中心至吊臂旋转中心之间的水平距离E=600mm时，吊臂与顶部框架梁发生干涉，不满足吊装要求；考虑起重机回转中心至吊臂旋转中心之间的水平距离E=600mm时，吊臂与顶部框架梁不发送干涉，见下图图5。此时KATO-1200起重机臂杆L=38.3米、回转半径R=12米，额定起重量为16.5吨，大于最大吊装重量16.2吨，满足吊装要求。
图5 吊装分析图
3、吊装方案
（1）试钩：起重机站位于设计地点后，并按要求支好支腿，伸出臂杆至38.3米，空负荷扒杆至吊装中心线，再次确认吊装重量是否满足要求；
（2）起吊：起吊前确认支腿是否牢固可靠，完毕后起吊振动筛下部底座装置，离地200mm后停止起吊，同时保持12米回转半径，38.3米臂杆，检查起重机情况，确认无问题后方可继续起吊。起吊应平稳，不得急剧上升或下降，防止起重机机和钢丝绳承受冲击载荷，造成事故。吊装时，设备需绕过顶部最高框架梁，注意起重机臂杆与顶部框架梁的空间距离，并缓慢扒杆至吊装中心线，然后缓慢落钩，直至设备就位。模拟吊装图（下图图6）和实际吊装图（下图图7）如下：
图6模拟吊装情形
图7振动装置实际吊装情形
4、钢丝绳计算
吊装前，钢丝绳的选择是重要的步骤，而钢丝绳的选择与设备的重心有着重要的关系。吊装不均匀设备时，设备的重心难以确定，采用SU软件可以自动分析设备重心（如下图图8中CofG点即为振动筛下部装置重心）。
图8 吊装模拟图
图9 钢丝绳受力简图
根据钢丝绳受力简图图9，列平衡公式：
式1：F1*sin62.4°+F2*sin68.8°=0.5*G 式2： F1*cos62.4°=F2*cos68.8°
G=162KN，求得F1=38.9KN，F2=49.8KN
选用D=26mm钢丝绳（6*37+1，纤维芯钢丝绳，钢丝绳公称抗拉强度1550MPa）
式中 [1] ：[Fg]—钢丝绳的容许拉力（KN）
FG—钢丝绳的最小破断力：FG=αFg（KN）
Fg——钢丝绳的破断力总和（KN），查表得 Fg=388.5KN
α—考虑钢丝绳之间不均匀系数 6×37+1钢丝绳α=0.82
K—钢丝绳的安全系数，取K=6
求得[Fg]=53KN>max[F1、F2]=49.8KN，钢丝绳选取满足要求。
5、成本分析
表2 成本分析表
起重机型号 进出场费用
（单位：元） 台班费用
（单位：元/台班） 台班数量 部件拆除安装费用（单位：元） 费用合计
（单位：元）
NK-1600起重机 15000 20000 1 0 35000
KTO-1200起重机 10000 11000 1 3700 24700
通过对比，使用KTO-1200型起重机更经济。
注：设备部件拆除安装费用由两部分组成，合计3700元。
（1）第一部分部件拆除费用：拆除机械费用8吨汽车吊800元，部件倒运拖车费用500元，人工6人，200元/天，作业时间1天。
（2）第二部分部件安装费用：安装采用筛分室内的10吨单梁吊进行安装，人工6人，200元/天，作业时间1天。
6、结束语
从以上分析可以看出，一个精确的设备吊装方案除了要考虑起重机的吊装性能表，还要考虑自身构造方面的因素，比如起重机的车体高度、回转中心至吊臂旋转中心之间的水平距离。另外，起重机吊臂本身的截面、扰度都对吊装有一定的影响，吊臂截面越大，越容易抗杆，吊臂在使用范围内的扰度越大，对吊装越有利。SU软件作为一款操作简单的3D软件，能迅速、准确的模拟吊装等现场施工情况，从而为现场施工提供指导。随着信息技术的发展，SU作为BIM软件的成熟性将大幅度提升，起重机吊装考虑的信息也会更加全面，包括吊臂应力的变化、扰度变化能通过模拟提前获取，吊装也就更加经济、安全和高效。
参考文献：
[1] 汪正荣，朱国梁. 《简明施工计算手册》第三版[M].北京：中国建筑工业出版社，2005.
作者简介：
熊 畅，男、1980年、工程师、中国一冶集团公司 机电公司、武汉、430081
联系电话： 18627981613
【关键词】吊装 三维模拟 成本
Analysis and application of SU dimensional technology in the lifting process
XIONG Chang1
（1. Project Department， China First Metallurgical Construction Co...Ltd， Wuhan 430081，China， 278522919@qq.com）
[ABSTRACT]Vietnam street steel project construction process，
due to the remote location of the project，large crane rental difficult.Large crane approach is expensive， hill tall great distance， play a quite not easy， accurate simulation of hoisting， reasonable appear during the construction process in the project is very important to choose the crane.In order to accurately simulate the construction， a hoisting success， reduce unnecessary costs， vibration using SU 3D software for screening indoor screen hoisting hoisting simulation， and used to guide the actual lifting.Combined with the performance of crane， and consider the height of the vehicle body， between the crane jib crane slewing center to the center of rotation of the horizontal distance and other factors， accurate simulation of the construction， the reasonable selection of the crane， and achieves good construction effect.
[KEY WORDS] hosting three dimensional simulation cost
1.工程概况
越南老街钢厂烧结成品筛分室在+6.05米及+9.05米平台上布置两台振动筛，筛孔分别为10mm及5mm。单台振动筛分为下部底座装置和上部振动装置，中间通过弹簧连接，外形尺寸为9250mm*3500mm*2250mm，设备到货卸车时，采用了80吨汽车吊对振动筛进行了称重，经80吨汽车吊电子显示仪确认，振动筛下部底座重量为18吨，振动筛上部（含振动装置）21吨。为了尽量减少吊装重量，控制吊装成本并满足吊装要求，将上部振动装置上的格栅板、振动电机及下部装置中的漏斗进行了保护性拆除，后期可以采用筛分室内的10吨单梁吊安装已拆除部分。拆除后，经80吨汽车吊电子显示仪再次确认，下部底座重量为16吨，上部振动装置为16.2吨。筛分室为混凝土框架结构，吊装前，框架部分已施工完毕，顶部结构框架梁标高为 +23.5米，筛分室跨距22.5米，轴线间距5米至8米不等。示意图如下图1：
图1 工程概况图
2、起重机参数的确定
（1）确定起重机站车位置：当起重机位于筛分室东侧、西侧及南侧时，吊装回转半径均大于位于北侧时的吊装位，在起吊高度等工况参数相同的情况下，起重机吊装能力会降低。因此选择筛分室E轴以北区域为起重机站位区域。考虑起重机回转时不能与筛分室框架柱相碰，起重机的最优站位图如下图2所示，起吊时回转半径为12米，起重机吊装筛分设备越过顶部框架梁扒杆时回转半径由12米变为10米。
图2 起重机站位图
（2）确定起重机臂杆长度：在其它工况参数相同的情况下，起重机吊臂越短，吊装能力越强。当吊臂位于第一层框架梁与第二层框架梁之间、或者第二层框架梁与顶部框架梁之间时，通过扒杆模拟，起重机吊臂与框架梁相碰而无法吊装，如下图图3吊装扒杆模拟图（圆圈内为相碰的位置）。因此，吊装该设备时吊臂必须在顶部框架梁之外方能吊装，此时可以通过SU三维软件测量臂杆长度，当然，由于各类型起重机车体高度、吊车回转中心至吊臂旋转中心之间的水平距离等都有差别，精确测量起重机臂杆长度必须考虑待选起重机本身的构造情况。
（2）起重机选型：在已知回转半径、臂杆长度、吊装物体重量的情况下可以对起重机型号进行粗选。经对租赁公司提供的起重机性能表进行研究，KATO-1200（120吨汽车吊）和NK-1600（160吨汽车吊）为待选起重机。160吨汽车吊在臂杆L=40.9米，回转半径R=12米时，额定起重量为31吨，完全满足吊装要求，且不需要对待吊设备上的部件进行拆除。120吨汽车吊在臂杆L=38.3米，回转半径R=12米时，额定起重量为16.5吨，与待吊设备重量（部分部件拆除后的重量）较接近，需要进一步模拟分析，才能最终确定。吊车性能图表见下表1： 图3吊装扒杆模拟图
NK-1600起重机性能表 KATO-1200起重机性能表
作业半径（M） 31.8（M） 40.9（M） 50.0（M） 作业半径（M） 29.5（M） 38.3（M） 47.0（M）
9.0 49.0 41.0 9.0 26.0 21.3 12.0
10.0 44.0 37.0 10.0 23.5 19.5 12.0
11.0 40.0 34.0 30.0 11.0 21.4 17.9 12.0
12.0 37.0 31.0 28.0 12.0 19.6 16.5 12.0
表1 起重机性能表
图4 起重机尺寸图
经SU三维软件模拟分析，当考虑KATO-1200起重机车体高度D=3450mm时（见上图图4），不考虑起重机回转中心至吊臂旋转中心之间的水平距离E=600mm时，吊臂与顶部框架梁发生干涉，不满足吊装要求；考虑起重机回转中心至吊臂旋转中心之间的水平距离E=600mm时，吊臂与顶部框架梁不发送干涉，见下图图5。此时KATO-1200起重机臂杆L=38.3米、回转半径R=12米，额定起重量为16.5吨，大于最大吊装重量16.2吨，满足吊装要求。
图5 吊装分析图
3、吊装方案
（1）试钩：起重机站位于设计地点后，并按要求支好支腿，伸出臂杆至38.3米，空负荷扒杆至吊装中心线，再次确认吊装重量是否满足要求；
（2）起吊：起吊前确认支腿是否牢固可靠，完毕后起吊振动筛下部底座装置，离地200mm后停止起吊，同时保持12米回转半径，38.3米臂杆，检查起重机情况，确认无问题后方可继续起吊。起吊应平稳，不得急剧上升或下降，防止起重机机和钢丝绳承受冲击载荷，造成事故。吊装时，设备需绕过顶部最高框架梁，注意起重机臂杆与顶部框架梁的空间距离，并缓慢扒杆至吊装中心线，然后缓慢落钩，直至设备就位。模拟吊装图（下图图6）和实际吊装图（下图图7）如下：
图6模拟吊装情形
图7振动装置实际吊装情形
4、钢丝绳计算
吊装前，钢丝绳的选择是重要的步骤，而钢丝绳的选择与设备的重心有着重要的关系。吊装不均匀设备时，设备的重心难以确定，采用SU软件可以自动分析设备重心（如下图图8中CofG点即为振动筛下部装置重心）。
图8 吊装模拟图
图9 钢丝绳受力简图
根据钢丝绳受力简图图9，列平衡公式：
式1：F1*sin62.4°+F2*sin68.8°=0.5*G 式2： F1*cos62.4°=F2*cos68.8°
G=162KN，求得F1=38.9KN，F2=49.8KN
选用D=26mm钢丝绳（6*37+1，纤维芯钢丝绳，钢丝绳公称抗拉强度1550MPa）
式中 [1] ：[Fg]—钢丝绳的容许拉力（KN）
FG—钢丝绳的最小破断力：FG=αFg（KN）
Fg——钢丝绳的破断力总和（KN），查表得 Fg=388.5KN
α—考虑钢丝绳之间不均匀系数 6×37+1钢丝绳α=0.82
K—钢丝绳的安全系数，取K=6
求得[Fg]=53KN>max[F1、F2]=49.8KN，钢丝绳选取满足要求。
5、成本分析
表2 成本分析表
起重机型号 进出场费用
（单位：元） 台班费用
（单位：元/台班） 台班数量 部件拆除安装费用（单位：元） 费用合计
（单位：元）
NK-1600起重机 15000 20000 1 0 35000
KTO-1200起重机 10000 11000 1 3700 24700
通过对比，使用KTO-1200型起重机更经济。
注：设备部件拆除安装费用由两部分组成，合计3700元。
（1）第一部分部件拆除费用：拆除机械费用8吨汽车吊800元，部件倒运拖车费用500元，人工6人，200元/天，作业时间1天。
（2）第二部分部件安装费用：安装采用筛分室内的10吨单梁吊进行安装，人工6人，200元/天，作业时间1天。
6、结束语
从以上分析可以看出，一个精确的设备吊装方案除了要考虑起重机的吊装性能表，还要考虑自身构造方面的因素，比如起重机的车体高度、回转中心至吊臂旋转中心之间的水平距离。另外，起重机吊臂本身的截面、扰度都对吊装有一定的影响，吊臂截面越大，越容易抗杆，吊臂在使用范围内的扰度越大，对吊装越有利。SU软件作为一款操作简单的3D软件，能迅速、准确的模拟吊装等现场施工情况，从而为现场施工提供指导。随着信息技术的发展，SU作为BIM软件的成熟性将大幅度提升，起重机吊装考虑的信息也会更加全面，包括吊臂应力的变化、扰度变化能通过模拟提前获取，吊装也就更加经济、安全和高效。
参考文献：
[1] 汪正荣，朱国梁. 《简明施工计算手册》第三版[M].北京：中国建筑工业出版社，2005.
作者简介：
熊 畅，男、1980年、工程师、中国一冶集团公司 机电公司、武汉、430081
联系电话： 18627981613