自制钢筋吊笼在民用建筑施工中的应用及分析

自制钢筋吊笼在民用建筑施工中的应用及分析

马明波

中国核工业华兴建设有限公司

摘要：本文主要以某项目所采用的钢筋吊笼使用为研究对象，通过对钢筋吊笼的力学分析，具体构造形式、加工和施工工艺要求，以及采取的相关技术措施，来提高钢筋吊笼使用的安全性及使用便利性。可就此分析及应用推广到其民用建筑施工中。

关键词：民用建筑；钢筋吊笼；分析；应用

引言

目前国内民用建筑施工中会使用到大量的自制吊装用工器具，自制钢筋吊笼普遍应用于钢筋工程施工中，在使用过程中，对钢筋吊笼的力学性能一直缺少深入分析，往往采取经验进行加工制作，限载不规范。或是按照经验加工，实际应用远远小于其最大限载，经济性不高，或是直接采用其它方式进行散钢筋吊运；或是限载过大，实际使用时超过其设计荷载，存在较大的安全隐患。在强调“安全第一、预防为主，综合治理”的指导方针，同时面对建筑市场竞争激烈的背景下，如何使自制钢筋吊笼经济且安全的应用于民用建筑施工中，需对其安全可靠性，实用性，经济性进行分析。使其更具安全性、经济性、使用性，提高公司在民用建筑市场的竞争力。

1.自制钢筋吊笼介绍

自制钢筋吊笼即可以采用吊索具，利用起重设备进行吊装转移，采用钢筋、型钢等焊接或螺栓连接等方法在施工现场自行制作，形成一种可以盛装钢筋料头、箍筋、拉钩等不便吊装的钢筋的容器。

图1自制钢筋吊笼主视图图2自制钢筋吊笼侧视图

图3自制钢筋吊笼俯视图

2.自制钢筋吊笼设计及加工

为方便钢筋能方便装入或取出，考虑人体结构与功能，钢筋吊笼的高度（深度）一般不宜大于1000mm。根据使用功能，一般将长度和宽度均控制在1500mm以内，便于钢筋吊笼存放。

2.1自制钢筋吊笼设计

根据原材及使用特点，某项目采用A20钢筋、C25钢筋、75×50×6角钢、厚度5mm钢板等材料制作。

用75×50×6角钢采用焊接连接的方法形成立方体吊笼骨架，侧面及底部龙骨采用C25钢筋焊接，底部焊接5mm厚钢板承料，A20钢筋作为吊耳，设计限载4t。由于施工现场仅用于吊装箍筋，且箍筋采用绑扎成捆，侧壁不加防掉落防护网。

根据材料准备情况，在加工前绘制设计图纸并进行结构分析计算，使其满足安全使用功能。

2.2自制钢筋吊笼设计图

说明：

1、立柱角钢设置在最外侧，底（顶）部框架角钢焊接在立柱角钢内侧。

2、未注明焊缝长度时均为满焊。

3、未注明的焊脚尺寸均为4mmm。

图4钢筋吊笼俯视图

说明：

1、侧面螺纹钢使用废钢筋料头加工，直径大于16mm即可，螺纹钢焊接在角钢外侧。

2、未注明焊缝长度时均为满焊。

3、未标注的焊脚尺寸为4mm。

4、地面螺纹钢筋与钢板焊接。

图5钢筋吊笼侧视图

图6钢筋吊笼角钢部件图

表1钢筋吊笼材料表

2.3结构受力分析

2.3.1底部结构受力分析

抗弯强度计算，根据《钢结构设计规范》GB50017-2003中第30页公式4.4.1可知杆件受弯应力

式中：、——同一截面处绕x轴与绕y轴的弯矩

、——对x轴和对y轴的净截面模量

、——截面塑性发展系数

f——钢材的抗弯强度设计值

根据《钢结构设计规范》GB50017-2003第25页表3.4.1-1可知钢材厚度的Q235钢材抗弯强度设计值为215N·mm²。

钢筋笼使用时，钢筋笼自重为=339.22kg，限重为4t，故取最大荷载：

其中g=9.8N/kg为重力加速度。

取钢筋笼工作时单根角钢所受重力为F：

即F=G/5*K1*K2=42524/5*1.25*1.1=11694N

其中K1=1.25为动载系数，K2=1.1为稳定系数。

考虑到钢筋笼工作时可能受力不均衡，取其工作时承受集中荷载的情况进行计算，则所受荷载为：

取截面塑性发展系数、，据五金手册可知∠75×50×6对x轴和对y轴的净截面模量分别为，，则抗弯强度为：

钢筋吊笼的受弯应力满足要求。

抗剪强度计算，根据《钢结构设计规范》GB50017-2003第30页公式4.4.2可知杆件受剪应力为

式中V——计算截面沿腹板平面作用的剪力；

S——计算剪应力处以上毛截面对中和轴的面积矩；

I——毛截面惯性矩；

——腹板厚度；

——钢材的抗剪强度设计值。

根据《钢结构设计规范》GB50017-2003第25页表3.4.1-1可知钢材厚度的Q235钢材抗剪强度设计值为125N·mm²。

根据前面的计算可知V=F=11694N；材料厚度=6mm。

S=A*=5.69×10²×1.52×10=8650mm³（根据五金手册可知：其中A=5.69×10²mm²为截面面积，=1.52cm为回转半径）。

另据五金手册可查得毛截面惯性矩

计算得

钢筋吊笼的受剪应力满足要求。

2.3.2底部焊接分析

钢筋笼的底部角钢焊接采用的是双面连续焊，焊缝高度为4mm。根据《钢结构设计规范》GB50017-2003第72页可知在通过焊缝形心受到拉力、压力与剪力作用下：

正面角焊缝的应力为：

侧面角焊缝的应力为：

式中——按焊缝有效截面（）计算，垂直于焊缝长度方向的应力；

——按焊缝有效截面计算，沿焊缝长度方向的剪应力；

——角焊缝的计算厚度，对直角角焊缝等于0.7，为焊脚尺寸；

——角焊缝的计算长度，对每条焊缝取其实际长度减去2；

——角焊缝的强度设计值；

——正面角焊缝的强度设计值增大系数：对承受静力荷载和间接承受动力荷载的结构，=1.22；对直接承受动力荷载的结构，=1.0。

根据钢筋笼的工作情况取=1.22

N——焊缝受力，N=KF=1.4*F，其中F=1.4为可变荷载分项系数；

料斗底部焊缝所受应力为：

根据《钢结构设计规范》GB50017-2003第26页表3.4.1-3可知钢材厚度的Q235通过E50型焊材手工焊接的角焊缝强度设计值为200N/mm²。

钢筋吊笼底部焊缝所受应力满足要求。

2.3.3吊耳强度分析

查《混凝土结构设计规范》GB50010第140页9.7.6规定：构件吊环按2个截面计算的钢筋应力不应大于65Mpa，当一个构件上设有4个吊环时，按3个吊环进行计算。

吊环钢筋为φ20的圆钢，则其拉应力为：

6.21Mpa＜65Mpa，钢筋型号满足要求。

根据《钢结构设计规范》，直角焊缝的强度需满足其强度设计值，平行于受力方向的焊缝：

查上式中自动焊、半自动焊和E50型焊条手工焊的抗剪强度设计值为200Mpa，焊脚尺寸为6mm，则直角角焊缝计算厚度为0.7×6mm，

竖向焊缝验算：

则焊缝实际长度应＞1.16+2×6=13.16mm

取3倍安全系数，则13.16×3=39.48mm＜60mm，焊接焊缝满足要求。

3.自制钢筋吊笼分析结果及规定

该项目通过对自制钢筋吊笼进行结构力学分析，其承载力满足吊装4t的要求，为施工时实际吊装提供了依据。

3.1自制钢筋吊笼加工原材规定

自制钢筋吊笼加工用原材应符合国家规范要求，并经进场验收合格后才可使用。型钢等原材应留存材质证明文件。

钢筋吊笼焊接所使用的焊材必须具备质量证明书原件，且应有焊材生产单位检验章。从非焊接生产单位获得的材质证书，应是证书原件或加盖供材单位检验章和经办人章的有效复印件。

钢筋吊笼使用钢筋焊接吊耳时，必须为圆钢。采用型钢吊耳时，应对吊耳的力学性能进行验算，符合要求时才可使用。

3.2自制钢筋吊笼加工规定

自制钢筋吊笼加工时应使用经过审批同意的加工图，按图纸尺寸进行加工，尺寸误差按照《钢结构工程施工质量验收规范》要求进行控制。焊接时应由专业焊接人员进行焊接，焊接要求除满足加工图纸外，尚应满足焊接相关国家标准和规定。

3.3自制钢筋吊笼验收及荷载试验

钢筋吊笼加工完成后，应由专业质检人员进行验收，验收合格后还需进行荷载试验。荷载试验前应检查操作人员装备是否齐全，是否配套使用防坠器。静力试验荷载为吊笼和其附属装置、额定吊装荷载总质量之和的125%。动力试验荷载为吊笼和其附属装置、额定吊装荷载总质量之和的110%。

动力荷载：吊笼内均匀放置额定荷载的125%，吊笼在3~5m的运程中升降至少三次，各焊点无裂纹、无变形符合相关技术质量要求。

静力荷载：将吊笼均布额定载重的1.1倍，升至离地面10cm，静止30min，各焊点无裂纹、无变形符合相关技术质量要求。

荷载试验合格后，涂刷防锈漆，并在吊笼上粘贴验收合格标志，限载标志才可投入施工现场使用。

3.4自制钢筋吊笼的使用及注意事项

钢筋吊笼使用时，应将底座平放在地面上，将需要调运的钢筋成捆放入吊笼内，如需吊运料头等钢筋时，应在吊笼四周焊接钢板或钢板网，以免料头掉落。

钢筋吊笼盛放钢筋应不超过额定荷载，且不应高出吊笼高度。

每次吊装前应对吊耳，焊接点进行检查。

在风力5级以上（含5级）时应停止吊装作业，以免钢筋吊笼过于摆动造成危险。

钢筋吊笼在使用过程中应及时疏散周围人员，不得在钢筋吊笼底部进行作业，以免发生危险。

钢筋吊笼应定期安排检查，主要针对焊接部位及吊耳部位进行检查，对焊接部位发生松动或生锈的部位及时进行处理。

4.效益分析

在以往施工过程中，对箍筋吊装一般采用捆扎后直接吊装，浪费劳动力且一次性吊装量小，占用塔吊等起重设备的工作时间，施工现场其它吊装作业受限，无法正常进行施工。

自制钢筋吊笼采用焊接工艺一次性制作完成，形成整体构件，可以进行批量制作，制作简单，操作方便，大大的加快了施工现场材料的运输、转运，在一定程度上缩短了工期。

本论文对自制钢筋吊笼的设计、制作、使用进行了规定，并对其结构进行了分析，使其能够安全可靠的应用于使用现场。

5.结论

本文通过对自制钢筋吊笼的设计、制作、使用及结构分析等进行了简介，对现场钢筋吊笼使用给予了规范性的指导意见，极大限度的加快了施工现场的材料运输、转运。节省了大量人力和物力的支出，使钢筋吊笼安全管理更规范。为公司在其它项目借鉴起到良好的示范效用。本文仅对自制钢筋吊笼进行的应用进行分析，公司《施工现场安全标准化图册》中所涉及的吊装用具，也可继续优化升版，如限制尺寸规格，标明额定荷载及使用注意事项等，更好的指导现场施工，进一步提高公司的综合实力。

参考文献：

[1]建筑施工手册第五版编写组，建筑施工手册第五版，北京：中国建筑工业出版社，2011。

[2]建筑结构设计综合手册编制委员会，建筑结构设计综合手册，河南：河南科学技术出版社，，1990。

[3]中国核工业华兴建设有限公司《施工现场安全标准化图册》2018版。