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技師報於85年11月18日土木日創刊
新聞局出版事業登記證局版省報字第48號


中華民國一○五年十月二十二日

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本期主筆:周子劍
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文字記者:許素梅

鋼柱無鋼索吊裝工法簡介

陳正平   技師

一、前言

  鋼結構具有高強度、高韌性、耐震性佳、環境污染少,及施工速度快等優良特性,近百年來發展非常迅速,加上近年來鋼鐵技術的不斷研發進步,以及耐震設計理念的更新,使得鋼結構建築物的安全性不斷提昇,因此使用鋼結構作為房屋建築結構材料的建築物越來越為普遍,鋼結構之吊裝技術也跟著越來越進步,儼然已成為現代房屋建築的主流。鋼結構工程作業場所大部分屬於高空作業,墜落危險性高,易發生傾倒破壞的工安事故(見圖1及2)。且鋼柱安裝之垂直精度,影響後續界面之作業,例如:梁構材的吊裝、外牆帷幕安裝,及電梯工程之運轉精度需求等,對整體建築物之美觀及使用性,均有相當大之關聯性。無鋼索吊裝工法與傳統吊裝工法比較,可達到品質提昇、成本降低、工期縮短、安全提昇之目標。

  臺灣省土木技師公會,曾經辦理「新技術暨新規範」研討會,邀請日商特科能(股)台灣分公司的田中祥榮總經理前來公會演講,介紹“ACEUP無鋼拉索吊裝工法”,內容包含「吊裝ACEUP鋼柱無鋼索吊裝工法夾具」、「吊裝BASE柱底板調整精度用」、「吊裝HELP柱位偏差修正用」、「吊裝PIECE專用吊裝耳板」、「鋼柱吊裝銲接工作平台」等。本文僅就「鋼柱無鋼索吊裝工法」簡介,將此吊裝技術新工法介紹給未參與研討會的技師同仁,使技師同仁了解工程新知,不當之處尚請不吝指正。

圖1  鋼柱吊裝時未妥善固定而倒塌

圖2  吊裝時未以鋼索固定而倒塌

二、傳統吊裝工法施工順序

1.配置防止鋼柱傾倒及調整垂直度用之鋼索

  傳統吊裝工法首先在鋼柱吊裝就定位後,立即配置防止鋼柱傾倒及調整垂直度用之鋼索。配置鋼索須於高空作業,因此易有人員或材料發生墜落之工安事件。而為防止鋼柱傾倒,及調整垂直度所使用之鋼索,也會影響人員工作阻礙地面作業車輛之出入動線。

2.鋼柱吊裝後調整校正

  鋼柱及梁吊裝後之水平、垂直調整校正,常會使用三角楔子,穿入柱之對接接合處間隙,再以鐵鎚依柱垂直度偏斜情況,一邊觀測一邊敲擊,直到垂直度數值符合施工規範要求為止。楔型鐵插入柱之對接接頭間隙,會影響銲接作業及銲道品質。柱之對接段差所使用之千斤頂調整用擋板,於拆除時可能會造成火焰切割過深之凹痕或刻蝕,影響鋼柱柱板之抗疲勞性。

3.整個工區鋼柱及鋼梁吊裝完成後再進行測量校正

  所需時間較長,且垂直度校正精度無法提高。若鋼柱對接部位產生錯位及扭曲現象,則無法改正,會影響結構安全及施工品質。

4.高強度螺栓鎖固作業

常有使用高強度螺栓直接替代臨時鎖固螺栓,作為永久接合螺栓不予更換的情況。高強度螺栓穿入螺栓孔,或梁、柱構材水平、垂直調整校正時,可能會損壞螺牙,影響高強度螺栓鎖緊之預張力施工品質及結構安全性。鋼梁吊裝時亦常會發生梁柱接頭之螺栓孔位不合,動火擴大螺栓孔的現象,而影響結構安全性。

5.鋼柱安裝接合板切除

  柱接頭螺栓鎖緊後,X-Y方向分別架設經緯儀觀看下節柱頭中心,調整上節柱頭之柱垂度(柱起吊前先在柱頭劃柱中心線,製作時有作中心點記號)。調整方式以三角楔子穿入柱接頭處間隙,再以鐵鎚依偏斜情況,一邊觀測一邊敲擊。直到垂直度數值符合施工規範規定為止。全部柱子吊裝完成後,再由業主及監造單位會同檢測。鋼柱對接用之臨時接合板,切除後無法再重複使用,造成資源浪費。安裝用之臨時接合板切除時,可能會造成切割過深之凹痕或刻蝕,影響鋼柱柱板之抗疲勞性。

圖3  傳統吊裝會影響車輛動線

三、無鋼索吊裝工法

  鋼柱無鋼索吊裝工法,與傳統吊裝工法最大之不同處,為鋼柱對接處使用特殊之夾具。柱位吊裝偏差調整定位後,藉由鎖緊傾倒防止螺栓,將上下鋼柱對接處之耳板,頂擠夾緊,可防止鋼柱倒塌。

  而當鋼柱對接位置下方受限時,吊裝夾具無法安裝入耳板,可將吊裝夾具上下顛倒方向裝入耳板,其水平及垂直度調整原理與正向安裝時相同。以下就基本配備及使用原理作簡單介紹:

1.吊裝耳板

  鋼柱對接處之吊裝夾具可懸掛於耳板上,在柱周邊呈“八”形狀(見圖5及6),利用鋼柱自重可向下導滑進入吊裝耳板。吊裝夾具之柱位偏差及垂直度修正螺栓,經由吊裝耳板傳遞接合部水平及垂直力。吊裝耳板裝置有防止脫落功能,既可防止吊裝夾具脫落,又可吊掛手工具,防止掉落意外發生。

2.夾具

  無鋼索吊裝工法所使用之特殊夾具(見圖4所示),每組重量約15kg。六角凹槽端為使用於夾具固定及安裝水平調整用之六角螺栓。六角凸出端為使用於防傾倒螺栓及垂直度調整螺栓。另有附設掛勾可吊掛於吊裝耳板上,避免於使用操作中掉落(見圖5及6)。鋼柱起吊至離地面呈直立時,將吊裝夾具安裝於鋼柱底端之上方耳板上,鋼柱四周夾具呈“八”狀,詳圖6所示。當鋼柱吊裝至對接位置後,將吊裝夾具固定螺栓鬆開,吊裝夾具將鋼柱吊至接近下柱時,靠鋼柱自重導滑套入下方耳板,詳圖7至 9。

圖4  吊裝夾具

圖5  吊裝夾具及耳板配置示意圖

圖6  吊裝夾具及耳板配置 

3.調整工具

  當鋼柱安裝後發生的柱位偏差,可利用調整用裝置來校正:

(1)鋼柱垂直度調整功能:藉由調整螺栓旋轉擠壓凸輪臂使上方耳板,上移推動鋼柱偏斜,達到鋼柱垂直度定位目的,詳圖5所示。

(2)水準高程調整功能:將矢板插入凸輪臂下方,使柱對接處之間隙增大,再將一邊鬆開傾倒防止螺栓,另一邊鎖緊傾倒防止螺栓,可使上節柱上升。同理將矢板從凸輪臂下方移除,使柱對接處之間隙變小,再將一邊鬆開傾倒防止螺栓,另一邊鎖緊傾倒防止螺栓,可使上節柱下降,達到調整水準高程的目的,詳圖5所示。

(3)柱位偏差調整功能:吊裝夾具上方兩顆固定螺栓鎖緊後,以角尺進行上下鋼柱對接斷差量測,再以手工具旋轉柱位偏差調整螺栓,藉由螺栓推擠下節柱耳板進行柱位水平偏差較正,當柱位偏差螺栓鎖進時,上節柱會向與調整螺栓旋轉方向之相反方向移動,以達到鋼柱水平定位目的,見圖5所示。

4.吊裝微調校正工具

  吊裝微調校正工具(吊裝HELP) 每組重量約10kg。當鋼柱安裝微調完成後,在進行鋼梁安裝時若有螺栓孔位不合時,可利用吊裝微調工作柱位修正(見圖10),調整使鋼梁順利安裝,與吊裝夾具相較,可以用更大力量矯正柱位偏差。對15噸以上之鋼柱,在塔吊自動脫鉤器鬆開後,仍可使用它調整柱位偏差,其可單獨使用亦可在吊裝夾具使用狀態下搭配使用。

5.無鋼索吊裝工法吊裝順序

(1)鋼柱由地面起吊直立後,將吊裝夾具安裝於該節鋼柱底端之吊裝耳板上,柱之周邊夾具呈“八”字形配置。

(2)鋼柱起吊安放至上節鋼柱頂端,將吊裝夾具固定於上下兩片吊裝耳板上。

(3)經由柱位偏差調整螺栓,調整鋼柱對接處水平定位。

(4)鎖緊傾倒防止螺栓並鬆解鋼柱頂端半自動脫鉤器,使鋼柱自立。

(5)經由經緯儀XYZ三方向測量,調整凸輪臂使獨立柱垂直度達到規範之規定。

(6)進行大梁吊裝作業。

(7)進行全區域測量校正後鎖固高張力螺栓。

6.吊裝耳板強度計算

  吊裝夾具之固定耳板,須事先計算所需承受之垂直載重,及可能發生之風力與地震力。前置作業須自鋼構廠繪製製造圖之前開始,由吊裝夾具產品供應商,依據結構圖之鋼柱分節長度、尺寸與重量,作吊裝耳板之強度計算,以決定其配置位置、數量及型式。並將吊裝耳板強度計算結果製成施工圖,提供資料給鋼構廠繪製製造圖,以便工廠鋼柱製造時,將吊裝耳板銲於鋼柱上。

  較低樓層之吊裝耳板,需承受上方較大之結構體重量,因此低樓層之鋼柱之耳板尺寸會較高樓層鋼柱之耳板尺寸為重,吊裝耳板需為特殊強力型。

  逆打鋼柱係於施作基樁或壁樁時預埋於樁體內,因定位不易,常會造成逆打鋼柱偏位,因此逆打鋼柱之柱頭吊裝耳板,須依工地實際測量之鋼柱偏位尺寸,進行製作安裝及電銲。

圖7  吊裝夾具導滑套入下耳板

圖8  吊裝夾具導滑套入下耳板

 

圖9  吊裝夾具導滑套入下耳板

圖10  吊裝水平調整工具

四、結語

  無鋼索吊裝工法與傳統吊裝工法比較,可達到品質提昇、成本降低、工期縮短、安全提昇之目標:

(1) 提升品質

  利用吊裝夾具之柱位偏差調整螺栓及垂直度調整螺栓,對鋼柱進行柱位偏差調整、垂直度調整及高程調整,可降低發生柱對接錯位或扭曲的可能性,提升施工品質及結構安全性。鋼柱位置及垂直度正確,後續大梁將會順利安裝,可避免當鋼柱連接板與大梁腹板孔位不合時,動火擴大螺栓孔,影響梁、柱接頭之螺栓接合強度。在每支鋼柱頂端中心線貼錂鏡貼紙,使用經緯儀進行XYZ三向鋼柱垂直度測量,可提升整體結構物之安裝精度。

(2) 降低成本

  傳統鋼柱之對接連接板及螺栓,電銲後須切除,切除後不可再使用,屬資源之浪費。而替代之吊裝耳板,不需高張力螺栓且耳板鋼板之尺寸變小、重量較輕,可降低成本。另,吊裝夾具亦可於後續鋼柱節次重複使用,亦不需使用防止傾倒及調整垂直度用之鋼索配件,節省安裝及拆除鋼索配件之人工費用。

(3)縮短工期

  因可不需使用防止傾倒及調整垂直度用之鋼索,故可節省安裝及拆除鋼索及配件之時間,且可節省校正垂直度時間費時。鋼柱於傾倒防止螺栓鎖緊後即可自立,此時即可鬆解柱頂半自動脫鉤器,進行下一支鋼柱吊裝。吊裝完成後,調整鋼柱垂直度之測量工作可重疊施工。鋼柱吊裝後即刻調整水平定位及垂直度,可使鋼梁之安裝更快速順利,增加鋼梁構件吊裝數量,因此可大幅縮短吊裝時間

(4) 提升施工安全性

  減少高空危險作業,例如,安裝拆除鋼索及配件。人員於鋼梁上作業走動,或高空施工材料物品吊運時,不會有被鋼索絆倒,致高空墜落之意外發生。鋼梁吊裝時,不會有碰觸鋼索,致鋼柱倒塌之危險發生。

【參考資料】

[1] 日商特科能股份有限公司台灣分公司,“吊裝ACEUP”型錄。

 

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