1、引 言
装配式混凝土结构指由预制混凝土构件或部件装配、连接而成的混凝土结构，其施工过程主要包括预制构件制作、预制构件运输与堆放、预制构件的安装与连接三个阶段。构件吊装是指将构件吊起并放置到指定场地的动作，吊装有时也称为吊运。在装配式结构的施工过程中，吊装贯穿了其各个施工环节，包括脱模起吊、翻转、运输起吊及现场吊装等。 对于水平预制构件，大多采用平躺方式制作，其最不利的荷载工况可能是脱模起吊阶段。对于竖向预制构件，有些也是采用平躺方式制作，如预制桩、预制框架柱等，而且也是采用水平吊装和运输的，因此施工阶段的受力与其最终受力状态完全不同，有可能构件的纵向钢筋是由施工阶段控制的，特别是类似预制桩那样的细长构件。当然，施工
中可通过调整吊点的位置、数量以及吊装形式调整构件的受力，避免因施工因素增加过多钢筋。本文在我国现行国家标准《混凝土结构工程施工规范》GB 50666[1]（以下简称施工规范）的基础上，主要讨论预制构件的吊装施工验算的相关问题。
2、构件的吊装方式
预制构件的吊装施工方案应结合设计要求，考虑构件的类型、构件的应力控制水平、机械设备的起吊
能力、构件的安放位置等因素，具体确定吊点位置、吊具设计、吊装方法及顺序、临时支架方法，并进行验算。根据施工规范，为保证预制构件吊装过程的安全，应根据预制构件形状、尺寸、重量和作业半径等要求选择吊具和起重设备，所采用的吊具和起重设备及其施工操作，应符合国家现行有关标准及产品应用技术手册的有关规定；应采取措施保证起重设备的主钩位置、吊具及构件重心在竖直方向上重合；吊索与构件水平夹角不宜小于60°，不应小于45°；吊装过程应平稳，不应有大幅度摆动，且不应长时间悬停；应设专人指挥，操作人员应位于安全位置。
从构件在空中的位置，可把吊装分为平吊、直吊和翻转等。
1．平吊
预制混凝土构件吊装方式与施工验算
赵 勇 王晓锋
摘 要 预制构件的吊装贯穿了装配式结构的整个施工过程。分析了预制混凝土构件的吊装方式及其适用范围。在国家标准《混凝土结构工程施工规范》GB 50666-2011相关规定的基础上，讨论了预制构件吊装施工验算的控制标准、荷载取值、计算模型等问题，并通过算例加以说明。最后，提出了吊装施工验算中值得进一步研究的问题。
关键词 装配式混凝土结构；预制混凝土构件；吊装；施工验算
作者：同济大学 中国建筑科学研究院
构件平吊指构件的轴线或中面在吊装过程中保持水平状态。结构中水平构件大多采用平吊方式吊装，如叠合板、预制梁等，而预制墙板、预制柱、预制桩等竖向构件在脱模起吊或运输装卸时也会采用平吊方式。
构件平吊的关键是确定吊点位置，应考虑吊点位置能保证构件混凝土应力或钢筋应力在限制范围之内。对于叠合梁和叠合板的预制部分，往往只在梁底和板底配置有纵向钢筋，因此应严格控制吊装时负弯矩的大小，使构件上表面不得开裂。对于预制柱、预制桩，大多是对称配筋，且水平吊装时的受力与构件最终受力状态有很大区别，因此一般根据正、负弯矩相等的原则确定吊点位置。
对于几何非对称或有凸出截面的构件，往往需要增加附加吊点或辅助吊线，以使吊装阶段可获得均匀的支点力。可采用“紧线器”作为辅助吊线（图1（a））；如果构件中有小的横截面或大的悬臂端，需要设置钢结构“吊装靠梁”以提高这些区域的强度（图1（b））。
2．构件翻转吊和直吊
平躺制作、运输、堆放的竖向构件，如墙板、柱、剪力墙、桩等，在施工现场需要将其翻转、扶正并进行垂直吊装、就位。根据构件的尺寸、形状以及吊装设备的能力等确定翻转起吊方式。对于墙板，常用的翻转起
新菠萝灰粉蚧吊的方式如图2所示。翻转起吊时，支点端可以设置砂垫以对构件加以保护。构件的翻转扶直是一个复杂的施工作业，在国外，对于大型预制构件，如多层预制外墙板等，翻转扶直往往由专业公司来完成（图3）。
3、预制构件吊装施工验算控制标准
金属化薄膜电容器结合国内外的规范要求，并考虑国内工程实践经验，施工规范的规定如下：
（1）构件正截面边缘的混凝土法向压应力和拉应力，应满足下式的要求：
σcc ≤0.8f`ck——（1）
式中：σc c 为各施工环节在荷载
标准组合作用下产生的构件正截面边缘混凝土法向压应力，可按毛截面计算；f`ck 为与各施工环节的混凝土立方体抗压强度相应的抗压强度标准值。
（2）钢筋混凝土和预应力混凝土构件正截面边缘的混凝土法向拉应力，宜满足下式的要求：
σcc ≤1.0f`tk——（2）
式中：σc t 为各施工环节在荷载标准组合作用下产生的构件正截面边缘混凝土法向拉应力，可按毛截面计算；f`tk为与各施工环节的混凝土立方体抗压强度相应的抗拉强度标准值。
（3）对施工过程中允许出现裂缝的钢筋混凝土构件，其正截面边缘混凝土法向拉应力限值可适当放
松，但开裂截面处受拉钢筋的应力应满足下式的要求：
σc ≤0.7f`yk （3）
式中：σs 为各施工环节在荷载标准组合作用下产生的构件受拉钢筋应力，应按开裂截面计算；为受拉钢筋强度标准值。
施工规范采用应力控制法进行预制构件施工验算，一方面，可以回避自重荷载分项系数取值问题；另一方
面，控制混凝土应力或钢筋应力，既
图1 构件吊装加强措施
图3 大型外墙板的翻转扶直
图2 预制墙板的吊装示意
起到裂缝控制的作用，又可起到控制承载力的作用。对于预应力混凝土构件，大多数规范是不允许其
开裂的，其对预应力施加时的要求和其他工况有所区别；对于普通钢筋混凝土构件，除一些特殊情况外，如脱模起吊时或建筑要求较高的外墙挂板等，则大多是可以开裂的。对大型薄板类预制构件，可对构件施加预应力，以避免其在吊装阶段开裂。
对不允许开裂的情况，施工规范的上述规定与设计规范GB 50010有一定的区别。在设计规范GB50010中，控制的是预拉区和预压区的应力，其目的在于控制预加应力不过大，且设计规范G B 50010还要求在允许出现拉应力的预拉区配置配筋率不少于0.15%的受拉钢筋。施工规范是对整个施工过程的控制要求，控制的是各施工环节截面的最大压应力和最大拉应力。对于钢筋混凝土构件，研究成
果表明，对于配置500MPa及以下级别钢筋，当σc ≤0.7f`yk时，裂缝宽度宽度不会过宽，承载力具有一定的安全度。值得注意的是，设计规范和施工规范控制的主要是构件的受弯性能，相应的受拉钢筋应力按开裂截面计算，可按设计规范GB 50010第7.1.3条规定的正常使用极限状态验算平截面基本假定进行，即：（1）截面应变保持平面；（2）受压区混凝土的法向应力图取为三角形；（3）不考虑受拉区混凝土的抗拉强度。
4、预制构件吊装施工验算荷载取值
1．构件脱模起吊
预制构件脱模起吊时，构件和模板间会产生吸附力，施工规范可通过引入脱模吸附系数来考虑吸附力，即将构件自重标准值乘以脱模吸附系数
作为等效荷载标准值。脱模吸附系数与构件和模具表面状况有很大关系，但为简化和统一，基于国内工程实践经验，施工规范规定脱模吸附系数取1.5，同时规定可根据构件和模具表面状况适当增减。复杂情况的脱模吸附系数可通过试验来确定。施工规范采用脱模吸附系数来考虑脱模吸附力的方法源自美国P C I设计手册和我国香港的《预制结构施工规范》。但也有观点认为，脱模吸附力与构件和模板的接触面积有关，而与其自重无关，特别是对于水平制作的薄形预制墙板构件或叠合板预制部分，采用脱模吸
附力系数法计算得到的脱模吸附力偏小。上海市地方标准DBJ/CT 082-2010参考了日本和我国台湾的相关标准，要求脱模荷载除构件自重外，应考虑构件脱模时模具的吸附力，且附加吸附力应按1.5kN/m 2计算。然而，对于预制预应力双T板等大型构件，如按模板与构件接触面积确定脱模吸附力可能又是偏于不安全的。目前，我国国内缺少预制构件脱模吸附力的实测数据，对脱模吸附力的计算方法值得进一步研究。
2．其他吊装验算
施工验算时，应考虑吊装程中产生的动荷载和冲击力，可通过引入动力系数来考虑该动荷载，即将构件自重标准值乘以动力系数作为等效荷载标准值。对于吊装过程的动力系数，国内外现行相关标准的取值并不统一，其中《混凝土结构设计规范》GB50010-2010、《装配大板居住建筑设计和施工规程》
JGJ 1-91的动力系数取为1.5，而《钢筋混凝土升板结构技术规范》GBJ130-90、《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》TB10002.3-2005以及美国PCI 设计手册、香港《预制混凝土施工规范》的动力系数则取1.2。考虑到吊装过程的复杂性与重要性，并与设计规范GB50010统一，施工规范对吊装阶段的动力系数取1.5；当有可靠经验时，动力系数可根据实际受力情况适当增减。值得注意的是，脱模吸附系数和动力系数不需连乘，当脱模吸附系数和动力系数取值一致，且脱模起吊的吊点和后期其他施工环节吊装的吊点相同时，考虑到混凝土强度随时间增长，显然脱模起吊是最不利的施工环节，对此，不需要再进行后期的吊装验算。
5、预制构件吊装验算的计算模型与算例
预制构架吊装会根据构件的形状、重量以及现场的机械设备、吊装
条件来确定吊装方案。可以采用多线吊装、多台吊车、多个滚动装置、多个分配梁来完成吊装。由于吊装装置会对预制构件吊装的受力有很大的影响，吊装验算的计算模型必须与吊装方案保持一致。预制构件在吊装阶段的受力大多可采用“点支承”的模型计算，对于梁、柱、桩等构件，可以采用简支梁或连续梁模型，而对楼板或墙板则可采用等代梁模型。采用等代梁计算楼板或墙板时，应按纵横两个方向分别计算，且均应考虑全部荷载的作用；等代梁的宽度可取计算方向上支点两侧支点中心间距的
1/2或支点到板边缘的距离，且不宜大于板厚的15倍。
【算例1】某实心钢筋混凝土平板长b=4800m m，宽a=2500m m，厚t=200mm，采用四点水平起吊，吊点位置如图1所示。脱模时，严格要求该平板不得开裂。脱模前，经测试知道同条件养护的混凝土立方体试块抗压强度为18.5MPa。验算是否可以脱模起吊。（见图4）
【解】钢筋混凝土容重取25×10-6
N/mm 3
，脱模吸附系数取1.5，则等效均布荷载q e 为
q e =200×25×10-6
×1.5=7.5×10-3N/mm 2
由于15t=15×200=3000m m＞0.5b=0.5×4800=2400mm，则有
金钢绳
σt y =0.1284q e (b /t )2=0.1284×7.5×10-3
×(4800/200)2=0.555MPa
火筒式加热炉
对于f `c u =18.5M P a ，按规范GB50010-2010的表4.1.3-2插值可得相
应的f`tk =1.46MPa，则有σty ＜f`cu ，满足施工规范的要求，可以脱模起吊。【算例2】某方形钢筋混凝土预制桩总长为20.65m ，截面为400mm×400mm。混凝土强度等级为C30。试确定该预制桩的运输及吊立方案，并确定相应的配筋量。
【解】桩在运输过程中的受力状态与梁相同，一般设置2个支点，而在打桩架下竖起时，则按一点吊立。支点的设置应使桩身在自重下产生的正、负弯矩相等，其中两个支点的最大弯矩为M k =0.0214ql 2，一个支点的最大弯矩为Mk=0.0429ql 2。显然，一个支点的弯矩比两个支点的要大，因此，只需进行桩的翻转吊立验算，并取相应的动力系数为1.5。
h 0=400-35=365mm
M k =0.0429×0.4×0.4×25×20.652
=73.17kN・m
σs,lim =0.7fyk=280MPa
=1234mm 2
因此，预制桩内每侧配置222+125（A s =1251mm 2）。
而如果按照受弯承载力要求，并取重力荷载分项系数为1.2，则
=1113mm 2
比按施工规范的配筋要求少约10%。
6、结束语
施工验算是装配式结构设计的一项重要内容，是确定施工方案的重要依据。施工规范从验算工况、施工荷载、验算方法、验算要求等方面对装配式结构的施工验算给出了较为完整的规定。但针对预制构
件吊装工况的施工验算，仍有一些问题值得进一步研究问题，例如脱模吸附力的计算方法、复杂预制构件的吊装施工验算、大型墙板构件翻转施工全过程分析等。
图4 四点水平起吊的外墙板
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激光器芯片
TB10002.3-2005铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范[S]．北京：中国铁道出版社，2005
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