鋼柱無鋼索吊裝工法簡介

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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