时间:2023-03-14 14:50:27
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中图分类号:TU74文献标识码:A 文章编号:
随着经济的发展和人们生活水平的不断提高,建筑行业也得到了快速发展。在施工过程中,施工工作者合理安排施工工序、施工过程中严格控制施工质量,是钢结构施工的关键环节,而在对吊装的施工中不但要关心吊装的质量问题,更要注重吊装的安全性。
一、工程结构概述
霍元甲武术馆钢结构网架为八坡双层折板型网架结构,平面投影为四轴对称图形,尺寸为116.4m×116.4m,大坡起坡18度,小坡起坡15度,矢高14.8m,网架厚度3m。网架支撑在60根混凝土柱子上,南北方向为单排支座,东西方向为双排支座,支座为橡胶支座,长跨92.4m,短跨75.6m,悬挑10m,建筑物标高39.75m。
网架杆件采用φ76×3.5、φ89×4、φ102×4.5、φ140×5、φ168×6、φ180×8、φ219×10、φ245×12、φ273×12、φ325×12、φ351×12、φ377×16、φ426×20;球结点采用WS200×8、WS250×10、WS300×12、WS350×14、WS400×16、WS450×18、WSR550×22、WSR650×25、WSR750×35。
二、方案形成说明
霍元甲武术馆屋面网架吊装方案在总施工方案及第二版图纸杆件调整的基础上结合专家意见进行调整。为达到网架在吊装、就位、逐渐连接成整体过程中杆件应力比不大于0.75消除吊装过程钩头水平力对吊车的不利影响吊车行走负荷需要小于最大起重量70%的要求。
我们进行了近20次的模拟试算,详尽的模拟各种施工工况,最终制定了较为合理的网架吊装工况,为满足此工况需采用两台1000吨履带吊进行安装。
如下图小半径低吨位吊车工况条件下,应力比大量超1.0(红色区域)对结构造成严重破坏。
如下图1000吨履带吊工况条件下,应力比无超1.0情况对结构吊装最有利。
本方案基本解决了模型吊装过程中出现网架杆件应力比过大,双机抬吊中出现的夺杆现象和吊具长短的误差对吊装的影响,可以实现网架分区吊装的方案设想。
三、吊装分区、吊装顺序
本方案在原方案的基础上考虑到拼装的安全和稳定将原北区的3个吊装分区,分为5个吊装分区然后将倾斜的屋架放平拼装。解决了拼装过程中架体失稳的问题。调整后的分区和吊装顺序如下图所示。
网架拼装分为10区,编号(安装顺序)如下图如下图所示
四、钢结构的吊装施工工艺
1、钢柱的吊装
(1)吊装钢柱,由于本工程钢柱较重,采用130t履带吊进行吊装。钢柱用绑带绑牢固,应用履带吊牵引柱体上部(主体上部由钢梁两端牛腿)。将钢柱吊过框柱预留钢筋,吊成旋转至框柱上空,缓缓降落至柱中预留钢板位置,采用高强螺栓连接。
(2)钢柱的固定与校正。对钢柱的校正主要分为垂直度、标高和平面位置的校正。通常利用经纬仪对垂直度进行校正,对于超过规定偏差的位置,采用千斤顶校正。对于平面位置的的固定,通常采用经纬仪在两个不同的方向检测钢柱的安装准线,为了确保钢柱底部标高的准确性,应安装标装控制块在吊升施工之前。在所有校正操作过程中,工作人员应该随时观看标高控制块和柱底部之间是否落空,防止因校正过程的失误导致水平标高出现误差。
2、 钢吊装施工工艺
(1)钢梁吊升施工。一般采用自行式起重机对钢梁进行吊装,也有采用桅杆式起重机、塔式起重机等进行吊装,对于较重的钢梁,采用双机抬吊。在钢梁吊装过程中,工人应该注重吊装后的垂直度和位移的偏差,仔细做好标高垫块的操作,确定好定位轴线,准确测量钢吊车辆安装位置的偏差。钢梁一般为简支梁,两个梁端之间留出10mm的间隙,并在此处铺设垫板,牛腿和梁之间应该采用螺栓连接,采用高强螺栓将制动架与梁进行连接。
(2)钢吊车梁的固定与校正。钢吊车梁的校正工作主要有跨距、轴线、垂直度和标高。在屋顶吊装前进行标高校正,其他的安装项目一般在屋顶安装之后进行,用起重机或千斤顶对梁进行竖直移动,并且铺设钢板,使其误差在规定范围内。通常采用平移轴线法和通线法对钢吊车梁轴线进行校正,用钢尺测量跨距,用弹簧秤对跨距大的车间进行测量,弹簧的拉力一般在100~200N,如果超出允许误差,通常采用千斤顶、花蓝螺栓、钢楔、撬棍等纠正。
3、 钢屋架的吊装施工及其校正工作
依据钢屋架的安装高度、质量和跨度的不同,选择1000t履带吊进行起吊。由于钢材料的倾斜方向稳定性较差,在起重机的起重臂和起重量的长度允许范围内,应先组装屋架及其上部的支撑、檩条等成为一体,之后再次进行吊装。这样既提高了吊装的效率,又保证了吊装的稳定性。 矫正工作在吊装时用特定的锁具及钢丝绳吊装,且在吊装过程中增加一台倒链,应用倒链将整个单榀屋架进行调整,单榀屋架整体平移吊升至支座上空。对准相应的支座降落至橡胶支座上的莲花瓣内。
4、钢屋架的高强螺栓施工技术
对于采用螺栓连接的钢屋架结构,施工时首先工作人员应该将注重高强螺栓的安装保护和摩擦面的加工质量,并依据国家标准要求对高强螺栓的摩擦面进行抗滑移系数进行检测。高强螺栓的穿孔率直接受到钢构件角度误差的影响。在钢构施工时,连接面的间隙直接受到构件的扭曲影响。一定的胎架模具以控制其变形,并在构件运输时采取切实可行的固定措施以保证其尺寸稳定性。
五、安全管理措施
(1)项目部组成由项目经理为组长,安全副经理为副组长的项目部安全领导小组,全面负责项目部施工安全管理工作。
(2)项目部设4大班组:钢结构起重安装组、钢珠钢梁连接组、屋架吊装组、屋架连接组、班组每周进行一次安全学习,进行施工前安全交底并要求有书面记录。
(3)在布置生产任务的同时,布置安全要求,落实安全技术措施,确保安全,方能进行施工操作。
(4)专职安全员、义务安全监督岗,每天对施工现场和生活区场院进行安全检查,发现隐患及时指出,落实整改,整改人要到位,对违章人员进行严肃教育,并按规定进行处罚。
(5)专职安全员每天督促有关施工管理人员、保养电工等对施工现场、危险品库、电气设备等进行检查,要求氧气瓶、乙炔瓶按规定堆放,使用时保证安全距离。电箱插头、插座、漏电保护器完好无损。
(6)项目部成立防火管理小组,每月进行一次防火知识学习,防火小组定期进行消防器材检查,并作好检查记录。
(7)每月由项目部安全领导小组组织2次以上施工现场安全检查,对检查出的安全隐患及时开出整改单,落实有关人员进行整改,整改率要求达到100%。
(8)参加安装工程施工的项目部职工必须经过三级安全教育,经安全考试合格后方能上岗操作。
(9)材料员、料工对料库的劳防用品必须严格检查,产品要有质保书,对已使用过的劳防用品,凡已损坏或不合格的及时报损处理。
结束语
以上是本人在施工过程中总结的经验和技术,但在现实施工过程中还会遇到很多问题,主要是影响工程质量因素的问题较多,导致质量问题产生的原因也错综复杂,即使是相同的质量问题,发生的原因也不完全一样。所以,在建筑钢结构吊装施工过程中施工人员要严格施工规则和施工工序进行,更不能随意修改图纸和无图情况下施工。
参考文献:
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轻钢结构工程由于具有跨度大、施工速度快、造价低等特点,目前在很多工程的主体结构中被采用。但轻钢结构楼面不论是整体面层还是块料面层,施工一段时间后都会陆续出现裂纹、空鼓现象,使楼面工程的使用功能及外观均受到不同程度的影响。在高层钢结构工程的施工过程中,一般需要经历构件制造、构件验收、吊装、测量校正、结构焊接、压型钢板铺设、栓钉熔焊、楼板混凝土浇筑等程序,在这一系列过程中存在着各种各样的矛盾,施工的过程就是一个不断解决矛盾的过程。钢结构的特点:
钢结构的优点:
材料的强度高、塑性和韧性好。钢材与其他建筑材料砼、砖石及木材相比强度要高得多。钢材材质均匀和力学计算的假定比较符合且在冶炼和压制过程中质量可以严格控制、材质波动范围小。钢结构制造简便、施工周期短,大量的钢结构一般在专业的金属构件厂生产,精确度高,在工地拼装,可采用普通或高强度螺栓,有时还可以在地面拼装和焊接成大的单元体再行吊装、缩短施工周期,钢结构质量轻,钢材的强度与密度之比要比砼大得多。以同样跨度承受同样荷载的钢屋架质量最多不超过钢筋砼的 1/4 至 1/3。钢结构跨度大,例如:陕西秦始皇墓陶俑陈列馆的三铰拱屋架及大型体育馆钢结构屋面等都是大跨度屋盖的具体例子。
钢结构缺点:
耐腐性差,由于钢结构表面铁原子在空气中氧化生成氧化铁锈,锈蚀能够引起应力集中,危害钢结构的安全,使结构提前破坏,因此必须对结构进行防侵蚀性保护,确保使用年限。耐热但不耐火,钢结构的导热系数远大于钢筋砼的导热系数,其耐火性远差于砼结构,在温度达到600℃时。钢结构基本丧失了全部的刚度和强度,在钢结构设计中抗火能力视为重要环节。
随着我国经济突飞猛进的快速发展,我国的钢产量和钢材产量都突破了1 亿吨,成为世界第一产钢国,在这种情况下,首次列入了钢结构新技术,完成了在建筑业从“限制使用钢结构”到“大力发展钢结构”的政策转变。由于相对美、日等发达国家,我国高层钢结构工程起步较晚,工程实例与钢筋砼结构相比也较少,因此如何开展对此类工程的施工工作,成为我国钢结构行业面临的新问题。
建筑设计,从本质上讲,轻钢结构的建筑设计仍然执行现行的各种建筑规范,与混凝土建筑没有本质的区别。但其建筑理念由于使用材料的特殊性,确有与混凝土不同的地方,进而使其建筑表现出多种差别。混凝土建筑的设计都是按照先建筑设计后结构设计的理念进行设计,而轻钢结构建筑由于其特殊的材料和先进的设计软件,得以使设计程序实现建筑结构一体化设计,即建筑设计完成与结构设计同时完成。
住房的建筑形式和风格千差万别,但就结构体系(支撑骨架)而言,只有砖混结构、木结构、钢筋混凝土结构和钢结构等几种主要的结构形式。随着国家对环境保护意识的认识不断加深,对木材和粘土砖已经提出限制、限时使用,现阶段我国住宅建筑的主要结构形式主要以钢筋混凝土框架为主,但该结构施工烦琐、施工垃圾多且结构自重大,进深和开间相对较小,梁、柱粗大,空间利用率较低等缺点,这在一定程度上无法满足条件越来越高的住宅建筑的功能要求。因此,开发坚固耐久,建造迅速,空间布置灵活,易于改建的新型住宅结构体系,则成为住宅建筑和结构发展的重要趋势。随着我国钢产量的快速增长,新型建材的发展和应用,符合上述要求的钢结构住宅体系逐步发展起来并引起了广泛的关注。所谓的钢结构住宅体系就是指由维护墙体、隔断墙体、楼板与主体钢结构共同组成的住宅体系。
对于板厚较大的钢柱应该采用防止层状撕裂的焊接构造形式,同时在焊接过程中应该注意焊接预热和焊后保温,满足焊缝后热处理的要求,把对焊缝不利的影响降低到最小程度。构件进场的检验和吊装前的准备现场施工场地狭小、施工条件差是目前高层钢结构工程施工中普遍存在的问题,对高层钢结构工程而言,在相对紧张的工期内,要完成大量的施工工作,因此,各方面组织得当是十分重要的。首先对构件堆放场地的要求十分严格,这个问题如果处理不好必将对吊装及整个工程施工造成严重影响。做好构件的验收工作是高层钢结构工程施工中的重要一环。由于高层钢结构的安装特点,构件一旦起吊到高空,再对其存在的问题进行处理将十分困难,而只能将其重新吊下进行处理,不但影响工程进度,而且也存在不安全因素。在构件的制作及运输过程中难免会出现各种各样的问题,这些问题必须在地面加以消除,因此就要求必须做好构件吊装前的检查验收和预处理工作,确保参加吊装的构件是合格的构件。构件安装及精度控制塔吊的选择、布置与装拆塔吊是高层钢结构工程施工的核心设备,其选择与布置要根据建筑物的布局、现场条件及钢结构的重量等因素综合考虑,并保证装拆的安全、方便、可靠。测量控制及校正在高层钢结构施工中,垂直度、轴线和标高的偏差是衡量安装质量的重要指标,测量作为工程质量的控制手段,必须为施工检查提供依据。从钢结构施工流程可以看出,各工序间既相互联系又相互制约,选择何种测量控制方法直接影响到工程的进度与测量。对结构安装进行全过程的跟踪测量,一方面可以验正施工单位的测量结果,另一方面可以通过专业测量单位的介入对结构的整体测量形成一套系统、详实的测量记录。焊接及其质量控制高层钢结构具有工期紧、结构复杂、工程量大、质量要求高的特点,而焊接作为钢结构施工的重要工序,其工序的选择与施焊水平的高低对工程的安全、优质、高效完成具有重大影响。
1.1工程地理位置、规模及设计情况
黄延高速LJ-6标位于起讫点桩号为K27+900~K38+500,全长10.6km;本合同段共有刚构桥2座,分别为桃园大桥与董家沟特大桥。由于两座刚构桥施工方法一致,本总结以桃园大桥为例。
桃园大桥起点桩号K33+397.5,终点桩号 K33+834.5,桥梁全长437米,最大桥高112米,主桥最大墩高106米,道路等级为高速公路,设计车速100km/h,车辆荷载等级为公路—I级,桥面净宽:0.5米(防护栏)+15.25米(行车道)+2.0米(中央分隔带)+15.25米(行车道)+0.5米(防护栏),主桥上部结构为(55+2×100+55)m预应力混凝土连续刚构,下部结构为双支薄壁空心桥墩,钻孔灌注桩基础;引桥上部结构为30m预应力混凝土连续箱梁,下部结构为柱式墩、桩基础。
其主墩为3#、4#、5#墩,墩身高度分别为83米、106米、58米。(55+2×100+55)m连续刚构全长310m,中支点梁高6.0m,跨中梁高3.00m,其间按1.8次抛物线变化,边支座中心线至梁端0.6m。梁体为单箱单室、变高度、变截面结构。箱梁顶宽16.65m,底宽8.65m,顶板厚度0.32m,底板厚度由跨中0.32m按1.8次抛物线变化至根部0.8m,腹板厚跨中为0.55m、根部段为0.7m,渐变段长3.5m,主梁在中支点共设3个横隔板、端支点设1个横隔,隔板设有孔洞。
1.2工程地质、水文和自然条件
桃园大桥主墩位于黄土梁峁沟壑区,地形起伏较大,沟谷呈扁“U”字型,桥址区地表分布主要为黄土。
桃园大桥所在区域属内陆,属暖温带大陆性半干旱气候,早晚温差较大,查最近三年寺仙年均气温8.6~9.4℃,元月最冷,平均气温-0℃~-2℃,极端低温-2~-8℃;10月底至次年3月中旬为冬季,除中午为正温外,其余时间段温度均在0℃以下,最大温差24℃。
年平均风速变化幅度1.3-3.3米/秒,区内以西南风为主。冬季盛行西北风、夏季多为东南风。
1.3工期计划安排
根据业主的工期计划,刚构桥2015年5月底合拢;项目部在根据现场实际施工情况制定了桃园大桥3个主墩0#块均在8月底前完成。
2.施工要点
2.1 墩身预埋件埋设
在墩身施工至最后2、3节时,严格按照托架施工图纸设置预埋件,保证预埋件位置的准确,同时钢板与锚固钢筋焊缝确保密实,锚固可靠。预埋时严格控制预埋件钢板位置,使之凹进墩身模板3cm。
2.2 托架操作平台
墩身施工完毕后,拆除墩身液压爬模模板及第一级平台支架,将平台上其它材料及机具清理干净,托架焊接及施工平台利用液压爬模第二级操作平台,方便作业人员对托架进行准确对位及焊接作业。
2.3 托架施工
在地面严格按照设计图纸放样,提前焊接好三角托架,然后利用塔吊吊装,在操作平台上,将托架与墩身预埋钢板栓接,同一截面上每片托架焊接成整体,增强稳定性,然后其上铺设横向I20a工字钢分配梁,间距60cm,工字钢纵向采用[10槽钢焊接连成整体,增加稳定性,左中右各焊接一道。分配梁安装加固完成后进行0#块翼板下支架搭设。
2.4 托架预压
托架安装、焊接完成后检查所有焊缝,确保焊缝高度不小于8mm,对底腹板下所有托架按悬臂段1.5m梁体自重荷载的120%进行预压,预压采用挂篮前横梁2I56a工字钢在墩顶做反力架,利用墩顶预埋的竖向φ32精轧螺纹钢将反力架锚固,80t穿心式千斤顶反顶托架,以消除托架塑性变形,并监控测量托架弹性变形情况,为施工中高程控制提供可靠依据。
2.5 模板施工
0#块底模采用18mm厚胶合板,采用I20a制作成斜形马凳以支撑底板,在斜马凳与底板间采用10×10cm方木调整标高。侧模板采用专业厂家制作的挂篮钢模板组拼,模板间采用栓接。
待预压完成,清除预压配重,安装0#块侧模,调整底模及翼缘板标高,安装底板、腹板钢筋及相应预应力管道,安装箱梁内模。内模采用P3015建筑模板组拼,内模支撑架采用钢管脚手架,立杆间距纵横方向均为60cm,顶托上纵横向铺设10×10cm方木。腹板采用Φ25精轧螺纹钢对拉杆进行加固,间距为100cm。内模施工完成后安装顶板其余钢筋及预应力管道,准备浇筑混凝土。
3. 安全施工要点
1 引言
近年来国内钢结构技术发展迅猛,钢结构被广泛的应用于高层、超高层以及大型体育场馆的建设中,并有高度越来越高、跨度越来越大的趋势。设计师建筑与自然的结合理念,也创造出许多造型独特新颖的建筑结构,并通过钢结构来实现。钢结构对比钢筋混凝土结构有着得天独厚的优势,结构形式变化多样、可实现大跨度、超高结构、绿色环保等,并具有工厂规模化生产,现场施工周期短的特点。当今社会建设的发展,给钢结构技术的应用与提高提供了广泛的空间,同时钢结构施工速度快的特点也顺应了社会快速发展的需要。但是钢结构飞速发展的背后也隐含着一个比较尖锐的矛盾,那就是如何保证在高速生产下的施工安全,既要保证结构安全又要保证操作工人的安全[1,2]。这个问题引起越来越多人士的关注。
2 钢结构安全生产关键技术
2.1 钢结构材料应用
2.1.1 钢结构主体材料
钢结构所用材料主要包括钢材和连接材料两大类。钢材常用种类为Q235、Q345、Q390、Q420、Q460、铸钢件,连接材料有高强螺栓和焊接材料。材料本身性能直接影响到钢结构的可靠性。如材料存在缺陷,当累积或严重到一定程度将会导致钢结构事故的发生。
钢结构主体材料事故的产生原因如下:钢材或铸钢件质量不合格,以次充好;螺栓(含普通螺栓和高强螺栓)质量不合格;焊接材料质量不合格;设计时选材不合理;制作时工艺参数不合理;钢材与焊接材料不匹
配:材料混用或随意替代。
2.1.2 钢结构施工材料
在钢结构施工中采用施工材料,如起重吊索、吊耳、支撑材料(型钢、脚手架)、临时固定材料(缆风绳、固定螺栓、限位板)、临时轨道、防护用品(安全网、安全带),如出现严重问题,会直接导致事故的发生。钢结构施工材料事故的产生原因如下:起重吊索断裂、结构上吊耳脱落;结构临时支撑材料使用不合理或计算不符合规定,与实际工况(尤其是脚手架)不符;结构临时固定缆风绳布置不合理或断裂;临时固定螺栓剪断等,使用劣质防护用品在出现险情时起不到应有的防护作用。
2.2 钢结构施工的安全计算
无论是钢结构的材料使用还是施工技术,在任何一个环节出现问题均能导致结构断裂、倒塌、物体坠落等事故,作好施工前的技术准备是避免事故发生的关键。随施工技术的发展,钢结构施工全过程的计算机仿真计算已经运用到生产中,并日益成熟。从结构与临时措施材料的选择、构件的吊点位置设计、吊索承载选择、施工过程构件稳定及温度影响、施工过程中构件应力变化、支撑体系的设计与卸载等,均能通过仿真计算得到施工的理论指导依据,安全计算主要内容如下:起重吊索用具的选择、临时吊耳材料选择与设计、临时支撑材料选择与设计、构件的吊点选择、卸载的施工顺序以及应力水平等。通过仿真计算可避免单纯的经验性施工,有效地保证结构构件(尤其是大跨度结构)在施工中的安全与支撑体系的稳定。需要注意的是,在采用脚手架作为结构临时支撑体系时,由于建筑市场材料的因素影响,扣件式脚手架的钢管与扣件往往达不到规范的要求,在对其进行抽样检查的同时,在计算时对其材料的特性取值要降低,如钢管不能以4,48mm×3.5mm计取,其壁厚宜取2.8~3.Omm。
2.3 钢结构安全生产关键技术
2.3.1 钢结构操作的安全应知教育
钢结构施工具有较强的专业性,对施工操作者技能要求高,在严格执行安全生产三级教育的同时,应着重加强专业工种的施工安全生产的应知教育。提高人员的安全生产意识是个长期的活动,只有提高操作人员的安全防范意识,才能使安全生产的展开得以顺利实施。目前施工企业的安全生产教育从说教式基本转变成形式多样的宣传教育形式,主要采用多媒体直观喜闻乐见的方式,能收到较好的效果。
2.3.2 钢结构现场施工防护重点
钢结构施工可以说到处都存在高空作业,处处是洞口临边,在这些方面的防护是关键。结合钢结构施工的特点,其现场安全防护重点如下:①合理运用安全网进行水平与立面防护;②采取相应的措施进行临边防护;③合理运用个人的安全防护用品;④临时的垂直通道与水平通道;⑤采取适当的用具解决空中作业的平台;⑥作业区域避免垂直交叉;⑦对吊装作业的危险区域的隔离。
2.3.3 高层超高层钢结构现场施工安全技术
高层超高层钢结构施工基本有钢柱钢梁吊装、高强螺栓安装、结构焊接、压型钢板铺设等几个主要的工序。为加快施工进度、合理使用现场起重设备,结构中钢柱基本分解成两层或三层一柱,其长度基本在6~12m。其施工进度一般保持在3―5d/层,几个主要的工序进行节拍流水作业,这种快速施工往往存在结构框架楼层落差大(操作层与已经铺设完楼层板的楼层落差一般2~3层),结构操作层基本处在高空与悬空作业的状态,同时建筑楼层间的楼梯均滞后于结构的施工。根据这些特点,高层与超高层钢结构现场施工的安全生产一般采取以下的技术措施,具体包括:1)安全网的使用,安全网是防止高空坠落的主要安全措施。2) 安全绳的使用,安全绳是钢结构安装作业中临边防护的重要措施。一般采用钢丝绳或镀锌钢丝绳,不宜采用尼龙或棕绳(受气候和摩擦影响大,降低其承载能力),用卡环或专用绳扣绑缚在钢柱或临时耳板上,固定前使其基本绷直但不可施加过大的外力。3) 临时爬梯与防坠器的使用;4)挂篮与柱临时平台;5)防坠落挂钩,安全挂钩可以由多种途径实现,采用尼龙绳、金属链等各种方法均可达到目的;6)安全带的合理应用等等。
3 结语
“安全第一,预防为主”安全生产贯穿于生产施工的每个环节,钢结构生产建设过程中随技术发展,安全防范技术措施也在逐步的完善。不论采取哪种措施均不能违背国家法律法规,在以贯彻落实安全生产责任制、安全生产操作规程、安全生产教育制度等相关制度为前提,技术人员在科学理论的指导下结合实际情况不断探索简易、可靠的安全设施与措施,并运用于生产中。安全生产没有捷径,也没有最好的方法,只有本着“以人为本”的方针依靠科学,努力探索才能得到更实用、更可靠的措施,充分利用现有资源,用好个人防护用具.采用栏、挂、兜等多种方式的综合技术,来保护每个从事建筑生产劳动者的人身安全。