淺析多層與高層建筑中選用塔吊施工的問題

布志煌

摘 要:建筑機械是指用于各種建筑工程施工的工程機械、筑路機械、農業機械和運輸機械等有關的機械設備的統稱。塔式起重機(簡稱塔吊),在建筑施工中已經得到廣泛的應用,成為建筑安裝施工中不可缺少的建筑機械。

關鍵詞:建筑機械;塔吊

由于塔吊的起重臂與塔身可成相互垂直的外形,故可把起重機安裝在靠近施工的建筑物,其有效工作幅度優越于履帶、輪胎式起重機,特別是出現高層、超高層建筑后,塔吊的工作高度可達100～160m,更體現其優越性,再加上本身操作方便、變幅簡單等特點,綜合國內外一些情況看,今后建筑業的起重、運輸、吊裝作業的主導機械仍然是塔吊。

1 塔吊分類

1.1 固定式塔吊:塔身不移動,工作范圍靠塔臂的轉動和小車變幅完成,多用于高層建筑、構筑物、高爐安裝工程。

1.2 運行式塔吊:它可由一個工作地點移到另一工作地點,如軌道式塔吊,可以帶負荷運行,在建筑群中使用可以不用拆卸、通過軌道直接開進新的工程幢號施工。

2 基本參數

起重機的基本參數有六項:即起重力矩、起重量、最大起重量、工作幅度、起升高度和軌距,其中起重力矩確定為主要參數。

起重力矩。起重力矩是衡量塔吊起重能力的主要參數。選用塔吊,不僅考慮起重量,而且還應考慮工作幅度。

即:起重力矩=起重量×工作幅度(t·m)。

起重量。起重量是以起重吊鉤上所懸掛的索具與重物的重量之和計算(t)。

關于起重量的考慮有兩層含義:其一是最大工作幅度時的起重量;其二是最大額定起重量。在選擇機型時,應按其說明書使用。因動臂式塔吊的工作幅度有限制范圍,所以若以力矩值除以工作幅度,反算所得值并不準確。

工作幅度。工作幅度也稱回轉半徑,是起重吊鉤中心到塔吊回轉中心線之間的水平距離(m),它是以建筑物尺寸和施工工藝的要求而確定的。

起升高度。起升高度是在最大工作幅度時,吊鉤中心線至軌頂面(輪胎式、履帶式至地面)的垂直距離(m),該值的確定是以建筑物尺寸和施工工藝的要求而確定的。

軌距。軌距值的確定是從塔吊的整體穩定和經濟效果而定(m)。

3 技術性能

按照關系式:起重力矩=起重量×工作幅度。那么,當起重力矩確定后:已知起重量即可求出工作幅度;已知工作幅度即可求出起重量。

小車運行式變幅塔吊:

以QTZ-200型自升塔吊為例說明。此種塔吊是一種采用小車變幅、爬升套架、塔身接高的三用自升式塔吊。這種塔吊通過更換或增加一些輔助裝置,可分別用作軌道式塔吊、附著式塔吊、固定式塔吊,此種塔吊采用液壓頂升系統,塔身可隨建筑物升高而升高,司機室設在塔最上部,視野開闊。

主要結構。金屬結構包括底架、塔身、頂升套架、頂底及過渡節、轉臺、起重臂、平衡臂、塔帽、附著裝置等部件。

①塔身。它是由第一節、第二節、4個增強節和22個標準節構成。每節高2.5m。軌道式其臂根鉸點最大高度55.396m,增加附著后可達80.396m。

每臺塔吊配三套附著裝置,其安裝間隔,不同塔吊間隔也不同。QTZ-200塔吊規定間隔一般在16～20m,最下一道附著裝置,距塔身底架不大于60m(軌道式最大臂根鉸點高度55m)。各道附著裝置的撐桿應交錯布置,附著框架要固定牢靠,用高標號砂漿灌實,不許有任何滑動。

附著是為減小塔身的自由高度,改善塔身的受力情況,提高塔吊的使用高度而增加的受力裝置。主要是把塔身的水平分力,通過此裝置傳遞給建筑結構部分,附著點的位置和作法,要在施工組織設計中予以考慮。

②起重臂。此種塔吊不同于動臂式塔吊,起重臂為受彎構件,其斷面呈空間三角形或四邊形,載重小車沿起重臂移動實現變幅(回轉半徑的變化),起重臂的下弦桿安裝有小車軌道。

③平衡臂。全長20m,平衡重由4個平衡重塊、8個懸接體組成,且有8個滾輪和牽引機構。移動平衡重的位置,以改善塔身所受的彎矩,增加塔吊的穩定性。

④頂升套架。頂升套架是用無縫鋼管焊成的格構形桁架,其一側開有門洞,并有引進軌道和擺渡小車,供引進塔身標準節用。

⑤過渡節。頂升套架以上是過渡節及回轉機構,塔身增高時,由過渡節承座架承受以上全部結構重量,通過定位銷固定在塔身上,然后引進接高塔身的標準節。

工作機構和安全裝置:

①行走機構。大車行走機構由底架、4個支腿和4個臺車組成。軌道端頭附近設行程限位開關。

②起升機構。起升卷揚機由兩臺45kW電動機驅動,起升卷揚機上裝有吊鉤上升限位器。

③變幅機構。起重臂根部和頭部裝有緩沖塊和限位開關,以限定載重小車行程。

④回轉機構。它由2臺5kW電動機驅動。塔帽回轉設有手動液壓制動機構,防止起重臂定位后因大風吹動臂桿,影響就位。

⑤平衡重牽引。平衡重牽引是由3kW電動機驅動,平衡臂的兩端設有緩沖塊和限位開關。

⑥頂升液壓系統。

基礎。QTZ-200塔吊有軌道式和固定式兩種,地耐力要求20t/m2。

①軌道式基礎。軌距6.5m,兩端設止擋和行程極限撥桿。

②固定式基礎。按說明書配筋,澆混凝土。

4 塔吊基礎的作法

軌道式塔吊基礎的習慣作法為:先將地基夯實或做1層3∶7灰土墊層,再鋪碎石道渣,然后安放木軌枕,在木軌枕上鋪設鋼軌。這種作法木材消耗量大,使用壽命短,對重型塔吊極不適宜。當今推薦的作法為:在夯實的地基上架設鋼筋混凝土底板或鋼筋混凝土軌枕梁,在底板或軌枕梁上用預埋件固定安裝工字鋼,然后再在工字鋼上安裝鋼軌。為提高鋪軌效率,節省鋪軌費用,常把鋼筋混凝土軌枕梁、工字鋼支托和鋼軌組裝在一起,形成一條長12.5m的裝配式鋼筋混凝土鋼軌基礎。這種軌道基礎非常適合FO/23B、HK40/21B、H3/36B等重型自升塔吊使用。

底架固定式自升塔吊以采用分塊式鋼筋混凝土基礎最為合適,在地耐力較高的地基上,這種混凝土基礎板塊尺寸可取為200cm×200cm×50cm,板塊的頂部和底部均應雙向配筋。如塔機必須安裝在深基坑近旁,則應采用鉆孔灌注樁承臺基礎,以保證塔機基礎的堅固和穩定,并要采取措施,防止基坑邊坡塌方。

塔身固定式自升塔吊的基礎必須滿足兩項要求:一是將塔機上部荷載均勻地傳給地基并不得超過地耐力;二是要使塔機在各種不利工況下均能保持整體穩定而不致傾翻。因此,這種塔機基礎體積相當龐大,基礎重量要相當于塔機壓重的重量。這種固定式塔機基礎重量與塔機自由高度密切相關,自由高度越高基礎重量越大。以FO/23B塔吊為例,當其自由高度為59.8m時,混凝土基礎尺寸需達6.5m×6.5m×1.7m。若塔機需在基礎施工階段架設在深基坑近旁,表層土質條件又比較差,則這種基礎還必須由鉆孔灌注樁支承。因此,為節省基礎構筑費用,宜將這種整塊大體積混凝土基礎分解為若干個預制混凝土條塊,從而構成一個裝配式鋼筋混凝土基礎,以便做到多次反復使用,使分解到每個工程項目上的塔機基礎費用降至最低。

5 注意事項

5.1 塔吊基礎應經過正規設計和嚴密計算。基礎設計若存在不足,其隱患不可低估,重則導致嚴重事故,在沿海淤泥質土層采用樁基較為可靠。

5.2 由于影響塔吊基礎的主要因素是塔吊附墻前的傾覆力矩,特別是沿海地區,風荷載尤為明顯。大量實例證明,塔吊提前附墻可縮小基礎幾何尺寸和基礎成本,在沿海淤泥質土地區經濟效益更為明顯。因為塔吊第一次開始附墻后,由于彎矩、扭矩、水平力絕大部分通過錨固環河支承桿傳給施工中的建筑主體結構,除垂直荷載壓力處,其他傳遞至基礎的力很少。

因此基礎在附墻前后有很多的區別,其偏心率e由大變小,由偏心荷載作用趨向軸向荷載作用。Pmax變小,因此,塔吊基礎大小主要由初始架設的自由高度確定。如第一次架設節數N越多,其傾覆力矩M越大,所需基礎就大,反之則小。

5.3 在大城市施工高層建筑,塔吊往往受到周圍建筑物和高壓線的影響。遇到這種障礙物時,必須采取技術措施,預防重大安全事故發生。