大型行走式塔吊在工程中的應用

中建八局鋼結構工程公司 上海 200125

1 工程概況

杭州國際博覽中心工程，占地面積約19萬 hm2，位于鵬起路與奔競二路交匯處，南鄰七甲河，西距錢塘江800 m，總建筑面積約85萬 m2。鋼結構總質量約為14萬 t，鋼構件總數量約6.2 萬件。工程建成后，將在錢塘江南岸形成以體育、會展功能為主，集商務、旅游、休閑、文化、居住功能于一體，體現“精致和諧、開放大氣”的城市新區。

本工程由會議會展、上蓋物業、屋頂花園、地下商業、地下車庫及機房共五大功能區組成。設計平面劃分為9 個區：I區為會議部分（0-8軸～2軸），Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ區為會展部分（2～5軸、5～7軸、7～9軸、9～10軸），Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ區為上蓋物業A、B、C塔樓，Ⅸ區為下沉廣場（0-0～0-8軸），如圖1所示。本工程±0.00 m以下為一整體，不設永久縫，±0.00 m以上根據建筑使用功能、結構體系、溫度區段的要求，將Ⅰ區、Ⅱ～Ⅲ區、Ⅳ～Ⅴ區、Ⅵ區和Ⅶ～Ⅷ區分為結構的獨立單元，各結構單元之間設防震縫。

本工程地上主體鋼結構總質量逾13萬 t，約5.5 萬件（含桁架分段），主要分布于44 m標高以下的會議會展的5 個區域、約54萬 m2的結構平面上（圖2），其中核心筒、Ⅰ區、Ⅱ～Ⅲ區C軸以北、主體結構B7軸以南等區域為6 層鋼結構，Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ會展區域C～B7軸間為3 層鋼結構，其中Ⅴ區3 層為無柱展廳。屋面鋼結構設置于Ⅱ區，由城市客廳球殼、屋面飄帶網架等部分組成。

圖1 功能分區

結構主要是18 m×27 m、36 m×27 m跨。其中平面鋼桁架共計667 榀，總質量逾4萬 t，約占總用鋼量的25%。主要分布于會展區域的15.77 m、29.77 m、43.80 m標高及會議區域的27.00 m標高及屋頂（圖 3）。

圖2 鋼結構分布示意

本工程地上主體鋼結構施工周期只有8 個月，平均每月要完成1.6萬 t、每天要完成540 t構件的安裝，工期緊、任務重。如何保證在這么短的施工周期內完成施工任務是保證工程工期的關鍵。

圖3 鋼結構結構示意

2 施工關鍵技術

2.1 方案的選擇

根據本工程的結構特點及工期要求，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ五個施工段構件的吊裝必須按設計分區按由北向南（C軸→B軸）的順序倒退，施工時Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ三個區先行同時施工，3 個月后Ⅰ、Ⅴ區再展開施工。如圖4、圖5所示。

圖4 Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ區施工階段塔吊布置

圖5 Ⅰ、Ⅴ區施工階段

鑒于上述原因，我公司對相關方案進行了如下比較：

1）方案一：采用履帶吊或汽車吊吊裝[1]。

（1）優點：機動性好。

（2）缺點：需不斷轉車和裝車，工作效率低；車型選擇困難，且現場空間受限； 結構加固困難，且加固量大，成本太高。

2）方案二：采用大型固定式動臂塔吊吊裝[2]。

（1）優點：便于吊裝，可以為現場提供加大空間；施工效率高，滿足工期要求。

（2）缺點：因吊裝距離大，移位頻繁，吊車數量需求較大； 后期拆除很難，同時影響Ⅱ區頂部結構安裝。

3）方案三：采用大型行走式動臂塔吊吊裝[3]。

（1）優點：吊裝半徑大，可以為現場提供加大空間；施工效率高，滿足工期要求；拆除方便。

（2）缺點：因構件吊裝半徑大、個別構件噸位較大，要選用較大噸位塔吊；須做大量加固。

根據本工程的實際需要，我公司選用方案三采用大型行走式動臂塔吊吊裝。

2.2 設備的選型

根據本工程的實際情況，綜合考慮制作、運輸、吊裝等綜合情況，最終將構件的最大單重鎖定在45 t以內，最大吊裝半徑鎖定在50 m。

根據行走式動臂塔吊的吊裝性能，本工程選用中昇11 000 kN·m型塔吊，能夠滿足本工程的實際吊裝需要。其荷重性能曲線見圖6。

圖6 塔吊的荷重性能

2.3 吊裝設備布置

根據結構特點及構件布置，C軸及以南區域塔吊分別布置于1-1～1-3軸間、1-5～1-7軸間、 3-1～3-3軸間、3-5～3-7軸間、5-1～5-3軸間、5-5～5-7軸間、7-1～7-3軸間、7-5～7-7軸間和9-1～9-3軸間、9-5～9-7軸間，軌道梁間距18 m，如圖7所示。

圖7 施工階段塔吊布置

2.4 塔吊軌道及支撐系統設置

2.4.1 塔吊軌道及軌道梁

塔吊軌道梁間距選取18 m，界面選取500 mm×700 mm，在每區的±0.00 m結構平面的設計軸線上鋪設布置，以對應地下室混凝土梁柱結構，軌道梁兩端支撐在混凝土柱頭上，其間距為設計柱距9 000 mm，同時在跨中采用1 500 mm×1 500 mm或600 mm×880 mm的格構柱進行支撐，不通過樓板及混凝土梁本身承受塔吊施工荷載，直接通過混凝土柱將施工荷載傳遞至混凝土大底板上，軌道需用QU100重型鋼軌，如圖8～圖10所示。

2.4.2 支撐系統設置

在設計柱距9 000 mm的跨中采用1 500 mm×1 500 mm或600 mm×880 mm格構式支撐架對地下結構進行加固，位置位于設計軸線上，如圖11、圖12所示。

圖8 塔吊軌道布置

圖9 軌道梁標準節示意

圖10 軌道梁截面

圖11 塔吊軌道支撐體系設置

圖12 格構式支撐架

2.5 塔吊支撐系統的驗算

為保證安全性能，需要對塔吊支撐體系進行驗算，驗算內容包含塔吊軌道梁、支撐系統和基礎底板3 部分。

計算軟件采用通用有限元計算分析軟件ANSYS13.0，結構構件采用Beam188空間梁單元模擬，千斤頂采用link10只壓單元模擬，受拉時失效。

計算中利用了Ansys單元生死的功能以模擬施工過程，計算時，首先殺死未安裝的單元以模擬未安裝的桿件，當完成上一施工步進行下一施工步時，激活將要安裝的單元，以此來考慮安裝過程中由于桿件變形鎖定的內力和變形的累積效應。

計算方法采用二階彈性大變形算法，考慮了鋼構件幾何非線性的影響，因而考慮了鋼結構構件的彈性穩定性。

荷載取值：1.2×G（自重），系數1.2系考慮節點加勁及構造措施的影響。吊裝時的施工荷載較大，為防止混凝土結構破壞，保證混凝土結構的安全，沿3～5軸、3～7軸（共8 條軸線）軌道下鋪設箱型梁，兩端支撐在混凝土柱頭上，其柱距為9 000 mm，同時在跨中采用1 500 mm×1 500 mm或600 mm×880 mm的格構柱進行支撐，不通過樓板及混凝土梁本身承受塔吊施工荷載，直接通過混凝土柱將施工荷載傳遞至混凝土大底板上。從整個施工過程看，只需對箱型梁的受力情況、格構柱承載力以及基礎底板的抗沖切進行驗算。

3 應用效果

1）將整體工期縮減至8 個月，縮短了2 個月的施工時間，節約了吊車臺班及施工人工。

2）以最短的工期內完成了工程的整體施工，得到了業界、建設單位、監理單位的好評，為公司在浙江進一步開拓市場打下了良好的基礎。

4 結語

隨著鋼結構在建筑工程中的應用規模越來越大，對鋼結構的施工要求也越來越高。但施工成本卻越來越低，大規模、集群化、機械化施工成為必然的趨勢，也是提高施工效率、降低施工成本的重要途徑，軌道式大型行走式塔吊也將成為鋼結構施工中的一種重要施工機具[4-6]。