內爬塔機支撐體系轉換及倒運裝置的設計研究

張 鵬/ZHANG Peng

（北京永茂建工機械制造有限公司，北京 113126）

1 工程概況

海口塔是由一棟塔樓和位于其兩側的裙樓組成的超高層建筑，總建筑面積為38萬m2，其中塔樓地上94層，高度428m。塔樓核心筒在-4F～65F階段為“菱形井字”結構，在66F以上階段為“中空”結構（圖1），核心筒墻體厚度自下而上逐漸縮小，其中外墻厚度由1600mm收縮至600mm，內墻厚度由800mm收縮至500mm。

圖1 海口塔核心筒結構平面圖

2 塔機選型及布置

根據核心筒結構變化以及吊重需求等因素，該項目使用三臺動臂內爬式塔機進行施工，塔機選型及數量見表1，塔機平面布置見圖2。

表1 海口塔塔機選型、數量及基本參數統計表

圖2 塔機平面布置圖

塔機布置原則：塔機盡可能一直爬升至工程結束；盡量減少塔機移位次數；如果塔機位于核心筒內，則塔機所在位置必須滿足塔身和爬升時的空間要求；塔身盡量避免與結構發生干涉；塔機平衡臂之間決不能發生干涉情況；塔機間距離可以實現塔機的互裝和互拆；塔機位置也要便于頂模（或爬模）系統的設計和爬升。

3 塔機支撐體系設計

塔機支撐體系的設計要綜合考慮核心筒結構的形式和變化、塔機的位置特點和支撐體系的構造形式等因素。以2#塔機STL2400C為例，為保證塔機可以在不移位的前提下爬升至工程結束，并且還要適應核心筒結構的變化，同時更要考慮支撐體系倒運的效率性以及核心筒結構的補強難易性，所以確定該STL2400C塔機支撐體系的結構形式是內爬式+外掛式，此種設計形式尚屬國內首次。

此種設計適應核心筒結構的特點，諸如結構整體變化、墻體厚度變化及塔機所在空間范圍等，同時還考慮到了轉換時的操作便易性和效率性。

支撐體系在-4F～65F階段使用內爬式，在66F以上階段使用外掛式（圖3），兩種支撐體系的轉換在塔機第15次爬升之后，逐套將內爬式支撐體系改造成外掛式支撐體系（圖4）。內爬式與外掛式支撐體系的轉換可以在施工現場進行。承重梁轉換設計示意圖見圖5。

圖3 STL2400C塔機支撐體系結構示意圖

圖4 支撐體系轉換設計

支撐體系計算使用有限元軟件ANSYS，并采用二階彈性大變形算法，同時考慮了鋼構件幾何非線性的影響及鋼結構構件的彈性穩定性。由于支座反力的分配與塔機起重臂轉動的角度有關，因此根據塔機起重臂的轉動方向，選取具有代表性的八種工況計算，其中最不利工況為工況三（圖6）。另，各工況均考慮風荷載作用，風荷載的作用方向從塔機平衡臂指向塔機臂架的方向。塔機受力計算模型參見圖7。

表2 STL2400C塔機內爬反力參數

通過對比，計算值＜許用值，符合標準要求。

4 塔機倒運裝置

內爬塔機的爬升是影響超高層施工進度的一個非常重要環節，而支撐體系的倒運則是塔機爬升過程中的核心。通過配備專用倒運裝置，可在不影響塔機作業的前提下，實現支撐體系的倒運。倒運過程如圖9、圖10所示，當塔機具備爬升條件之后，使用倒運裝置將支撐體系C由待拆位置（即圖中最下部）吊運至安裝位置（即圖中最上部），倒運裝置除具備基本的提升功能之外，還具有換向、微動、便于操作等特點。

圖5 承重梁轉換設計示意圖

圖6 塔機計算工況示意圖

圖7 塔機受力計算模型示意圖

圖8 倒運空間平面示意圖

圖9 倒運距離示意圖

5 塔機爬升方案編制簡述

內爬塔機爬升方案是整個超高層建筑豎向施工的重要方案依據，其方案除可以直接反映出內爬塔機每道預埋件的豎向標高之外，還統籌了塔機、爬模體系、核心筒鋼結構及其他各項設備或工序的豎向關系，也是上述設備或工序方案之間的重要結合部。

塔機爬升方案主要編制依據是塔機爬升規劃、爬模體系立面設計及爬升步距、核心筒鋼結構分段高度。

通過圖9可以分析出，由于塔機每次具備爬升條件的前提為支撐體系C安裝完畢，而支撐體系C安裝的前提則是本道支撐體系的預埋件從爬模體系中漏出，即位置A，此后爬模體系繼續向上爬升，直至爬升至位置E，此時塔機必須爬升，否則將因爬模體系的干擾而無法回轉，致使塔機無法作業。對于核心筒鋼結構而言，吊裝至位置D時，也要求塔機必須爬升，否則將因核心筒鋼結構的干擾而無法回轉，致使塔機無法作業。參見圖11。

綜上，編制塔機爬升方案時，應綜合并統籌考慮塔機、爬模體系、核心筒鋼結構各自的施工方案，以保證相互間的有效配合。

圖11 塔機、爬模體系、核心筒鋼結構示意圖

6 結 語

通過對內爬塔機支撐體系的構造形式、設計原則和參考依據的分析和總結，并結合項目實例，實現了在不更換支撐體系主要桿件的前提下，兩種內爬支撐體系之間的轉換，解決了該工程因核心筒結構變化帶來的各種問題。同時倒運裝置設計應用，可以在不影響塔機正常吊裝作業的情況下顯著提高支撐體系的倒運效率，將來可作為內爬塔機的標準配置加以推廣。

[1]張 楨，黃豪華，黃國健.內爬式塔機的外掛支承架的設計計算與測試[J].建筑機械化，2015，(4)：77-81.

[2]劉文華，王善科，周樹軍.動臂內爬塔機倒梁裝置[J].建筑機械化，2014，(12)：83-85.