吉隆坡標(biāo)志塔施工中的塔吊支撐架吊桿設(shè)計(jì)與應(yīng)用

趙中原 周文凱 周 克 羅立峰 張 薇

中國(guó)建筑第八工程局有限公司 上海 200125

1 工程概況

馬來(lái)西亞吉隆坡標(biāo)志塔由塔樓和裙樓組成，其中塔樓地上93層、地下7層，東西兩側(cè)裙樓地上4層，南側(cè)裙樓地上5層，總高度438.37 m，為超高層綜合樓。

本工程塔樓為鋼框架-混凝土核心筒結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件總質(zhì)量24 000 t。主塔樓采用2臺(tái)L500-32外附著于核心筒和1臺(tái)ZSL-380塔吊設(shè)置于樓梯井內(nèi)配合主樓結(jié)構(gòu)施工，塔吊分2個(gè)階段布置：33層以下施工階段，4#塔吊通過(guò)設(shè)在核心筒樓梯井內(nèi)的鋼支承架進(jìn)行內(nèi)爬，支承架間距16 m；33層以上東西側(cè)混凝土墻取消，此時(shí)4#塔吊轉(zhuǎn)換為外附著于核心筒外側(cè)的樓梯井中。本文主要討論5#、6#塔吊（圖1）。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)層塔吊平面布置

2 支撐架吊桿的構(gòu)造及設(shè)計(jì)

2.1 吊桿的構(gòu)造

結(jié)合塔吊塔身外框的布置特點(diǎn)和吊桿的功能要求，將吊桿（圖2）設(shè)計(jì)成高度1.42 m（塔身2個(gè)卡扣之間的距離），伸出塔身長(zhǎng)度為1.5 m（塔身外表面至支撐架大梁中心之間的距離）。

2.2 吊桿的分析計(jì)算

2.2.1 塔吊整體受力分析

根據(jù)塔吊手冊(cè)中提供的反力，結(jié)合荷載分析簡(jiǎn)圖（圖3），可得彎矩M=1 839.8 kN·m。

圖2 吊桿示意

圖3 荷載分析簡(jiǎn)圖

2.2.2 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)受力計(jì)算

由于塔吊吊臂方位的不同，致使標(biāo)準(zhǔn)節(jié)受到的內(nèi)力不同，現(xiàn)將塔吊吊臂方位分為5個(gè)方位（圖4）。

圖4 吊臂方位

1）方位1、方位3、方位5。塔身角部鋼柱所受到的豎向力（鋼柱之間的距離d為2.3 m。由于拆裝塔吊支撐架時(shí)塔吊自身停止工作，故荷載計(jì)算僅考慮塔吊非工作狀態(tài)）分為：V1=V2=V/4＋M/（2d）=884.2 kN；V3=V4=V/4－M/（2d）=84.8 kN。

2.2.3 建立計(jì)算模型

該吊桿使用結(jié)構(gòu)分析軟件MIDAS建立模型進(jìn)行計(jì)算，并考慮6種工況：

1）工況1：方位3，吊桿鋼絲繩正常工作。

2）工況2：方位2或方位4，吊桿鋼絲繩正常工作。

3）工況3：方位3，吊桿鋼絲繩非正常工作。

4）工況4：方位2或方位4，吊桿鋼絲繩非正常工作。

5）工況5：方位1或方位5，吊桿鋼絲繩非正常工作。

6）工況6：方位2或方位4，吊桿鋼絲繩非正常工作。

其中，吊桿鋼絲繩非正常工作是指吊桿上2根鋼絲繩中的一根破斷。

2.2.4 施加荷載

最大的塔吊支撐架桿件質(zhì)量為7 t，正常工作（工況1、工況2）時(shí)每個(gè)吊桿端部受到35 kN的豎向力和35 kN的水平力（考慮吊繩與水平面的夾角為45°）；當(dāng)?shù)鯒U的一根吊繩斷時(shí)，吊繩直接作用70 kN的豎向力（工況3～6）。

2.2.5 分析結(jié)果

根據(jù)6種荷載工況，采用表1的荷載組合系數(shù)，計(jì)算出最大應(yīng)力為162 MPa，滿(mǎn)足規(guī)范要求。

表1 荷載組合系數(shù)

2.3 連接節(jié)點(diǎn)驗(yàn)算

2.3.1 節(jié)點(diǎn)構(gòu)造

吊桿與塔吊塔身間的連接形式直接關(guān)系到施工過(guò)程中的使用效率，由于施工過(guò)程中需要在高空中拆除和安裝吊桿，為便于操作，吊桿與塔吊塔身間采用易于拆卸的高強(qiáng)度銷(xiāo)軸（材質(zhì)為40Cr調(diào)質(zhì)處理）進(jìn)行單鉸固定，此外銷(xiāo)軸連接可以較好地實(shí)現(xiàn)鉸接邊界條件，與理論的邊界模型能較好地吻合，最大限度地降低吊桿彎矩帶來(lái)的不利影響。

銷(xiāo)軸連接節(jié)點(diǎn)主要由公接頭板、母接頭板、銷(xiāo)軸3個(gè)部分構(gòu)成。本節(jié)點(diǎn)中鋼板厚度有20、12 mm這2種。

2.3.2 銷(xiāo)軸節(jié)點(diǎn)驗(yàn)算

經(jīng)相關(guān)強(qiáng)度及承載力計(jì)算，采用材質(zhì)40Cr，直徑D=30 mm的銷(xiāo)軸和連接板能滿(mǎn)足規(guī)范承載力要求。

3 吊桿安裝注意事項(xiàng)

1）吊桿需聯(lián)合驗(yàn)收合格后方可允許使用。每次使用前，需經(jīng)技術(shù)負(fù)責(zé)人確認(rèn)吊桿上吊耳、桿件連接處所有焊縫及底部銷(xiāo)軸連接可靠后，方可使用。

2）該吊桿最大承載量為7 t，嚴(yán)禁超載。且在吊桿所在區(qū)域下部需拉設(shè)警戒線(xiàn)，禁止人員經(jīng)過(guò)。

3）吊桿起吊前，必須檢查吊索鋼絲繩、吊鏈、卸扣，確認(rèn)其不存在裂紋、氣泡等影響安全使用的危險(xiǎn)狀況，確認(rèn)吊索具與吊桿已經(jīng)可靠連接后，方可將其投入使用。

4）起重吊運(yùn)支撐架至吊桿過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)采取措施確保其平穩(wěn)，嚴(yán)格防止起重傷害事故、落物傷人事故的發(fā)生。

4 結(jié)語(yǔ)

本文以馬來(lái)西亞吉隆坡標(biāo)志塔塔吊支撐架吊桿為研究對(duì)象，提出了在確定支撐架吊桿結(jié)構(gòu)荷載工況時(shí)必須考慮的2個(gè)塔吊吊臂的主要方位，這對(duì)于支撐架吊桿結(jié)構(gòu)的安全設(shè)計(jì)至關(guān)重要[1-4]。另外，基于塔吊支撐架吊桿在超高層施工過(guò)程中的重要作用，特別考慮了支撐架吊桿在災(zāi)害情況下（吊桿中的一根鋼絲繩失效）“高空不倒”的要求，總共給出了6種荷載工況。最后研究的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)是保證支撐架吊桿結(jié)構(gòu)安全的關(guān)鍵，精心設(shè)計(jì)構(gòu)件之間的節(jié)點(diǎn)是支撐架吊桿在高空“不散架”的保障。超高層建筑高度高、垂直運(yùn)輸量較大，塔吊使用頻繁，安全管理至關(guān)重要。在使用過(guò)程中嚴(yán)禁吊桿超載，以此保證超高層建筑施工的安全。