綜合商業超高層建筑工程塔式起重機選型與附著步序設計

王博

（中核環保有限公司，省 城市 郵編）

塔式起重機是高層建筑施工中物料垂直運輸的關鍵設備。如何選擇適合本工程的塔機，并最終在工程中實現施工生產、安全質量、經濟效益等目標，需要考慮的關鍵因素有：建筑物的平面造型；建筑物的總高度；建筑工程總的垂直運輸量；建筑構件的組成和需吊裝構件的最大重量；建筑物現場的環境條件；工程施工工期；施工生產垂直交叉作業的整體安排等。通過對以上因素的分析，結合市場上現有塔吊的相關參數、性能特點以及僅針對外附式塔吊附著步序設計的可行性分析，最終做出判斷。下面將重點論述外附式塔式起重機在選型過程中，對塔吊的附著步序設計在充分結合工程各種實際因素情況下的可行性研究。

1 決定塔吊附著步序設計的因素

1.1 建筑物的設計概況

1.1.1 建筑物的結構高度

建筑物的最終結構高度，決定了塔式起重機在選型時需滿足的最大作業高度。塔吊進行附著步序設計時，其最大作業高度是附著次數設計的依據之一。每一種外附式塔吊因設計構造和吊裝能力的不同，其附著設計要求也是不同的。當塔吊的獨立高度達到其最大自由高度時，在下一次頂升之前，需進行第一次附著。第一次附著點位置不允許超過的標準節數量有嚴格的規定，而隨后兩道附著之間的標準節數量也有最大值，最后一次附著后其塔吊的最大自由端高度也是有嚴格規定的。因此，當建筑物的結構高度確定后，在不考慮其他因素的情況下，根據塔吊自身附著構造要求，可基本確定塔吊的附著次數和位置。

1.1.2 建筑物的結構形式

超高層建筑物的結構形式，多為鋼筋混凝土框架、鋼筋混凝土筒體組成的混合結構體系或者是型鋼混凝土框架、鋼筋混凝土筒體組成的混合結構體系。對于前者，塔吊附著與結構的連接形式通長情況下采取預埋件的方式；對于后者，當連接點位于型鋼結構上時，塔吊附著與結構的連接形式一般采取塔吊附著結構連接板與型鋼結構焊接的方式，并且是在型鋼結構現場安裝固定之前進行，這樣可以避免因型鋼結構安裝固定后再次進行焊接施工，導致其局部受熱變形，對型鋼結構整體質量和安全穩定性產生影響。當然，對于后者，也可以把連接板通過錨栓連接固定在型鋼柱上，但這種抱柱的附著方式在附著的穩定性和牢固性方面不如前者預埋或者焊接的連接方式，且在成本造價上要高于前者。

作為外附式塔吊的附著，通常情況下，附著點都是在外框架柱上；有時因塔吊定位或者外框架柱間距的原因，一端或者兩端的附著點固定在外框架柱上的角度無法滿足附著要求時，附著點可以向中間延伸至核心筒結構上。

1.2 多塔吊配合作業

多塔吊配合作業，主要針對的是一座主樓至少配備兩臺塔吊（本篇僅以兩臺塔吊配合作業為例），在充分考慮彼此水平安全距離的前提下完成塔吊定位，在塔吊進行各自附著步序設計時，要充分考慮彼此的垂直安全距離以及塔吊與主樓結構的安全操作垂直距離，以便達到塔吊的附著和頂升在整個工程施工過程中，即保證兩塔之間的交叉作業不受影響，又保證塔吊滿足主樓安全吊裝作業目的。

多塔吊配合作業時，因考慮工程成本和實際施工的需要，在塔吊選型時，往往設定一臺主塔、一臺副塔。因此，兩臺塔吊的型號大多數情況下是不同的。塔吊型號不同，其自由高度、兩道附著間的垂直距離以及最后一道附著后的最大自由端的高度均不相同。因此，在進行多塔吊選型和附著步序設計時，要將塔吊附著性能、涉及型鋼混凝土框架與鋼筋混凝土筒體組成的混合結構體系時垂直交叉作業施工、塔吊附著點位置層的外框結構施工完成情況等因素綜合考慮。

1.3 超高層主樓垂直交叉作業

在綜合商業超高層建筑結構形式中，型鋼混凝土框架、鋼筋混凝土筒體組成的混合結構體系作為較為普遍的混凝土結構體系形式，在施工生產組織形式中，核心筒結構施工進度一般要快于型鋼混凝土框架結構施工，從而形成垂直交叉作業的生產形式。一方面是因為核心筒結構先于外框架結構，可滿足結構整體穩定性；另一方面是核心筒結構的施工要快于型鋼混凝土框架施工；再者便于核心筒結構施工與型鋼混凝土框架施工合理錯開，不會相互影響。

針對這種垂直交叉作業的生產形式，塔吊在選型時，要充分考慮因這種垂直交叉作業施工對塔吊附著制約因素。鋼結構吊裝作業需專門配置一臺大型塔吊，主樓的其他結構吊裝施工則配置另外一臺塔吊。樓層層高和核心筒結構施工快于型鋼混凝土外框結構的層數，其產生了核心筒與型鋼混凝土外框結構的高差，而用于吊裝鋼結構的主塔在附著后的最大自由端高度一方面要克服這種額外的高度差，另一方面還要滿足其大臂距離副塔的安全距離以及副塔距離核心筒結構的安全距離值。當核心筒結構施工達到的高度，已經達到塔吊大臂下的最小安全垂直距離時，需考慮塔吊頂升前附著點位置層的結構施工是否完成且結構強度是否滿足附著要求。如果一切滿足，說明在塔吊選型和附著步序設計期間，技術人員已充分考慮到塔吊垂直交叉作業而產生的外框結構與核心筒結構不同步的情況。反之，則上部核心筒結構施工將停滯，待附著點層的外框結構施工完成且結構強度滿足附著條件后，塔吊附著和頂升完成后，核心筒結構施工方可繼續。因此，在塔吊選型時，超高層主樓鋼結構與核心筒垂直交叉作業的層數差值，將作為塔吊附著后最大自由端高度參考的依據。

2 附著步序設計可行性研究的舉例說明

2.1 舉例工程基本概況

工程以中國鐵建國際城（詩景廣場）項目為例進行說明。本工程共3棟樓，其中酒店式公寓45層，檐高為173.40m，辦公樓層數為30層，檐高為129.80m。商業裙房地上3層，高度17.1m，局部4層，高度為21.20m。公寓樓為型鋼混凝土框架、鋼筋混凝土筒體組成的混合結構體系，最大層高4.4m，標準層高3.5m。

2.2 舉例工程塔吊配置及相關參數概況

擬采用兩臺塔吊用于該主樓的吊裝施工。主塔（1#塔）型號為M125/75，塔吊最大吊裝能力為50t,最大自由高度為90.2m，附著之間標準節最多不超過6節（5.7m/節），附著后最大自由端高度不超過9個標準節（5.7m/節），主要負責鋼結構吊裝。另外一臺塔吊（2#塔）型號為ST6015，塔吊最大吊裝能力為10t，最大自由高度為60m，附著之間標準節最多不超過12節（3m/節），附著后最大自由端高度不超過14個標準節（3m/節），主要負責混凝土結構施工過程中的吊裝任務。下面以該兩臺塔吊的附著步序設計圖為例，對塔吊附著步序設計的可行性研究舉例說明。

2.3 步序設計的可行性研究舉例說明

2.3.1 1#、2#塔附著步序詳圖，見圖1。

圖1 1#、2#塔附著步序詳圖一

該圖分析如下：

（1）該圖顯示在副塔頂升至最大自由高度時，主塔頂升至第10節（未達到最大自由高度）時，兩臺塔吊相對位置關系和副塔與核心筒的垂直距離關系。

（2）該圖表示核心筒結構施工與型鋼混凝土框架施工層數先后關系。副塔達到最大自由高度，在其頂升前要先附著，其附著點位置層不能超過結構最高完成層（地上四層）。同時，附著點的位置還要滿足副塔首次附著高度不得超過28米的塔機構造要求。

2.3.2 1#、2#塔附著步序詳圖，見圖2

圖2 1#、2#塔附著步序詳圖二

該圖分析如下：

（1）該圖顯示在主塔頂升至最大自由高度時，副塔首次附著后頂升至第24個標準節高度時，兩臺塔吊相對位置關系和副塔與核心筒的垂直距離關系。

（2）核心筒結構施工與型鋼混凝土框架施工層數先后關系沒有變化。因此可以判定：一般情況，垂直交叉作業的核心筒結構較型鋼混凝土框架施工的提前完成層數是固定值，但不排除后期因結構施工至非標準層，樓層層高增加而要考慮到塔吊附著后的最大自由端高度的局限，而適當調整層數差。

（3）副塔首次附著后的頂升高度是嚴格按照其塔機構造要求執行，即附著后的最大自由端高度不得超過最多標準節（14個）的塔機構造要求。結合圖1和圖2所示，第1道附著是在第10個標準節，然后頂升至第24標準節，滿足要求。

（4）型鋼混凝土框架結構施工進度滿足副塔首次附著點位置層的要求。

2.3.3 1#、2#塔附著步序詳圖，見圖3、4

圖3 1#、2#塔附著步序詳圖三

圖4 1#、2#塔附著步序詳圖四

該圖分析如下：

（1）圖4表示在副塔第3次附著后頂升至第32個標準節高度時，主塔吊隨之進行首次附著后頂升至第17標準節時，兩臺塔吊相對位置關系和副塔與核心筒的垂直距離關系。

（2）同圖2第（2）條。

（3）圖3表示副塔的第2次附著點在第14個標準節上，并頂升至28個標準節。此時，主塔的最大自由高度即將約束2#塔的第三次頂升。副塔的第2次附著與首次附著之間的標準節數為4個標準節，未超過附著間最大標準節間距離（12個標準節），符合塔機附著構造要求。

（4）副塔吊第3次附著后頂升至第32標準節，第3道附著在第18標準節，滿足2#塔吊附著后的最大自由端高度不得超過最多標準節（14個）的塔機構造要求。

（5）主塔首次附著后頂升至第17標準節，首次附著點位于第8標準節，滿足主塔附著后最大自由端高度不超過最多標準節（9個）的塔機構造要求。

（6）型鋼混凝土框架結構施工進度滿足主塔第1次附著點位置層要求和副塔第3次附著點位置層的要求。

以上四個圖例充分體現了一棟主樓采用主副塔吊配合作業時，在塔吊附著步序設計中，最重要的三個階段的步序設計思路。一是副塔最先達到最大自由高度而主塔未達到最大自由高度時，主副塔吊的垂直距離關系在滿足安全距離的前提下，保證吊裝施工的順利進行。二是主塔達到最大自由高度而副塔已完成首次附著及其頂升施工后，主副塔吊的垂直距離關系在滿足安全距離的前提下，保證吊裝施工的順利進行。三是塔吊在附著頂升的整個過程中，塔節附著點的選擇和頂升高度要嚴格按照塔機構造要求，即滿足兩個附著點之間的最大距離和附著后自由端的最大高度。四是型鋼混凝土框架結構施工進度始終滿足主副塔吊附著點位置層的要求。

3 結語

總之，塔式起重機在選擇型號時，人們往往將施工現場環境對塔吊定位的影響、塔吊作業面的覆蓋、塔吊的吊裝能力等因素充分考慮，使型號的確定和安裝工作進展很順利。但是，當我們后續面臨塔吊頂升、附著施工時，由于前期缺乏考慮和研究，其受塔吊自身構造要求的限制和施工生產組織安排對塔吊使用要求的影響時，往往出現塔吊附著不了、頂升不上去、主副塔相互“打架”等問題，嚴重影響現場施工進度。因此，通過此次從塔吊選型對其附著步序設計可行性的深刻研究，希望能夠使更多人從中收獲一些心得和經驗，對塔吊附著設計這一前期的重要技術工作予以充分重視，最終實現塔吊在工程建設應用中的科學化、合理化、經濟效益最大化等綜合性目標。