淺談密集型裝配式住宅項目塔吊選型及定位要點

朱建飛，蔣 峰，沈建平，彭 成，顧文斌

（江蘇九如建設有限公司，江蘇 昆山 215300）

0 引言

針對裝配式建筑的施工，需要充分做好前期策劃工作。其塔吊選型及定位尤其需要做好事前策劃，需要對裝配式建筑整體施工有較好的前瞻性。項目前期考慮不周，將會造成施工組織困難、留下安全隱患、后期彌補成本相對較高。如主樓起吊存在盲區、塔吊覆蓋區域的端部或最重預制構件位置的吊力無法滿足、塔吊標準節與地庫框架梁沖突，塔吊覆蓋區域存在高壓架高線路等相關問題。

筆者單位承建昆山長江路商住用房項目涉及裝配式住宅，其樓棟間距密集、周邊環境復雜。筆者結合昆山長江路商住用房裝配式住宅項目就其塔吊選型、定位的考慮因素及相關方法闡述一些看法，可供類似項目進行參照。

1 項目簡介

1.1 工程概況

昆山長江路商住用房 ABC 地塊建筑位于昆山市開發區長江路東側朝陽路南側，總建筑面積 15.88 萬 m2，由 3 種標準戶型組成三種房型，主要為 C 戶型、CC 戶型、AB 戶型。其中 6# 樓、7# 樓為 CC 戶型，2# 樓、3# 樓、11# 樓、12# 樓為 C 戶型，1# 樓、9# 樓、13# 樓、4# 樓為 AB 戶型。現場標準層高為 2.9 m，其建筑樓棟間距及建筑層數詳見各棟建筑物間距統計表（見表 1）。其各建筑物的相對位置參考圖 1。

表1 各棟建筑物間距統計表 m

圖1 建筑平面總圖示意圖

1.2 裝配式概況

其裝配式構件主要涉及疊合板及預制樓梯，其 C 戶型及 CC 戶型主要涉及疊合板預制構件，其 AB 戶型主要涉及疊合板及預制樓梯兩種構件。

疊合板為桁架鋼筋混凝土疊合板，混凝土強度等級為 C30，疊合預制板厚為 60 mm，后澆混凝土厚度為 80 mm，90 mm。C 戶型及 CC 戶型疊合板最大尺寸為 3.78 m×3.12 m；其總重量為 1.77 t；C 單層疊合板數量為 12 塊，CC 單層疊合板數量為 22 塊。AB 戶型最大尺寸為 3.57 m×2.82 m，其總重量為 1.55 t。疊合板數量為 24 塊。疊合板桁架高度主要有 90、10 0 兩種。

預制樓梯寬度為 1.220 m，踏步段高度為 1.61 m，其預制樓梯投影長度為 2.980 m，低端平臺寬度則為 0.42 m，高端平臺寬度 0.22 m，踏步寬度 260 mm，踏步高度 161.1 mm，混凝土體積為 0.738 m3，鋼筋總重 56.99 kg，預制樓梯總重為 1.91 t。

1.3 周邊環境概況

本工程施工場地狹長，其北側為待開發建設酒店用地，其東側臨近市政道路。南側為市政道路，市政道路邊存在 10 kV 的架空線路。西側為居民區，所開發工程地庫距居民區僅為 5 m。項目整體效果圖詳如圖 2 所示，其效果圖右上角為北側。

圖2 項目整體效果圖

2 裝配式塔吊選型與定位考慮因素

不同的項目，其塔吊的定位考慮因素各不相同。通常情況下塔吊的定位在臨近預制構件最重的位置，以避免產生加大塔吊型號所產生的費用。針對群體住宅，每棟盡可能設置一臺塔吊。本工程各考慮因素簡述如下。

2.1 考慮因素一:裝配式構件重量

本工程裝配式構件最重為 1.91 t，疊合板最重為 1.51 t。在其塔吊選型前期，需要對裝配式構件位置及重量進行確認復核。避免設計錯誤致使裝配式構件計算錯誤。同時需要確定裝配式構件的起吊方式，確認吊具的重量。裝配式構件吊裝主要有脫模起吊和安裝起吊兩種工況驗算；由于脫模起吊時，混凝土強度相對安裝時強度較低，所以其脫模工況下最為不利。通常只對脫模工況下進行構件驗算。安裝過程中可以按照脫模工況下選擇吊裝方式。如安裝過程中，吊裝方式與脫模起吊方式不同則需要重新進行構件驗算。塔吊定位需要優先布置靠近構件較重的位置，以選擇較經濟的塔吊型號。

2.2 考慮因素二:樓棟間距及周邊建筑的高度

本工程樓棟間距相對密集，沿南北方向呈兩端高中間低的局勢。北側端部有兩棟 29 層建筑，南部有 1 棟 32 層建筑。中間分布著 18 層及 17 層建筑。6# 樓與 9# 樓、11# 樓與 7# 樓、13# 樓與 4# 樓建筑間距密集，且 6# 樓為 17 層建筑物，9# 樓為 32 層建筑物，建筑物存在一定高差。在建筑物相對密集的情況下，由于無法保證塔與塔之間的防碰撞距離，所以無法按照一棟樓設置一臺塔吊進行實施。

具體做法：本工程通過“兩棟樓共享一臺塔吊”的施工方式，解決塔吊的布置問題。由于 9# 樓建筑物較高，所以將塔吊定位于 9# 樓。由于 9# 樓南側為高壓架空線路、西側為居民區。通過 9# 樓的塔吊只能解決 6# 樓的西單元塔吊運輸需求，其東單元需要借助 2# 樓塔吊。此外 11# 樓處于建筑群的邊緣，為保證塔吊能夠最大限度地覆蓋施工范圍，通過 7# 樓的塔吊解決 11# 樓的塔吊運輸需求。4# 樓與 13# 樓在同一側內，且兩棟均為 19 層的高層，故采用臂長為 30 m 的塔吊，以滿足施工需要。

2.3 考慮因素三:周邊環境

9# 樓周邊環境存在居民區及高壓架空線路，其 9# 樓主樓邊緣距西側居民區僅為 6 m，主樓南側存在 10 kV 的高壓線路，邊緣距高壓線路約 39 m。根據 JGJ 305－2013《建筑施工升降設備設施檢驗標準》規定（8.2.1）［1］，其 10 kV 的架空線路沿垂直距離方向＞3 m，沿水平方向大于 2 m。

具體做法：在考慮安裝 9# 樓塔吊定位過程中，優先考慮避免塔吊大臂覆蓋居民區，塔吊在其塔吊定位過程中，遠離居民區一側布置。同時保證塔吊距離架空線路的安全距離，塔吊初始安裝考慮塔吊與高壓線路的距離，大臂底部高出高壓線路 13 m；安裝塔吊防碰撞系統，以覆蓋范圍內的高壓為中心往外 4 m 設置塔吊區域保護區域，使得塔吊小車無法進入該區域。

2.4 考慮因素四:施工段劃分及現場組織

本工程樓棟間距相對密集。沿南北方向呈兩端高中間低的局勢。北側端部有兩棟 29 層建筑，南層有 1 棟 32 層建筑。中間分布著 18 層及 17 層建筑。對臨近高層周邊的樓棟塔吊布置形成了約束和限制。

具體做法：在其定位及選型的過程中，優先施工建筑高度較高的塔機。以滿足群塔作業防碰撞距離。此外根據現場施工段劃分、順序及塔吊定位，對緊后施工段的塔吊進行檢查，其緊后施工段的塔機大臂需要與緊前施工的建筑物及防護設施保持足夠的安全距離。

2.5 考慮因素五:塔吊拆除方向

由于塔吊周邊擬建筑物交叉布置，在前期考慮塔吊定位時，將塔吊大臂的方向朝向指向后期拆除方向。以便后期塔吊能夠順利拆除。

2.6 考慮因素六:塔吊附著裝置

由于擬建筑的高度較高，塔吊的獨立高度無法滿足施工要求，往往通過設置附臂才能滿足施工要求。目前，設置角常見的附臂方式為三桿附臂和四桿附臂兩種。通過構建穩定幾何不變體系（三角形不變體系）保證能夠滿足塔吊附臂高度［2］。其三桿附臂附著桿與垂直于附著面塔吊標準節的水平夾角通常控制在 15°～ 45°（見圖 3），四桿附著通常控制在 40°～ 60°（見圖 4）。具體控制角度需要根據塔吊說明書進行確認。

圖4 四桿附著裝置示意簡圖

2.7 考慮因素七:塔吊基礎選擇及結構、建筑沖突檢查

塔吊基礎生根于底板之上，往往會與地下室結構柱、結構梁發生沖突。可采用高承臺樁基礎，采用格構式鋼柱承臺基礎進行處理避免結構部分沖突。承臺高于地庫頂板。避免標準節與結構構件沖突。此外如塔吊基礎采用樁基礎，需要考慮樁基礎與結構工程樁之間的位置及項目已有樁之間的位置；對建筑功能同樣需要沖突檢查，如塔吊基礎面與底板面平齊，需要避開積水坑、水池等位置。

3 裝配式塔吊選型與定位方法

在項目勘察及難點分析的基礎上，需要建立相應的模型數據。結合 CAD 及 BIM 運用技術，對該類平面模型及空間模型進行分析比對吊力及相關的考慮因素，形成裝配式塔吊選型與定位的最優方案。就該類方法簡述如下。

3.1 塔吊型號的吊力驗算方法

裝配式建筑的塔吊選型首要考慮塔吊的吊力，塔吊吊力隨著幅度的遞增呈遞減變化。其次塔吊的吊力性能分為二倍率和四倍率。其四倍率的吊運速度慢于兩倍率，即同一臺塔吊四倍率的吊運的慣性力往往小于兩倍率的慣性力，但其吊力在其根部一定范圍內四倍率的吊力往往是兩倍率的吊力的兩倍。在工期允許的前提下，優先考慮塔吊的四倍率作為塔吊的吊力性能主要參數。隨著塔吊起升高度的不斷提升，其塔吊四倍率的鋼絲繩長度將受到限制；從而會出現塔吊頂升至一定高度后只能使用兩倍率。采用四倍率進行施工可避免兩倍率下降速度過快產生安全事故。

針對裝配式塔吊吊力驗算，首先根據施工總說明及深化總說明選擇合理的起吊方式，根據起吊方式，確認起吊吊具的重量；再將不同裝配式構件的重量與吊具的重量之和（即吊重）在平面表示出來，初步確定塔吊的位置；根據塔吊的位置及塔吊說明書起吊性能表繪制塔吊吊力圈，將兩倍率、四倍率的吊力圈繪制在兩張圖紙中；根據現行規范，確認起吊的動力系數，計算塔吊的吊力與吊重的比值。如該比值大于動力系數則驗算通過，反之，則不通過。以 1# 樓最重構件復核為例，具體吊力圈如圖 5 所示（圖 5 為兩倍率吊力圈），最重構件為預制樓梯，重量為 1.91 t，其吊具重量為 0.3 t；其吊重為 2.21 t，對應塔吊起重性能曲線對應臂長處吊重分別為 3 t、6 t。其吊力與吊重的比為1.35（即 3/2.21=1.35）；根據 GB 50666－2011《混凝土結構工程施工規范》第 9.2.2 條［3］，吊運過程中的動力系數取 1.5，故該型塔吊在預制樓梯吊運過程中需要采用四倍率。該建筑層高為 17 層，借鑒以往施工高度，四倍率可以滿足施工。

圖5 1# 樓塔吊吊力圈復核示意圖

3.2 利用 CAD 塊對塔吊各類因素進行放樣

根據塔吊實際臂長、標準節寬度、平衡臂等相關參數建立單獨塔吊 CAD 圖塊。根據現場建筑的位置及吊力對塔吊進行初步定位，將所定位的塔吊組成一個 CAD 圖塊.根據該圖塊的基準點將所建立的圖塊放入總平面圖、地下室結構圖、基礎樁位圖、施工升降機定位圖中，進行沖突檢查。首先以單獨因素為考慮前提，在塊的編輯功能中調節，查看與其他因素的影響。通過單因素調節，查驗其他因素，避免因考慮不周，塔吊標準節與結構構件發生沖突，與周邊居民區、高壓架空線路未能保證有足夠的安全距離。圖 6 為 CAD 塊對周邊環境進行沖突檢查，設置塔吊區域保護。

3.3 BIM 模擬塔吊群塔作業施工

利用Revit軟件體量功能，對擬建建筑外輪廓、建筑高度、建筑的相對位置建立體量模型。根據塔吊說明書的相關參數建立塔吊模型族，其標準節可采用共享參數，根據 CAD 圖紙中的塔吊位置將所建好的塔吊族放置在模型內。通過調整共享參數族對現場的塔吊初始安裝高度及安裝高度進行模擬。以保證塔吊與塔吊之間的防碰撞距離滿足安全距離需要（見圖 7）。

圖6 塔吊圖塊與周邊環境沖突考慮

4 結語

圖7 塔吊 BIM 定位模擬示意圖

塔吊定位、選型是裝配式吊裝安全的重要保障。而成功的塔吊選型及定位需要同時考慮諸多因素。在諸多因素中，環環相扣。本文通過項目實列，結合項目實際考慮因素利用 CAD 和 Revit 軟件進行模塊化模擬，對裝配式建筑塔吊選型及定位具有一定價值。通過 CAD 及 Revit 軟件進行模擬，通過圖塊或模型在特定的環境中模擬，提前發現問題解決問題，是對塔吊選型及定位的一項重要工作。