平臂塔機(jī)超長附著在超高層施工應(yīng)用

孫寶海，李加敖，孟慶生

（1.山東電力建設(shè)第三工程有限公司，山東 濟(jì)寧 261031；2.山東中建眾力設(shè)備租賃有限公司，山東 濟(jì)南 250222；3.濟(jì)南四建集團(tuán)機(jī)械設(shè)備有限責(zé)任公司，山東 濟(jì)南 250000）

現(xiàn)代超高層建筑設(shè)計(jì)中，通常采用框架-核心筒結(jié)構(gòu)形式，核心筒施工常采用爬?；蜾撈脚_施工工藝，在施工中，外框施工常常滯后于核心筒進(jìn)度8～20 層左右，為解決鋼結(jié)構(gòu)、材料、工具設(shè)備等垂直運(yùn)輸問題通常采用在核心筒設(shè)置內(nèi)爬或外掛動(dòng)臂塔機(jī)方案；采用內(nèi)爬或外掛動(dòng)臂塔機(jī)施工具有效率高、起重量大、使用標(biāo)準(zhǔn)節(jié)少的優(yōu)點(diǎn)；但缺點(diǎn)也很明顯：如爬升時(shí)間長、爬升次數(shù)較多、拆除難度大、拆除時(shí)間長、核心筒結(jié)閉慢、安拆爬升成本高、后做結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量難以控制等一系列問題；對于高度在200m 高左右的爬?；虺邔邮┕さ某邔咏ㄖ?，因高度不是很高，使用的塔機(jī)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)不是很多，應(yīng)優(yōu)先選用外附式塔機(jī)，外附塔機(jī)具有附著頂升快、安拆方便、安拆低的優(yōu)點(diǎn)，對于搶工工程具有明顯優(yōu)勢；但外附塔機(jī)需解決塔機(jī)超長附著問題，因外框滯后核心筒較多，將塔機(jī)附著于外框的常規(guī)做法將導(dǎo)致塔機(jī)大臂與核心筒爬?；蜾撈脚_干涉，為保證正常施工需將附著埋件設(shè)置在核心筒上，將塔機(jī)附著于核心筒上，解決超長附著問題；我單位結(jié)合超高層建筑工程的特點(diǎn)，通過對塔機(jī)超長附著的施工研究，成功解決了塔機(jī)超長附著問題，并在濟(jì)南黃金國際廣場工程成功運(yùn)用（附著桿最長達(dá)21m），取得了良好的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益，對于類似工程、異形工程等需超長附著的工程具有借鑒意義。

1 工程概況

濟(jì)南黃金國際廣場工程建筑面積約16.3 萬m2，主樓42 層，高207.10m，地下3 層，框架-核心筒結(jié)構(gòu)形式，爬模施工。為滿足鋼結(jié)構(gòu)吊裝要求及土建施工需要，主樓選用2 臺塔機(jī)配合施工（1 臺TC7052 塔頭式塔機(jī)、1 臺TCT7525 平臂塔機(jī)），TC7052 臂長覆蓋TCT7525 塔身，為確保施工安全，TC7052 塔機(jī)始終比TCT7525塔機(jī)高度高12m（圖1）；TC7052 塔機(jī)（臂長65m，起重臂向東）安裝于主樓北側(cè)，塔機(jī)中心距核心筒外墻垂直距離15 445mm，距外框垂直距離4 256mm；TCT7525 塔機(jī)（臂長50m，起重臂向東）安裝于主樓南側(cè)，塔機(jī)中心距核心筒外墻垂直距離14 594mm，距外框垂直距離3 344mm。

圖1 塔機(jī)平面布置、附著位置圖

2 塔機(jī)平面附著點(diǎn)選擇及桿長確定

2.1 附著點(diǎn)選擇

塔機(jī)附著在主樓核心筒剪力墻上，選擇附著點(diǎn)時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)考慮以下因素。

1）附著處結(jié)構(gòu)應(yīng)能夠滿足塔機(jī)附著反力要求；本工程塔機(jī)附著于主樓核心筒剪力墻上，附著處承載能力強(qiáng)，完全能夠滿足塔機(jī)附著要求（設(shè)計(jì)院已復(fù)核）。

2）滿足塔機(jī)附著角度要求；過大或過小的附著角度都會(huì)使附著內(nèi)力成倍增加，附著角度應(yīng)控制在30°～70°為宜。

3）滿足外框鋼結(jié)構(gòu)吊裝要求；塔機(jī)附著于核心筒上，附著桿需穿越鋼結(jié)構(gòu)外框，附著桿下應(yīng)無外框鋼柱，以免影響鋼柱吊裝，影響施工進(jìn)度。

綜合考慮以上因素，最終確定塔機(jī)附著平面定位如圖2、圖3 所示。

圖2 TCT7525塔機(jī)附著示意圖

圖3 TC7052塔機(jī)附著示意圖

2.2 附著桿長確定

本工程塔機(jī)采用四桿附著，附著點(diǎn)確定后，即可確定附著桿長，下表為附著桿長匯總?cè)绫? 所示。

表2 附著桿長匯總 (單位：mm)

3 塔機(jī)立面附著點(diǎn)布置及常規(guī)附著轉(zhuǎn)換

立面附著點(diǎn)的合理布置，能夠減少附著次數(shù)，對于提高功效、縮短工期至關(guān)重要，選擇立面附著點(diǎn)時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)考慮以下因素。

1）爬模的影響 本工程爬模高15.2m，覆蓋3.5 個(gè)樓層，設(shè)置塔機(jī)附著點(diǎn)時(shí)應(yīng)考慮吊裝的材料、構(gòu)件能夠越過爬模防護(hù)平臺，否則會(huì)延誤工期。

2）鋼柱吊裝影響 本工程核心筒內(nèi)25 層以下設(shè)計(jì)有24 根型鋼柱，在核心筒施工過程中，型鋼柱需領(lǐng)先核心筒混凝土結(jié)構(gòu)2～3 層，型鋼柱的吊裝到了標(biāo)準(zhǔn)層后宜2～3 層一吊，以減少焊接量，提高效率；因此塔吊附著點(diǎn)位需考慮鋼結(jié)構(gòu)安裝需要，避免附著過晚導(dǎo)致影響核心筒鋼結(jié)構(gòu)施工，或附著過早造成資源浪費(fèi)、延長工期。

綜合考慮以上因素，確定附著點(diǎn)高度，附著簡圖如圖4 所示。

圖4 塔機(jī)附著簡圖

隨著外框高度增加，宜將下部超長附著拆除，循環(huán)向上使用，將塔機(jī)附著轉(zhuǎn)換到外框柱上（常規(guī)附著）；不宜全部使用超長附著，全部使用會(huì)增加施工成本，影響后期二次結(jié)構(gòu)及裝飾施工；該工程因外框滯后核心筒較多，每臺塔機(jī)加工3 套超長附著，可以滿足施工要求；塔機(jī)外框附著點(diǎn)設(shè)置按塔吊說明書中最經(jīng)濟(jì)附著點(diǎn)位設(shè)置最為經(jīng)濟(jì)合理，轉(zhuǎn)換次數(shù)最少，對現(xiàn)場施工的影響程度最低。

4 超長附著的設(shè)計(jì)

超長附著具有長度長、自重大、截面大的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)附著桿應(yīng)考慮自重影響，附著桿應(yīng)具有較大剛度，避免自重作用產(chǎn)生過大的撓度；本工程附著桿最長21 013mm，為超長附著，為此附著桿采用格構(gòu)式設(shè)計(jì)，截面600mm×600mm，主肢采用┕100×12mm，綴條采用┕50×5mm，綴條間距600mm，材料選用Q345B，為充分利用材料的強(qiáng)度、節(jié)省材料、減輕自重和增大剛度，附著桿采用變截面四肢格構(gòu)式（圖5）。

圖5 變截面四肢格構(gòu)式附著桿

5 附著桿的內(nèi)力計(jì)算

5.1 塔機(jī)及附著桿參數(shù)（表2）

表2 TCT7525塔機(jī)及附著桿參數(shù)

5.2 工作狀態(tài)附著桿內(nèi)力計(jì)算

1）通過附著受力分析計(jì)算，最大附著反力RE=384.5kN。

2）扭矩組合標(biāo)準(zhǔn)值按說明書，Tk=702kNm。

3）附著桿內(nèi)力計(jì)算：塔機(jī)扭矩Tk 由附著系統(tǒng)承擔(dān)，水平內(nèi)力Nw=1.4RE=538.3kN。

四桿附著屬于一次超靜定結(jié)構(gòu)，用力法求解，θ由0～360°循環(huán)，計(jì)算各桿極值。

最大軸壓力：T1=±700.7kN，T2=±231.5kN，T3=±515kN，T4=±690.38kN。

5.3 非工作狀態(tài)附著桿內(nèi)力計(jì)算

非工作狀態(tài)內(nèi)力計(jì)算（此工況下不計(jì)扭矩）與工作狀態(tài)同，且各桿軸力小于工作狀態(tài)，校核以工作狀態(tài)為準(zhǔn)

5.4 附著桿校核

工作狀態(tài)下的附著桿1 桿軸壓力最大、且1桿最長，為此只需校核1 桿即可。

1）附著1 桿參數(shù) 附著桿加工成四肢綴條格構(gòu)式桁架，截面600mm×600mm，主肢┕100×10mm，綴條┕50×5mm，材料Q355B，截面如圖6 所示。

圖6 附著桿截面圖

2）強(qiáng)度校核經(jīng)測量附著1桿自重G1=20.5kN，附著桿1長l1=21.016m，

滿足要求。

3）整體穩(wěn)定性校核

滿足要求。

4）分肢穩(wěn)定性校核

5）綴條穩(wěn)定性校核

TC7052 塔機(jī)附著驗(yàn)算步驟同上，結(jié)果均滿足要求，計(jì)算略。

6 超長附著的安裝

本工程附著桿最長21 013mm，為便于運(yùn)輸，附著桿在加工廠內(nèi)分段加工，現(xiàn)場拼裝，拼裝應(yīng)保證附著桿的撓度在允許范圍內(nèi)。

超長附著桿的安裝基本程序和常規(guī)附著相同，但因本工程采用爬模施工，安裝難度增加；附著桿的安裝需在爬模爬升露出埋件、混凝土強(qiáng)度達(dá)到要求后，才能進(jìn)行；爬模爬升后，埋件處無焊接及安裝人員作業(yè)平臺，解決作業(yè)人員作業(yè)平臺方可完成塔機(jī)附著安裝；因核心筒與外框高差較大，從外框搭設(shè)作業(yè)平臺既不經(jīng)濟(jì)也不可行；為此，經(jīng)現(xiàn)場考察，設(shè)計(jì)了一種裝配式可拆卸的便捷附著作業(yè)平臺，通過8#工字鋼掛在爬模主龍骨上，當(dāng)附著施工完成后，可將附著平臺方便的收回爬模內(nèi)；附著平臺解決了附著安裝難題，在本工程成功運(yùn)用，順利完成附著安裝；附著平臺不僅安全可靠，而且制作成本低，安裝方便，受到建設(shè)方、施工總承包一致好評。

7 結(jié)語

超長附著的成功運(yùn)用，為爬?；蜾撈脚_施工的200m 左右超高層建筑增加了一種優(yōu)選的施工方案，同時(shí)，對于異性建筑等需超長附著的建筑亦具有指導(dǎo)意義。