內爬式動臂塔機內爬鋼梁提升系統研究

陳吉申，李孟華，王全利，何思明，許 政，廉成虎

(中鐵建設集團北京工程有限公司，北京 100043)

隨著城市建設的快速發展，超高層建筑項目如雨后春筍般遍地開花。內爬式動臂塔機因其起重臂可以俯仰變化，群塔作業抗干擾能力強。且塔機利用上、下兩道內爬支撐體系固定在建筑物上，完成內爬頂升作業，無須額外的標準件，節約了資源，因此在超高層建筑施工領域大放異彩。但其結構形式復雜，內爬過程技術難度大，對施工單位自身技術能力提出了較高的要求。

本文以南京德基世貿中心A 棟項目為例，設計了一套新型內爬式動臂塔機的剛梁提升系統，利用塔機自身吊裝能力，倒運內爬支撐梁，降低勞動力資源投入，提升工作效率，進而滿足了施工現場工期要求。

1 工程概況與塔機使用情況

南京德基世貿中心A 棟項目，建筑高度343.1m，建筑面積15.3 萬m2。結構形式為鋼框架-鋼混核心筒結構，建筑寬度46.9m×46.9m，核心筒寬度24.8m×24.8m，地下3 層，地上67 層。

塔機的布置因主體結構、吊裝要求的不同，型式也會有所不同。根據本工程施工特點，現場采用2 臺中聯重科L500-32 型內爬式動臂塔機，2 臺塔機對角布置在核心筒外側，見圖1，塔機可以有效覆蓋全部鋼柱，塔機起重量能夠滿足現場要求，雙塔互不干擾，調運效率高，核心筒內梁板可隨外框同時施工，又能夠有效節省工期。合理的塔機布置可以提高吊裝效率，節約施工成本，塔機性能概況如表1 所示。

表1 塔機性能概況

圖1 塔機定位布置圖

2 工程的難點和特殊要求

南京德基世貿中心A 棟項目施工現場場地狹小，設置了東、西2 個料場，用于鋼結構、水泥、周轉材料等的堆放和周轉。建筑層高標準層4.4m，避難層5.6m、爬架高度17.5m，建筑總高343.1m，地上67 層，主體結構計劃6 天1 層，現場工期較為緊張。內爬動臂塔機首次安裝至核心筒9 層，此時二次結構、機電安裝等各專業分包已進場施工，現場存在多工序交叉作業。

1#、2#塔機是現場唯一的垂直運輸設備，承擔現場鋼結構吊裝、材料調運、部分混凝土澆筑等重要施工任務，每臺塔機需要爬升15 次。內爬鋼梁是內爬支撐體系最重要組成部分，每次內爬前都要先進行提升倒運，其提升效果的好壞是影響整個塔機內爬工作的關鍵。

按照傳統方式，現場內爬鋼梁提升可以采取兩種方案。一種是依靠人工利用葫蘆吊配進行內爬支撐梁的提升工作，此種方式造成內爬支撐梁的提升工作間較長，人員勞動強度大，內爬工作整體效率低下。另一種方式是現場1#、2#塔機相互配合，利用1#塔機提升2#塔機的內爬鋼梁，2#塔機提升1#塔機的內爬鋼梁，此種方式能夠降低人員勞動強度，但任意一臺塔機內爬鋼梁提升時必須全部占用現場的塔機設備，現場其他垂直運輸工作全部停止。

上述兩種方案各有弊端，因此迫切需要一種既能夠降低人員勞動強度，提升內爬工作效率，又能降低對現場施工影響的施工方案。通過設計一種新型內爬鋼梁提升系統，利用塔機自身起升鋼絲繩完成內爬支撐鋼梁的倒運，成功解決了上述問題。

3 系統結構及工作原理

3.1 動臂塔機正常工作時的缺陷

動臂塔機正常工作狀態時起重臂最大工作仰角為α（一般α 為85°），吊鉤垂直中心線與塔身垂直中心距離的最小距離（Lmin）為塔機的工作盲區，參照塔機概況表可知現場1#塔機的工作盲區大于2#塔機的工作盲區，為7.4m。現場1#塔機支撐體系示意圖見圖2，內爬鋼梁吊點距塔身垂直中心距離L1（現場測量L1=2.3m，見圖2(b)）。在正常工作狀態下的Lmin大于L1，且差距較大。吊鉤位置距離內爬鋼梁的吊點位置較遠，無法直接使用塔機自身進行內爬鋼梁的提升吊運工作。

想要利用塔機起升吊鉤提升內爬鋼梁，必須使起升吊鉤中心點與內爬鋼梁吊點位置重合，即起升吊鉤中心線Lmin至塔機中心線的距離與內爬鋼梁吊點位置至塔機中心線距離L1相等。

圖2 內爬動臂塔機支撐體系示意圖

3.2 新型內爬鋼梁提升系統的工作原理

通過在塔身安裝輔助變幅裝置，使起升吊鉤中心點到塔機中心線的距離減小，從而減小塔機的最小工作幅度。當塔機起升吊鉤中心點移動至內爬鋼梁吊點正上方時，利用塔機自身起升吊鉤完成內爬支撐梁提升工作。

1# 塔機1 倍率時設計最小工作幅度Lmin=7.4m，其內爬鋼梁吊點位置距離塔機回轉中心線為L1。通過輔助變幅裝置，1#塔機的最小工作幅度由Lmin變為L1，此時起升鋼絲繩與豎直面夾角4°，內爬鋼梁及吊索具總重量為G=5.9t，此時起升鋼絲繩傾斜段受力為F1=G/cos4°=5.914（t），小于額定載荷16t，輔助變幅牽引水平力F2=G/tan4°=0.437t，用2t 低速電動卷揚機作為輔助變幅機構動力可以滿足要求。

3.3 新型內爬鋼梁提升系統的組成

新型內爬鋼梁提升系統主要由內爬塔機起升吊鉤、輔助變幅裝置組成，見圖3。

圖3 新型內爬鋼梁提升系統

3.3.1 安裝程序

1）在上支座上安裝2t 卷揚機，用于提供輔助變幅動力。

2）在平衡臂上安裝2t 定滑輪。用于改變2t卷揚機鋼絲繩的傳動方向。2t 定滑輪安裝時，遠離塔身中心一定距離，此距離大于塔機吊運內爬支撐梁作業幅度減少值（Lmin-L1）。從而實現L1距離滿足內爬支撐梁倒運要求。

3）2t 卷揚機繞出鋼絲繩經2t 定滑輪后固定在上支座前端。

4）起升鋼絲繩安裝2t 滑車、2t 吊帶。

3.3.2 工作過程

使用本裝置時，塔機回轉使起重臂朝向內爬支撐梁位置，起重臂俯仰至最大設計角度α，俯仰機構制動。牽引2t 吊帶上支座前端，將吊帶與2t 卷揚機鋼絲繩用2t 吊環連接。啟動2t 卷揚機，緩慢收緊鋼絲繩，繃緊吊帶見圖3b。繼續收緊鋼絲繩，減小塔機的作業幅度至L1，工作狀態見圖3(c），利用塔機起升吊鉤提升內爬鋼梁。使用完畢后，卷揚機緩慢放繩，打開吊環還原塔機的至正常工作狀態，工作狀態見圖3(a）。

3.3.3 實現的效果

本系統可以實現內爬式動臂塔機在較小幅度位置提升內爬支撐梁的功能，擴大了塔機提升內爬支撐梁的幅度范圍。提升了塔機爬升工作的機械化程度，降低了人力投入，大幅提升了塔機爬升工作效率。此方法在使用過程中經實際運行檢驗，塔機倒運內爬支撐梁導致的工藝停工時間，由原來的平均30h/次減少至平均6～8h/次，操作人員數量由8 人減少至4～5 人。方便快捷地解決了支撐梁的倒運問題，提高了生產效益。

4 總結

內爬鋼梁提升是內爬式塔機施工過程中的一項關鍵工序。新型內爬支撐梁提升系統，滿足了內爬式動臂塔機小幅度倒運支撐梁的要求，有助于內爬動臂式塔機的推廣應用，并產生良好的社會效益和經濟效益。