動臂塔機鋼框架結構內爬升設計與施工

（中國建筑第二工程局有限公司,北京 100160）

隨著我國經濟實力不斷提升,越來越多的高層建筑拔地而起,現代化建設不斷突破,超高層建筑中核心筒與鋼框架組合結構被廣泛采用。此類超高層建筑的施工難度大,對垂直運輸設備要求高,因此塔機的選型及布置對建筑施工具有重要的影響。

鋼框架結構的超高層建筑施工中,越來越多的運用動臂式內爬升塔機,這類塔機利用建筑內部已有的空間進行安裝,對建筑局部結構進行加固,通過支承構件和爬升套件即可實現爬升,由于內爬升塔機的重量和施工荷載全部由建筑承擔,故不需要進行塔機的基礎施工,且該類塔機不受高度限制,可隨建筑不斷向上爬升,滿足現場施工要求。

1 項目概況

1.1 工程概況

春之眼商業中心工程（圖1）由2 棟超高層摩天大廈與高端商業中心組成,包括一棟高度407m 主塔,一棟高度308m 的副塔及商業裙房地上9 層和地下5 層空間組成。

春之眼商業中心工程分為3 期進行開發,一期工程為裙房9 層及主副塔12 層以下。為保證一期工程副塔主體鋼結構等建筑施工材料的垂直運輸需要,于副塔鋼框架外框處安裝一部M760DX動臂式內爬升塔機。

圖1 春之眼商業中心項目分區開發圖

1.2 塔機概況

本工程4#塔機為法福克M760DX 塔機：該塔機獨立高度為56m,平衡臂長度8.245m,起重臂長55m,工作半徑52.5m。單倍率末端吊重13.1t,最大吊重32t,對應工作半徑6.3～27.5m。

4#塔機采用內爬升形式,塔機起始安裝于正負零樓板,塔機安裝高度52m。塔身部分由1 節內頂升節、8 節標準節、4 節加強節組成。其他的主要部件有回轉機構總成、平衡臂、A 形塔、防傾架、吊臂（55m）、起升卷揚、變幅卷揚、吊鉤、配重和各種平臺、爬梯等。塔機部件的連接均采用高強度銷軸連接,標準節間采用高強度螺栓連接。

根據本項目一期工程副塔施工需要,結合塔機使用說明書要求,一期施工至L16層（95.5m）,4#塔機需爬升2 次,達到使用高度110.5m,滿足要求。

2 重難點分析

1）由于動臂式內爬升塔機自重荷載、施工荷載及回轉扭矩全由建筑結構鋼梁承擔,需對承載部分原有結構鋼梁進行加固處理,以保障塔機施工。

2）該動臂式內爬升塔機無混凝土基礎底座和水平附著,每次塔機爬升后需滿足垂直要求。

3）動臂式內爬升塔機隨建筑施工進度不斷向上爬升,需設置可周轉爬升套件以滿足爬升要求。

3 塔機爬升設計

3.1 爬升工況分析

4#塔機首次安裝時承載鋼梁、C 型框布置在正負零樓板及L4 層底板鋼梁上,此時塔機高度可以滿足L10 層的正常施工。待L8 層鋼梁施工完畢后,在L8 層布置一道承載鋼梁、C 型框,再對塔機進行第一次爬升,達到使用高度88.7m,滿足副塔L13 層施工。待L12 層鋼梁施工完畢后,在L12 層布置一道承載鋼梁、C 型框,再對塔機進行第二次爬升,最終達到使用高度110.5m,滿足副塔L16 層全部工程施工。

3.2 結構加固設計

由于動臂式內爬升塔機自重荷載、施工荷載及回轉扭矩全由建筑結構鋼梁承載,需對承載部分原有結構鋼梁進行加固處理,以保障塔機施工。

3.2.1 增加聯系拉桿

1）在結構支撐鋼梁平面增設水平聯系桿件（圖2）,水平聯系桿件一端與加固結構支撐鋼梁通過連接板鉸接,另一端于原結構鋼梁通過連接板鉸接,使之形成三角結構,以加強原結構鋼梁對塔機回轉時產生的扭矩抵抗力。

2）在結構鋼梁立面增設反拉式拉桿（圖3）,拉桿一端與支撐鋼梁通過連接板鉸接,另一端與上部結構鋼梁通過連接板鉸接,以加強結構鋼梁的承載能力。

圖2 水平聯系桿件安裝示意圖

圖3 立面拉桿安裝示意圖

3.2.2 結構鋼梁加固

3）在結構支撐鋼梁與連接板及塔機承載鋼梁連接位置增設橫向加勁肋,加強結構支撐鋼梁局部剛度,并在結構支撐鋼梁翼板緣口內側增加扁鋼,將原H 型鋼梁加固為箱型鋼梁,加強結構支撐鋼梁整體強度（圖4）。

圖4 加固結構支撐鋼梁示意圖

3.3 爬升套件設計

3.3.1 安裝承載鋼梁

動臂式內爬升塔機安裝時已于L1、L4 層布置塔機承載鋼梁（圖5）,首次爬升時需在L8 層安裝一套塔機承載鋼梁,布置在L8 層結構支撐鋼梁上,采用焊接形式進行固定。

3.3.2 安裝C型框

C 型框（圖6）由2 件半框組成。將2 個C型框半框固定在L8 層塔機承載鋼梁對應位置,兩半框之間、C 型框與塔機承載鋼梁之間采用高強度螺栓連接,塔機承載套件如圖7 所示。

圖5 安裝承載鋼梁圖

圖6 安裝C型框圖

圖7 塔機承載套件圖

3.3.3 安裝爬帶

根據第二道（L4 層）與第三道（L1 層）C 型框的間距將分段的爬帶按要求進行組合（圖8）,使用銷軸將爬帶上端與第二道C 型框下端的專用連接位置相連,爬帶與爬帶之間同樣采用銷軸連接。

4 塔機爬升施工

4.1 頂升系統安裝及調試

圖8 爬帶連接示意圖

將頂升油缸與液壓站之間用高壓油管連接,并進行相應檢查、調試。啟動頂升系統,來回伸、縮油缸數次。檢查頂升系統是否完好、滿足爬升需求。確認無誤后,將爬升梁支撐塊在爬帶臺階上,開始操作頂升控制手柄進行試頂升動作。

4.2 頂升作業

頂升系統經檢查確認無誤后,將適量配重物吊起,抬起或下趴吊臂,找塔機的頂升平衡力矩,直到前后平衡力矩相等。平衡力矩調整好后便按操作規程開始爬升。

1）第一步 ①油缸頂出,使爬升梁支撐塊在爬帶上；②把塔機固定撐爪和爬升節的上撐爪向內側擺,使之不碰爬帶；③緩慢頂起塔機并使之脫離基礎承臺少許,觀察頂升壓力及其它部件是否正常。

2）第二步 ①觀察一切正常后,油缸繼續伸出,直到上撐爪越過爬帶相應臺階；②擺出上撐爪,慢慢收油缸,使上撐爪支承在爬帶臺階上。

3）第三步 ①繼續收起油缸,直至爬升梁上兩側的撐爪越過爬帶相應臺階；②擺出爬升梁上的撐爪收回油缸,直至頂升梁上的撐爪支承在爬帶臺階上；③伸出油缸,把頂升節上撐爪擺回。

4）第四步 ①繼續伸出油缸,頂起塔機,使上撐爪越過爬帶下一個臺階；②擺出上撐爪,緩慢收起油缸,使上撐爪支承在爬帶臺階上；③到此為止,塔機頂升已經完成了一個工作循環。

5）第五步 重復以上步驟,直至塔機固定撐爪高出第二道C 型框,緩慢調整,把塔機固定撐爪擺出,支承在C 型框的固定支承塊上并調整水平。然后將兩道工作用的支撐框所有頂塊頂出、固定,塔機的一次頂升完成,塔機爬升原理圖、爬升完成示意圖分別如圖9～圖10 所示。

圖9 爬升原理圖

圖10 爬升完成示意圖

5 效益分析

超高層鋼框架體系建筑中,動臂式內爬塔機布置于鋼框架內部,借助原有結構鋼梁作為塔機承載基礎。分析塔機運行工況及荷載分布情況,對原有結構鋼梁進行加固設計。鋼框架結構體系局部加固相較簡單,將原結構H 型鋼梁加固為箱型鋼梁,并設置反拉式拉桿以增加結構承載力,水平方向設置水平拉桿以增加水平抵抗力。整體施工難度不大,加固成本不高,操作性強。

內爬式塔機爬升效率高,塔機爬升套件：塔機承載鋼梁、C 型框、爬帶可周轉使用,按要求提前對塔機安裝支撐結構進行加固,安裝好爬升套件后即可爬升,塔機單次爬升周期短,且不占用施工場地。

內爬式塔機與基礎外附式塔機相比較：施工高層建筑時無須多道錨固裝置和附著設計,只需在建筑平面預留出塔機安裝洞口,提高局部鋼結構強度；內爬式塔機利用建筑物不斷向上爬升,爬升高度不受限制,減少大量標準節的使用,加快了施工進度,建筑物高度越高,經濟效益越顯著。

6 結語

本工程結合項目實際情況,通過對原結構鋼梁加固,將動臂式爬升塔機安裝于鋼框架結構上,并設計可周轉使用的爬升套件。及滿足塔機施工要求,也確保塔機安全使用。在整個塔機安裝、運行及拆除過程中,均未發生任何安全事故,施工效果良好,經濟效益明顯,為類似塔機內爬結構加固設計施工提供了良好的借鑒參考作用。