裝配式建筑塔式起重機附著點增強措施及受力分析

劉洋，劉鑫，楊皓東，涂剛要，龐濤 （合肥建工集團有限公司，安徽 合肥 230088）

0 前言

近年來，我國經濟已由高速增長階段轉向高質量發展階段，建筑業的發展必須適應經濟環境的變化，正在努力實現行業的轉型升級，因此，建筑工業化進入了快速發展時期。我國裝配式建筑的規模增加，裝配式建筑的技術也在不斷更新進步，以快速適應施工生產的需求。塔式起重機作為裝配式建筑最重要的施工機械之一，其安全性、穩定性直接決定了項目的安全生產以及工程質量。塔式起重機與結構的附著問題關系到設備的運行安全，本文通過在附著點處現澆構件中設置一種“L”型預埋件，經理論分析和現場應用，可以有效減少附著點處混凝土開裂現象和保證結構安全，并總結出了塔式起重機附著點的增強措施施工技術。

1 工程概況

1.1 設計概況

某裝配式住宅項目位于安徽省蚌埠市，由1-26#樓、地下車庫、配套商業、配套用房（含社區綜合服務中心、公廁、配電房、物業用房）組成，總建筑面積為16.8萬m2。其中1-21#樓為裝配式剪力墻結構，裝配率為51%～54%。

1.2 塔式起重機及附著位置簡況

該工程共使用塔式起重機17臺，其中7525塔式起重機4臺；7020塔式起重機13臺。現以5#樓工程為例，需要在北側安裝一臺某品牌塔式起重機作為吊裝工具，最大工作幅度75m，獨立高度51.3m，最大工作高度240.3m，最大起重量16t，末端起重量2.5t。塔機附著型式及立面圖如圖1所示。

圖1 附著位置示意圖

2 附著點增強措施方案

2.1 增強措施設計方案

利用鋼板、鋼筋、高強螺栓等零部件組合焊接制成定型化的附墻加固體系預埋件，將預埋件準確定位安裝于剪力墻中并澆筑混凝土，模板拆除后，將塔式起重機附著裝置與預埋件進行連接，從而起到固定塔式起重機的作用。

該預埋件需結合剪力墻結構進行設計，由塔吊設備制造廠家焊接制作。預埋件鋼骨架采用兩塊10mm厚鋼板成90°角焊接而成，拉鉤采用Φ18圓鋼，并與鋼板骨架雙面焊接，焊縫高度不小于10mm。圓鋼拉鉤中心線水平間距220，豎向間距140，均勻分布。附墻件連接基座與鋼板采用高強螺栓連接，確保連接牢固。預埋件型式、拉鉤布置及相關尺寸如圖2所示。

2.2 技術特點

圖2 預埋件剖面圖

①相對于傳統的連接基座直接通過螺栓連接在混凝土結構上，設置預埋件可以明顯增強裝配式建筑塔式起重機附著點處的結構強度，增加附墻系統安全系數。

②適用性較強，對“L”形、“Z”形等截面墻體均適用。

③增大現澆結構受力面積，鋼板均勻承受荷載，避免局部應力集中產生混凝土破損、墻體開裂等現象。

④研究確定預埋件位置設于剪力墻約1/3處，減小塔式起重機工作工況下荷載對主體結構影響。

3 主要施工工藝分析

3.1 剪力墻鋼筋安裝

①剪力墻鋼筋安裝嚴格參照設計圖紙及規范圖集施工。

②預埋件部位剪力墻箍筋設置為開口箍，與預埋件焊接牢固。

③剪力墻鋼筋綁扎采用梯子筋定位，確保鋼筋間距及保護層厚度滿足規范要求。

3.2 預埋件及附墻件連接基座安裝加固

①墻柱縱筋安裝完成后，安裝預埋件。預埋件中心線與墻柱中心線重合。

②確保預埋件位置定位準確，與墻柱鋼筋進行焊接固定。模板安裝完成后再次復核預埋件位置。

③預埋件設置于剪力墻高1/3處，如若與標準節的某些部位干涉，可適當升高或降低預埋件的預埋高度。

④將附墻件連接基座與預埋件鋼板采用高強螺栓進行連接，采用雙螺帽擰緊。

3.3 附著裝置安裝

①混凝土同條件試塊強度達到100%后，安裝塔式起重機附著裝置。

②附著裝置安裝前應進行技術交底，特殊工種持證上崗。

③安裝時應用經緯儀檢查塔身軸線的垂直度，懸出段以上其偏差不得大于塔身全高的4/1000，懸出段以下其偏差不得大于塔身全高的2/1000，允許采用調節附著桿件的長度來達到。

④附著桿件與附著框架、連接基座，以及附墻框架與塔身的連接必須可靠。各連接螺栓應緊固調整好，開口銷必須按規定充分張開，運行后應經常檢查有否松動并及時進行調整。

4 附墻桿內力計算

根據TC7525-16D塔式起重機說明書中塔機滿載荷基礎參數，通過PKPM計算TC7525-16D附墻桿件受力（見下表）。

附墻桿內力計算簡圖如下（見圖3）。

圖3 桿件受力分析圖

計算過程如下：

其中：Σ1p為靜定結構的位移；

Ti0為F=1時各桿件的軸向力；

Ti為在外力M和P作用下時各桿件的軸向力；

li為為各桿件的長度。

考慮到各桿件的材料截面相同，在計算中將彈性模量與截面面積的積EA約去，可以得到：

各桿件的軸向力為：

以上的計算過程將θ從0-360°循環，解得每桿件的最大軸壓力，最大軸拉力：

桿1的最大軸向拉力為332.20kN，桿1的最大軸向壓力為332.20kN；

桿2的最大軸向拉力為440.09kN，桿2的最大軸向壓力為440.09kN；

桿3的最大軸向拉力為440.09kN，桿3的最大軸向壓力為440.09kN；

荷載基礎參數

桿4的最大軸向拉力為332.20kN，桿4的最大軸向壓力為332.20kN。

附墻桿內力計算為預埋件部位有限元分析計算提供依據。

5 有限元分析

5.1 模型建立

通過該項目主體結構及塔式起重機附著裝置的分析，根據項目情況建立有限元計算模型（見圖4）。分別建立剪力墻混凝土結構模型、剪力墻內鋼筋布置模型、塔式起重機附著裝置模型，賦值相關材料參數，并參照上述工作工況設置荷載參數進行計算。

圖4 附著裝置模型

5.2 有限元計算及分析

參照工作工況下荷載情況進行荷載加載，經計算后，得到以下圖示結果（見圖5～圖8）。

通過附著裝置應力云圖、混凝土結構應力云圖、鋼筋應力云圖分析，可明顯發現經過附著裝置預埋件分散應力，優化結構受力，有效地避免了附著裝置在工作工況下的應力集中情況，增加了附著裝置的安全系數，減少了附著裝置對混凝土結構的破壞。

圖5 荷載加載

圖6 混凝土結構應力云圖

圖7 鋼筋應力云圖

圖8 附著裝置應力云圖

6 結語

采用“L”型預埋件增強裝置進行附著施工，塔吊運行安全系數更高，具有較強的針對性及可操作性。通過項目實例應用，該方案避免了局部應力集中產生的混凝土破壞及裂縫問題，增強了塔式起重機附墻的可靠性。塔式起重機附墻件采用螺栓固定方式，便于安拆，可周轉使用，節約成本。同時，該裝置還豐富了裝配式混凝土剪力墻結構住宅施工技術，得到了業主及監理單位的肯定。