塔機屋面安裝技術在超高層工程中的應用

劉文華，王善科，宮石壘，韓俊虎，王豪杰

LIU Wen-hua,WANG Shan-ke,GONG Shi-lei,HAN Jun-hu,WANG Hao-jie

（山東中建物資設備有限公司，山東 濟南 250014）

隨著國內(nèi)外超高層建筑的不斷發(fā)展，核心筒與鋼框架組合結構被廣泛應用。此類工程吊裝構件重量大、吊次多、核心筒狹小，同時布置多臺塔機困難且效率低，內(nèi)爬和外掛式動臂塔機得以在此類工程中大展身手，但由于此類塔機以核心筒結構為支撐，或在核心筒內(nèi)或掛在核心筒外，塔機爬升至最終位置后，受支撐架、塔身結構的干涉，建筑物核心筒或鋼結構外框無法封閉，所以往往采取先大后小的拆除順序，最后一臺塔機通常采用屋面吊進行拆除，塔機拆完后用屋面吊完成主樓剩余構件及幕墻的吊裝。

由于屋面吊屬于小眾機械，起重力矩較小，臂長較短，安全保險裝置簡陋，雖能勉強應用于超高層主樓結構施工，但在安裝位置、吊裝能力、作業(yè)半徑、最大起升高度等方面受限較大，效率低，安全隱患大。

我公司在青島海天中心工程施工中，將1 臺ZSL380-32T 動臂塔機安裝于主樓核心筒屋面頂，臂長50m，經(jīng)過1 年的安全運行，現(xiàn)已拆除，此方案綜合評價比屋面吊更加安全高效，為同類工程提供了新的吊裝思路。現(xiàn)以本工程為例，對塔機屋面安裝技術進行介紹。

1 工程概述及塔機配置方案

1.1 工程概況

青島海天中心總建筑面積49.4 萬m2，由3個塔樓組成。T1塔樓高210m，T2塔樓高369m，T3 塔樓度245m。始建時為山東半島乃至黃海海岸線城市群的地標性建筑。T2 塔樓主體施工期間，安裝1 臺撫順永茂STL1000C 動臂塔機（現(xiàn)場編號：1 號），1 臺南京中昇ZSL850 動臂塔機（現(xiàn)場編號：2 號），均為外掛式安裝；主體封頂后，按時間節(jié)點順序安裝1 臺ZSL380 動臂塔機（現(xiàn)場編號：3 號），1 臺ZSL120 屋面吊（現(xiàn)場編號：4 號），均為屋面安裝，塔機布置如圖1所示。

圖1 青島海天中心T2塔樓塔機布置圖

1.2 塔機拆除順序

主樓封頂后，根據(jù)施工進度，先用2 號ZSL850 塔機將1 號STL1000C 塔機拆除，然后用2 號塔機在樓頂屋面位置安裝3 號ZSL380 塔機，塔身安裝1 節(jié)6m 標準節(jié)，臂長50m，2 號塔機完成吊裝任務后，用3 號塔機將2 號塔機拆除，3號塔機接近施工尾聲時，在屋面安裝4 號ZSL120屋面吊，用4 號屋面吊將3 號塔機拆除，4 號屋面吊自拆，由高區(qū)載客電梯運至地面。

2 屋面塔機安裝整體思路及技術難點

2.1 安裝整體思路

傳統(tǒng)的固定式塔機需要將支腿埋在混凝土基礎內(nèi)，塔機安裝在支腿上，通過基礎消除重力、傾翻力矩、扭矩及水平力對塔機穩(wěn)定性的影響。塔機在屋面安裝時，采用支撐鋼梁＋埋件的形式，代替混凝土基礎來保證塔機工作狀態(tài)及非工作狀態(tài)的穩(wěn)定性，鋼梁支撐系統(tǒng)構成如圖2所示。

圖2 鋼梁支撐系統(tǒng)構成示意圖

2.2 技術難點

1）所選用塔機需具備滿足施工要求的所有要素，并能方便地完成拆卸。

2）需根據(jù)廠家提供的受力，設計預埋件、支撐鋼梁，并進行強度驗算。

3）需根據(jù)鋼梁支撐點的受力對建筑物結構進行驗算和加固。

4）需對預埋件與鋼梁間，鋼梁與鋼牛腿間焊縫進行計算，并進行嚴格的技術把控。

3 ZSL380塔機起重性能及受力模型

3.1 起重性能（50m臂長，圖3）

圖3 ZSL380塔機50m臂長起重性能

3 號ZSL380 塔機與2 號ZSL850 塔機中心距離為18m，ZSL380 采用單倍率吊裝，18m 幅度額定起重量為19t，ZSL850 最重部件為爬升節(jié)，重15.5t，向地面吊運時，考慮2t 起升鋼絲繩重量，吊物最大總重為17.5t，故滿足拆塔吊裝要求。在拆除ZSL850 塔機后，ZSL380 塔機需吊裝的建筑物鋼構、幕墻等構件最大重量為10t，最大半徑為25m，在此幅度ZSL380 額定起重量最小為13.5t，在地面起吊考慮2t的鋼絲繩重量衰減，故滿足吊裝要求。

3.2 ZSL380塔機（50m臂長）屋面安裝受力模型

ZSL380 塔機50m 臂長受力模型如圖4 所示。

圖4 ZSL380塔機50m臂長受力模型

4 塔機屋面安裝各種設計與驗算

4.1 支撐鋼梁

4.1.1 支撐鋼梁現(xiàn)場布置和設計

根據(jù)廠家提供的受力，鋼梁在塔吊鋼牛腿位置受力T 值最大為149t，U 值最大為93t。鋼梁布置如圖5 所示。支撐鋼梁設計如圖6 所示。

圖5 ZSL380 支撐鋼梁布置圖

圖6 支撐鋼梁設計圖

4.1.2 支撐鋼梁驗算

根據(jù)ZSL380 塔機屋面位置采用有限元軟件建立模型分如圖7 所示。

圖7 有限元分析模型

1）工況一 塔機起吊方向與鋼梁呈45°。

2）工況二 塔機起吊方向與鋼梁垂直。

塔機反力安全系數(shù)為1.4，鋼梁采用800mm×400mm×40mm 箱型鋼梁（Q345），通過應力圖結果，鋼梁最大應力為240MPa，滿足計算要求。

鋼梁節(jié)點最大反力Fz=1200kN，最大水平力Fx=50kN（標準值）。

4.2 墻體結構驗算

支撐鋼梁1、2 分別搭設在混凝土梁與墻上，受力薄弱點為鋼梁1 端點處（圖8），此端點處對型鋼混凝土梁兩個方向上的作用力分別是：豎向的壓力Fz=1200kN，水平向力Fx=50kN，型鋼混凝土梁彎矩剪力，如圖9 所示。

圖8 ZSL380 支撐鋼梁支撐點受力圖

圖9 型鋼混凝土梁彎矩剪力圖

經(jīng)設計院核算，支撐點薄弱點受力符合安全要求。

4.3 預埋件

4.3.1 預埋件設計圖（圖10）

4.3.2 預埋件驗算

預埋件與焊縫在受拉力與剪力時為最不利工況，ZSL380 埋件最大拉力F=120kN，最大剪力V=50kN。

預埋件抗拉強度：fy=300N/mm2錨筋排數(shù)的影響系數(shù)：αr=0.85。

錨筋的受剪承載力系數(shù)αv=（4.0-0.08×d）×（fc/fy）×0.5=（4.0-0.08×20）×（14.3/300）×0.5=0.524

錨板的彎曲變形折減系數(shù)為

圖10 預埋件設計圖

根據(jù)公式

單根25 鋼筋截面積為4.9cm2，采用12 根錨固，總面積As=58.8cm2，滿足要求。

4.3.3 焊縫驗算

鋼梁與埋件焊接用hf=15mm 角焊縫，焊縫長 度2×400mm，計算焊縫長度lw=2×（400-2×10）=760mm。

σ=[N/（lwhe）＋M/W]=1200×103/（760×10.6）=148.9N/mm2≤ffw×βf=200N/mm2，滿足要求。

τ=V/（lwhe）=50×103/（760×10.6）=6.2N/mm2≤ffw=200N/mm2，滿足要求。

σz=[（σ/βf）2＋τ2]1/2=[（148.9/1）2＋6.22]1/2=149.03N/mm2≤ffw=200N/mm2，滿 足要求。

5 結語

我公司已應用塔機屋面安裝技術完成重慶來福士廣場2 臺STL460C，青島海天中心1 臺ZSL380、1 臺TC5610 的安裝，現(xiàn)塔機均安全、順利地完成吊裝任務并拆卸完成，充分證明了此技術的實用性和可靠性，具有很好地推廣價值。