城市核心區(qū)高層建筑大型塔式起重機支撐系統(tǒng)高空轉(zhuǎn)換技術(shù)

劉衛(wèi)未，車庭樞，王 晶，李 靜，范 昕，蔣千重，趙乾辰

(中建一局集團建設(shè)發(fā)展有限公司，北京 100102)

1 工程概況

北京市CBD核心區(qū)Z2b地塊商業(yè)金融項目位于朝陽區(qū)國貿(mào)橋東北角，占地面積8 223m2，總建筑面積167 851m2，集甲級辦公、會議、商業(yè)、健身、餐飲、多種配套服務(wù)功能于一體，地下6層，主塔樓57層，高260m。

該塔樓為框架-核心筒結(jié)構(gòu)，核心筒墻體內(nèi)含鋼骨，核心筒內(nèi)為鋼筋混凝土梁板，外框架為組合柱+鋼梁+樓承板。核心筒墻體采用液壓爬模施工，筒內(nèi)布置2臺L630-50塔式起重機，結(jié)構(gòu)平面如圖1所示。

圖1 結(jié)構(gòu)平面

核心筒南側(cè)墻體在25層收縮，核心筒北側(cè)墻體在42層收縮(見圖2)。1，2號塔式起重機原為內(nèi)爬式塔式起重機，1號塔式起重機在42～57層、2號塔式起重機在26～57層均需轉(zhuǎn)換爬升方式。

圖2 核心筒立面示意

2 塔式起重機轉(zhuǎn)換方案選型

由于核心筒收縮，需停止塔式起重機內(nèi)爬，轉(zhuǎn)換塔式起重機基礎(chǔ)，一般超高層項目遇到塔式起重機基礎(chǔ)轉(zhuǎn)換時會優(yōu)先選擇外掛基礎(chǔ)，鑒于核心筒結(jié)構(gòu)布置的特殊性，由于外掛基礎(chǔ)安裝難度大、施工工期長、技術(shù)經(jīng)濟性差、爬模干預(yù)等原因，需考慮更經(jīng)濟安全的轉(zhuǎn)換方式，以實現(xiàn)塔式起重機順利爬升。

通過方案比選，最終確定1，2號塔式起重機低區(qū)內(nèi)爬升在高區(qū)轉(zhuǎn)換為高空外附，以保證結(jié)構(gòu)連續(xù)施工及塔式起重機合理附著。塔式起重機內(nèi)爬轉(zhuǎn)外附流程如圖3所示。

圖3 塔式起重機轉(zhuǎn)換流程

3 塔式起重機基礎(chǔ)方案設(shè)計

3.1 爬升輔助鋼架設(shè)計與計算

隨著核心筒混凝土墻向內(nèi)收縮，無法固定原內(nèi)爬塔式起重機基礎(chǔ)梁埋件，故需在核心筒內(nèi)收外側(cè)搭設(shè)爬升輔助鋼架，鋼架由鋼柱、鋼梁和斜支撐組成。塔式起重機爬升輔助鋼架計算模型如圖4所示。

圖4 計算模型示意

常規(guī)內(nèi)爬塔式起重機考慮其作用于上、下層C形梁的荷載及爬升輔助鋼架自重。塔式起重機荷載包括豎向力V、第1道支撐水平力H2、第2道支撐水平力H1，本次選用L630-50塔式起重機工作狀態(tài)下的荷載值(見表1)。

表1 L630-50塔式起重機支撐系統(tǒng)荷載取值 kN

支撐架結(jié)構(gòu)自重由程序自行計算。考慮沖擊、振動、安裝誤差及風(fēng)荷載高度系數(shù)的影響，正常使用極限狀態(tài)下，塔式起重機活荷載、支撐架自重荷載分項系數(shù)均為1.0；承載力極限狀態(tài)下，塔式起重機活荷載分項系數(shù)為1.5，支撐架自重荷載分項系數(shù)為1.3。

在爬升輔助鋼架驗算中，上層支撐梁在塔式起重機支腿位置僅承擔(dān)水平力H1，下層支撐梁荷載需考慮豎向力V、水平力H2和彎矩M(由水平力H1在下層支撐梁處所引起)，M=H1×L(L為2道支撐的豎向間距)。

表2 各工況豎向力取值

表3 各工況水平力取值

圖5 荷載作用示意

爬升輔助鋼架設(shè)計考慮工程結(jié)構(gòu)限制、塔式起重機荷載選用、結(jié)構(gòu)安全冗余、結(jié)構(gòu)經(jīng)濟成本等因素，傳力路徑明晰，在常規(guī)塔式起重機爬升框架設(shè)計的基礎(chǔ)上增加鋼柱、橫向及豎向斜撐等構(gòu)件。經(jīng)計算，桿件軸力、應(yīng)力比、撓度等均符合要求。此外，當(dāng)偶然荷載導(dǎo)致結(jié)構(gòu)局部破壞時，經(jīng)過內(nèi)力重分布，桿件最大應(yīng)力比提高0.1，滿足抗連續(xù)倒塌設(shè)計。

3.2 外附塔式起重機基礎(chǔ)設(shè)計與計算

外附塔式起重機作用于基礎(chǔ)上的荷載包括豎向軸力V、剪力S、彎矩M，分別為3 060kN，1 116kN，12 684kN·m。荷載分項系數(shù)取值及計算工況的豎向力N、水平力V簡化同爬升輔助鋼架。外附塔式起重機基礎(chǔ)如圖6所示(第N層為塔式起重機基礎(chǔ)轉(zhuǎn)換樓層)。

圖6 外附塔式起重機基礎(chǔ)

通過有限元軟件建模計算外附塔式起重機基礎(chǔ)各桿件的受力是否滿足要求。施工過程中各桿件最大應(yīng)力比如圖7所示。

圖7 各桿件最大應(yīng)力比

4 塔式起重機轉(zhuǎn)換施工

4.1 預(yù)埋件安裝

1)在主體結(jié)構(gòu)鋼筋綁扎完成后，混凝土模板合模前，將轉(zhuǎn)換基礎(chǔ)埋件固定在圖紙標(biāo)注的軸線和標(biāo)高處，偏差≤5mm。模板加固完成后，再次測量定位數(shù)據(jù)，如果偏差>5mm，立即調(diào)整。

2)塔式起重機支撐梁上方3m處，在主體結(jié)構(gòu)墻體上埋設(shè)預(yù)埋件，用于安裝支撐鋼梁時固定手動葫蘆。

3)支撐體系通過預(yù)埋件連接主體結(jié)構(gòu)，外側(cè)埋件與支撐間采用全熔透縫焊接，焊縫等級為一級，探傷比例為100%。

4.2 安裝爬升輔助鋼架

1)爬升輔助鋼架與N層外墻頂部埋件焊接，爬升輔助鋼架梁底部和主體結(jié)構(gòu)連梁下用圓管做三角支撐，保證結(jié)構(gòu)連梁不受壓變形。

2)由于爬升輔助鋼架鋼柱較長，需分2次安裝，首先使用塔式起重機安裝2根鋼柱，固定后安裝鋼梁、斜撐，校正垂直度后統(tǒng)一焊接，然后安裝、焊接下一節(jié)鋼柱、鋼梁。塔式起重機爬升輔助鋼架做法剖面如圖8所示。

圖8 塔式起重機爬升輔助鋼架做法剖面

4.3 安裝爬升夾持鋼梁

1)先安裝爬升輔助鋼架，N+1層安裝完成后，插入安裝N+1層夾持鋼梁。

2)安裝爬升輔助鋼架后，安裝N+4層塔式起重機夾持鋼梁，先安裝轉(zhuǎn)換基礎(chǔ)承重鋼梁，然后由下向上依次安裝斜支撐等其他構(gòu)件。

3)安裝爬升夾持鋼梁時，下放鋼梁需傾斜一定角度，待下放到指定高度后調(diào)整至水平位置。塔式起重機夾持鋼梁平面如圖9所示。

圖9 塔式起重機夾持鋼梁平面

4)安裝斜撐時，需先把斜撐吊運至混凝土樓面處，然后人工倒運至安裝位置正下方，拼裝完連接板后，由下向上吊運至指定標(biāo)高。

4.4 爬升塔式起重機

1)安裝N層支撐鋼梁前，先將塔式起重機爬升至N+1層，使塔式起重機通過爬升框架坐落于N+1層夾持承重梁上。

2)內(nèi)爬裝置由上、中、下內(nèi)爬框架承重梁，內(nèi)爬框架(C形梁)，內(nèi)爬基節(jié)，內(nèi)爬標(biāo)準(zhǔn)節(jié)，液壓頂升機構(gòu)等組成。內(nèi)爬塔身由1節(jié)內(nèi)爬基節(jié)+4節(jié)內(nèi)爬節(jié)+4節(jié)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)組成，內(nèi)爬塔身組合長51.3m。塔式起重機整機爬升時，上、中、下框架固定在內(nèi)爬框架承重梁上，塔式起重機利用安裝在內(nèi)爬框架上的液壓頂升系統(tǒng)爬升。

4.5 施工轉(zhuǎn)換基礎(chǔ)

塔式起重機爬升至N+1層后安裝N層塔式起重機轉(zhuǎn)換基礎(chǔ)，塔式起重機基礎(chǔ)平面、剖面分別如圖10，11所示，落回轉(zhuǎn)換基礎(chǔ)如圖12所示。

圖10 塔式起重機基礎(chǔ)平面

圖11 塔式起重機基礎(chǔ)剖面

圖12 塔式起重機落回轉(zhuǎn)換基礎(chǔ)

4.6 塔式起重機落回轉(zhuǎn)換基礎(chǔ)

塔式起重機爬升至N+1層后安裝N層塔式起重機轉(zhuǎn)換基礎(chǔ)。

1)待安裝完N層塔式起重機支撐體系，塔式起重機基座下降至轉(zhuǎn)換基礎(chǔ)承重鋼梁上并固定。

2)利用塔式起重機內(nèi)爬系統(tǒng)，將塔式起重機自降1層，使內(nèi)爬基節(jié)下方與塔式起重機可拆卸地腳連接，塔式起重機可拆卸地腳直接落在N層新架設(shè)的轉(zhuǎn)換基礎(chǔ)鋼梁上方，調(diào)整塔式起重機垂直度符合要求后，夾緊內(nèi)爬框架頂升螺栓，焊接可拆卸地腳與轉(zhuǎn)換基礎(chǔ)鋼梁，將直徑600mm的可拆卸地腳底板圓弧四周進(jìn)行圍焊，焊腳高30mm。

4.7 安裝附墻拉桿和頂升套架

1)當(dāng)塔式起重機標(biāo)準(zhǔn)節(jié)頂升到指定高度后，連接附墻支撐與主體結(jié)構(gòu)墻體，以保證塔式起重機整體運行穩(wěn)定。塔式起重機附著采用4桿系統(tǒng)，設(shè)置在核心筒墻體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)角處。

2)塔式起重機基礎(chǔ)重生根后，再安裝塔式起重機頂升套架。由于塔式起重機原安裝為內(nèi)爬式，只可散拼安裝頂升套架，2臺塔式起重機互裝頂升套架時需借助倒鏈配合。安裝頂升套架時，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場塔式起重機頂升踏步方向，確定頂升套架開口方向(即標(biāo)準(zhǔn)節(jié)引進(jìn)方向)。

4.8 拆除夾持梁及爬升輔助鋼架

利用另一臺塔式起重機，配合手拉葫蘆鏈拆除塔式起重機夾持梁及爬升輔助鋼架，通過上方結(jié)構(gòu)預(yù)留吊裝口運出現(xiàn)場，至此完成塔式起重機基礎(chǔ)轉(zhuǎn)換，塔式起重機由內(nèi)爬式轉(zhuǎn)為外附式塔式起重機。塔式起重機轉(zhuǎn)換完成剖面如圖13所示。

圖13 塔式起重機轉(zhuǎn)換完成剖面

5 結(jié)語

北京市CBD核心區(qū)Z2b地塊商業(yè)金融項目核心筒內(nèi)的2臺L630-50塔式起重機，通過合理的方案選擇、基礎(chǔ)設(shè)計、安拆施工，在結(jié)構(gòu)限制情況下，由內(nèi)爬式轉(zhuǎn)換成外附式頂升塔式起重機，現(xiàn)場不間斷施工，且不影響下部樓層施工工序，保證超高層垂直運輸便捷高效，有效縮短施工周期，減少施工成本，同時對主體結(jié)構(gòu)影響小，安全性更高。