新型可調式塔機抱柱附著支座應用

陳一民，寇 磊，陳佰停，張仕橋

（中建二局第三建筑工程有限公司，北京 100070）

1 傳統附著支座存在的問題

塔機在高層、超高層建筑施工過程中，是目前常用、必備的垂直運輸設備之一，在使用過程中，塔機需根據建筑高度和塔機使用說明書的要求設置附著，附著點往往設置在建筑物的結構梁、結構柱、剪力墻等結構構件上，結構構件必須滿足附著受力要求，如達不到要求，還應采取增加加強鋼筋、增大結構截面尺寸、提高混凝土標號等加強措施。附著裝置與建筑物的傳統連接方式主要為2 種：①預埋螺桿連接支座；②采用后開孔或預埋套管，通過螺桿連接支座，但均存在以下幾個方面問題。

1）標高控制 對于層高較大的建筑工程，在結構梁上附著的方式難以適用。梁腹高可附著位置與標準節可附著位置往往會存在沖突，適應性不高，難以滿足每道附著的位置要求。

2）定位控制 預埋施工定位好后，受后續模板加固、混凝土振搗等因素影響，有可能發生偏位現象，在預埋套管時較為嚴重且很難補救。

3）混凝土密實度 預埋件位置鋼筋、錨爪等過于集中，導致該位置混凝土振搗難度較大，混凝土密實度不好保證，進而影響混凝土對埋件的握裹力，帶來安全風險。

4）開孔長度 后期開孔、開洞時，首先需進行鋼筋定位，在鉆孔時避免破壞受力鋼筋；其次受機器設備影響大，不適合長度較大的開孔施工。

為解決傳統做法存在的問題，同時結合本工程平面布置共6 臺塔機，塔機均采用最新智能化變頻起重機，其中4 臺塔機存在附著頂升的情況。塔機附著頂升情況：1#塔機附著在3#超高層結構上，需進行11 次附著頂升。6#塔機附著在4#樓結構上，需進行7 次附著頂升。3A#和5#塔機分別附著在5-1#商業樓、7#商業樓，需要進行二次附著頂升。附著結構形式為框架-核心筒結構和框架結構。

2 新型抱柱附著支座特點

新型的可調整、可周轉式塔機抱柱附著支座應用技術，首先采用BIM 技術進行設計和施工模擬，根據確定模擬結果進行附著裝置支座的設計，根據設計模型再進行安全驗算，確定設計模型的結構構件尺寸，以確保投入使用能達到安全穩定性的要求。

1）提高施工質量 此方法為后期附著時一次安裝完成，前期無須進行預留預埋和二次結構處理工作。解決了傳統附著預埋標高、定位標高難以控制，容易偏位，且偏位之后補救難度大等問題；同時避免了由于預埋件位置鋼筋過于集中，導致該位置混凝土振搗難度較大，混凝土密實度不好保證，預埋施工質量難以保證等問題。

2）節省人工 整個裝置設置在結構外部，減少了預留預埋的施工工序，且為后期一次安裝到位，減少了結構施工期間塔機附著人員的配合工作。安拆便捷，拆除后無需對結構進行二次處理，節省工序，節省材料。

3）節約材料 相較于傳統塔機附著的做法，部分材料可以循環使用，節省了材料消耗。

3 設計原理

新型的可調整、可周轉式塔機抱柱附著支座，包括結構柱體和固定調整組件，結構柱體的背面設置有正面板，正面板與背面板的兩側均開設有螺孔，正面板與背面板的相對面兩側開設側面板，用于左右限位。正面板與背面板通過螺桿穿過螺孔并使用螺母箍筋貼合于結構柱體的前、后兩面，此過程中側面板則為防止正面板與背面板左右滑移，有利于抵住正、背面鋼板使其牢牢貼合于結構柱體的側面，從而使得該裝置可以緊密抱柱。抱柱附著支座平面圖詳見圖1。

圖1 抱柱附著支座

4 附著桿設計驗算

附著裝置由附著框架、內撐桿、附著桿、各連接件、附著支座等組成，附著桿采用格構式鋼結構，截面尺寸為0.20×0.20m；主肢選用5.6號角鋼b×d×r=56×4×6mm；綴條選用4 號角鋼b×d×r=40×3×5mm；主肢的截面力學參數 為A0=4.39cm2，Z0=1.53cm，Ix0=13.18cm4，Iy0=13.18cm4；綴條的截面力學參數為At=2.36cm2。計算參考依據T/CCMA0097-2020《塔式起重機附著安全技術規程》、GB50017-2017《鋼結構設計標準》。

4.1 附著桿截面的力學特性

圖2 為附著桿截面示意圖，主肢的截面力學參數為A0=4.39cm2，Z0=1.53cm，Ix0=13.18cm4，Iy0=13.18cm4；綴條的截面力學參數為At=2.36cm2。

圖2 附著桿截面示意圖

附著桿件的y-y軸截面總慣性矩

附著桿件的x-x軸截面總慣性矩

經過計算得到

Ix=1312.49cm4；Iy=1312.49cm4

4.2 長細比計算

1）主肢的長細比計算公式

式中H——格構柱的計算長度，取8.00m；

I——格構柱的截面慣性矩，取，Ix=1312.49cm4，Iy=1312.49cm4；

A0——一個主肢的截面面積，取4.39cm2。

計算得λx=92.53，λy=92.53

根據換算長細比λ0x=93.34 ≤120，λ0y=93.34 ≤120，X方向、Y方向長細比驗算均滿足要求!

4.3 附著桿整體穩定性計算

在彎矩作用平面內的整體穩定性計算公式

式中N——軸心壓力的計算值（kN）；取N=215.00kN；

A——格構柱橫截面的毛截面面積，取4×4.39cm2；

?——軸心受壓構件彎矩作用平面內的穩定系數；查GB50017-2017《鋼結構設計標準》得?x=0.60，?y=0.60。

計算結果如下。

1）X方向 強度值為204.06N/mm2，小設計強度215N/mm2，所以滿足要求。

2）Y方向 強度值為204.06N/mm2，小于設計強度215N/mm2，所以滿足要求。

4.4 分肢的長細比驗算

由于附著桿格構形式分肢選取5.6 號角鋼b×d×r=56×4×6mm，其回轉半徑i=11.1mm。

長細比λ1=L/i=400/11.1=36.04，小于0.7×λ0x=65.335 且λ1＜40，所以滿足要求。

計算結果：通過塔機整體附著桿件結構模型設計，同時進行PKPM 分析軟件的安全驗算，證明附著結構設計均滿足安全使用要求。

5 技術應用

施工工藝流程：施工準備→現場定位防線→安裝正面鋼板→安裝對拉螺栓→安裝側面角鋼→安裝背面鋼板→組裝附著桿件→檢查驗收。圖3為現場實施效果。

圖3 現場實施效果

施工注意如下。

1）保證支座鋼板緊密貼合框架柱結構體，存在間隙可通過增設鋼板等措施處理，確保結構受力安全可靠。

2）高強度對拉螺栓選用高強對拉螺栓，螺栓的緊固扭矩加強過程檢查，不得存在有松扣等現象。

6 結語

新型可調整、可周轉式塔機抱柱附著支座設計技術的應用，通過技術方案模型設計和驗算現場實施，附著裝置滿足現場要求，安全效果良好，前期無須進行預留預埋和二次結構處理工作。安裝過程簡單，節省工序，節省材料，安拆便捷，拆除后無需對結構進行二次處理。在結合國內大部分工程為高層和超高層建筑，該技術的研究應用，帶來了經濟效益和社會效益明顯。為以后類似工程的施工提供了寶貴的經驗和可借的鑒施工技術，應用前景較廣。