雙塔吊組合吊裝施工技術在某超高層建筑中的運用

吳三元，陳紫平，林水亮，吳雋，李加財

（1貴州大學 土木工程學院，貴州貴陽 550025；2福州大學 土木工程學院，福建福州 350116；3上海建工五建集團有限公司，上海 200000）

0 引言

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，大量高層、超高層建筑拔地而起。為了保證建筑的受力，設計師加大柱子截面，同時在柱中加入形狀各異的型鋼柱，與鋼筋混凝土共同受力，承受荷載。然而鋼材屬于高密度材料，且為降低造價、保證工期，型鋼柱通常采用2～3層一吊，鋼柱經(jīng)常長達8m以上，重量不低于6t，而施工現(xiàn)場往往由于場地的限制、先期考慮不足及塔吊起重量受限等問題使得型鋼柱的吊裝遇到困難。對于如何在既有塔吊的情況下，吊裝超重型鋼柱，更是工程中的一大難題。本文將著重介紹某綜合業(yè)務樓施工中，利用雙塔吊組合吊裝超重型鋼柱的施工技術。

1 工程概括

福建省福州市某綜合業(yè)務樓，框架剪力墻結(jié)構(gòu)，地下3層，地上30層，建筑高度156m。該項目占地面積10047m2，總建筑面積84668m2，主要由塔樓、裙房等部分組成，為超高層建筑。主體結(jié)構(gòu)地下負3層至地上16層，由24根內(nèi)包十字型鋼的型鋼-混凝土方柱撐起。方柱最大截面尺寸為1350mm ×1350mm，對應的型鋼型號為BH800×400×25×30，最小的截面尺寸為1000mm×1000mm，對應的型鋼型號為BH700×300×14×22。 17層以上為鋼筋混凝土方柱。

塔樓東西兩側(cè)，在軸對稱位置分別裝了一臺塔吊，東側(cè)塔吊型號：QTZ160（JL6518），臂長47.5m，西側(cè)塔吊型號：QTZ280（JL7032）,臂長52.5m。 具體起重性能如表1和表2所示。

當型鋼柱吊裝至第九節(jié)13層底板時，GZ2-4、GZ2-8、GZ3-3與GZ3-4四根十字柱長12.3m，重5.966t～6.813t不等，皆因為場地限制致使塔吊在既有起重性能下無法直接吊裝。如何在既有條件下安全、迅速、經(jīng)濟、合理地解決吊裝問題，是此時的一大難題。型鋼柱及塔吊平面布局如圖1所示。

表1 QTZ160塔式起重機起重性能表（47.5m臂長）

表2 QTZ280塔式起重機起重性能表（52.5m臂長）

圖1 鋼柱與塔吊平面布置圖

2 吊裝方案

該建設項目圍墻邊界外的北側(cè)和東側(cè)受路寬限制、南側(cè)因道路性質(zhì)皆無法讓托運型鋼柱的大型卡車隨意停靠、調(diào)轉(zhuǎn)。故項目一開始，就將鋼柱堆場（形心）設置在塔吊QTZ280西側(cè)29m處（因裙房的原因），是一塊約10m寬、26m長的矩形場地。在第9節(jié)鋼柱即13F底板以下，東側(cè)的鋼柱吊裝都是分成兩步走：（1）利用西側(cè)塔吊QTZ280將運至西側(cè)大門的鋼柱轉(zhuǎn)移到東側(cè)緊靠塔樓、塔吊QTZ160工作幅度范圍內(nèi)的空地上，即A區(qū)構(gòu)件轉(zhuǎn)運區(qū)（長14.75m，寬14m）；（2）利用東側(cè)塔吊QTZ160進行吊裝。

在第8節(jié)鋼柱安裝完畢后，南側(cè)空地由于卸料平臺、人貨梯、材料加工等其他因素的影響，鋼柱只能吊運到距離西側(cè)塔吊30m處的南面位置，此時塔吊QTZ160已經(jīng)無法滿足西側(cè)GZ2-4、GZ2-8、GZ3-3與GZ3-4的吊裝了。

工期緊張，在既有條件下，為安全、迅速、經(jīng)濟、合理地解決吊裝問題，只能利用兩臺塔吊相互配合，組合吊裝。具體方案如下。

（1）將塔吊QTZ280大臂擺到西側(cè)鋼構(gòu)件堆場方位，塔吊小車開到構(gòu)件堆場上方，落鉤至構(gòu)件上方工作人員能夠夠著的位置，用兩條兩端都有卸扣的鋼絲繩分別一端鎖在鋼柱腹板圓孔上，一端扣在塔吊吊鉤上。檢查無誤后，指揮人員指揮塔吊慢慢起鉤，同時大臂慢慢右轉(zhuǎn)，使鋼柱以一端為支點旋轉(zhuǎn)直至鋼柱直立，脫離地面并停止擺動，如圖2所示。

（2）中速起鉤，大臂旋轉(zhuǎn)至塔樓區(qū)，小車開至鋼柱平面布置圖的陰影區(qū)域，下鉤直至鋼柱底部距離樓板面約50cm處。同時，塔吊QTZ160大臂往該鋼柱方位擺動，小車開至與該鋼柱水平距離約1m處，下鉤至工作人員能夠夠著的位置。用兩條兩端都有卸扣的鋼絲繩，分別一端鎖在鋼柱底部耳板圓孔上，一端扣在塔吊QTZ160吊鉤上。檢查無誤后，指揮人員指揮塔吊QTZ280緩慢下鉤，QTZ160緩慢起鉤，并背離擺臂直到鋼柱水平。 塔吊QTZ280繼續(xù)緩慢下鉤，QTZ160緩慢起鉤，并相向擺臂直到鋼柱幾乎直立，如圖3所示。

圖2 型鋼柱的旋轉(zhuǎn)與直立

圖3 型鋼柱的空中接力

（3）指揮人員指揮兩臺塔吊司機，協(xié)調(diào)好兩臺塔吊大臂擺動方向、小車行進方向及速度，共同將型鋼柱運至QTZ160能夠獨立起吊型鋼柱的位置，卸掉鋼柱底部QTZ280的鋼絲繩，由QTZ160將鋼柱運送至指定柱位，調(diào)整好方位落鉤，在鋼柱四面耳板位置，用連接板將上下鋼柱做臨時固定[1-3]，如圖4所示。

圖4 型鋼柱的運送與安裝

3 方案分析

3.1 型鋼柱受力分析

GZ2-4、GZ2-8、GZ3-3與GZ3-4，四根十字柱長皆為12.3m，重5.966～6.813t不等。 GZ2-8重6.813t，最重，不妨以此為研究對象，型鋼柱在“空中接力”過程中，所受的水平力很小，忽略不計，假設只有豎向產(chǎn)生約束[4]，即只受吊鉤的豎向拉力，且取型鋼重量為7T，型鋼柱受力分析如圖5所示。

圖5 型鋼柱的受力分析

由受力分析可知

其中，T1和T2分別為塔吊QTZ280和QTZ160所受的拉力，G為型鋼柱所受的重力。

因為型鋼柱的“空中接力”是在陰影區(qū)域（如圖1所示）中完成的，之后由塔吊QTZ280和QTZ160共同將型鋼柱運至QTZ160能夠獨立起吊型鋼柱的位置，在整個過程中，塔吊所承受的荷載都不會超過塔吊的極限承載力，受力能夠滿足要求。

3.2 卸扣選取

GZ2-4、GZ2-8、GZ3-3與GZ3-4四根十字柱長皆為12.3m、重5.966～6.813t不等。 GZ2-8重6.813t，最重，不妨以此為研究對象。

鋼柱在兩卸扣的作用下起吊，故每個卸扣的受力大小約為3.5t。

3.2.1 銷軸選取

銷軸，Q235鋼，當直徑D>16～40時，鋼材抗剪強度設計值fv=120N/mm2[5-6]。由公式

取銷軸直徑D=25mm

3.2.2 D型卸扣尺寸

根據(jù)卸扣的受力情況及所選取的銷軸直徑，根據(jù)國家標準 《一般起重用D形與弓形鍛造卸扣》（GB/T 25854-2010/ISO 2415：2004）[8]，可得所選取的D形卸扣尺寸如圖6及表3所示。

圖6 D形卸扣尺寸

表3 D形卸扣尺寸

故最終選取的D形卸扣型號為：GB/T 25854-6-D-W-8。

3.3 腹板吊孔設計

在知悉現(xiàn)場的吊裝情況時，鋼柱已經(jīng)運達施工現(xiàn)場。若采用雙塔吊組合吊裝方案，鋼柱的上、下兩端都必須有能夠供塔吊起吊用的耳板，而運至現(xiàn)場的鋼柱，只有“下端”有耳板，而上端無耳板。為能夠順利實施雙塔吊組合吊裝方案，最簡單有效的方法就是在腹板的對稱位置開兩個孔。

3.3.1 孔位與腹板邊距

腹板，Q345B鋼，當板厚t=20>16～35時，鋼材抗拉、抗壓強度設計值f=295N/mm2，抗剪強度設計值fv=170N/mm2[5-6]，不妨設孔上邊緣距離腹板頂邊距離為h。由公式

3.3.2 腹板局壓驗算

由公式[4]σ

抗壓強度滿足要求。

腹板開孔位置及尺寸如圖6所示。

圖7 腹板開孔位置

3.4 方案特色

在決定采用雙塔吊組合吊裝施工方案（方案一）前，項目部還有另外一種方案（方案二）：將超重型鋼柱拉回加工廠一分為二（嚴禁現(xiàn)場自行切割），然后再運回施工現(xiàn)場吊裝。經(jīng)詳細計算分析之后，不難發(fā)現(xiàn)，方案一有其獨特的優(yōu)勢。

3.4.1 保證進度

該節(jié)鋼柱位于標準層，進度上要求7d一層。對于標準層的施工，以塔樓平面圖的對稱軸為界，分為東、西兩個施工段，流水作業(yè)。

如果采用方案二，將超重型鋼柱運回加工廠一分為二，然后再運回施工現(xiàn)場吊裝，在不計吊裝、焊接、焊縫探傷（皆比方案一多一次）等工序所耗費時間的情況下，因運輸、加工、矯正所耗費的時間至少得2d（按2d計），這不利于進度計劃的執(zhí)行。

3.4.2 節(jié)約成本

如果采用方案二，在成本控制上，不僅僅要增加構(gòu)件運輸、加工、安裝、探傷等費用，工期還延誤2d。因為型鋼柱是主體結(jié)構(gòu)的主要承重構(gòu)件，如果鋼柱無法按時吊裝完畢，將會影響后續(xù)工序的進行，這將造成工人窩工、機械設備閑置、進度賠償?shù)龋蝗莺鲆暋＞唧w費用計算如表4所示。

表4 方案二增加的費用清單

從表4可知，方案二要比方案一多支出13.6萬元，方案二不利于成本的控制。

3.4.3 安全與質(zhì)量

安全與質(zhì)量，是每次項目例會都必須提到的，尤其是安全，更是重中之重，一旦安全出現(xiàn)問題，不管其它方面做得有多好，都很可能被全盤否定。在采取方案一前，方案經(jīng)過反復論證，鋼構(gòu)班組、塔吊司機、塔吊指揮等都是經(jīng)過培訓、具有相關資格證書的作業(yè)人員，吊裝當日，安全員、技術負責人等也都親赴現(xiàn)場指導，安全是能夠得到保證的。反而是方案二，因為12.3m的鋼柱被一分為二，增加了吊裝次數(shù)、增加了鋼柱拼接連接點的數(shù)目，反而不利于受力。故而方案一，無論是從安全上，還是質(zhì)量上，都是可以保證的，而且優(yōu)于方案二。

4 結(jié)語

在未來40年里，我國將努力完成全面現(xiàn)代化的戰(zhàn)略目標，城市化水平將超過65%。各大城市，寸土寸金，超高層建筑必將不斷增多。對于截面相同的構(gòu)件，鋼筋混凝土內(nèi)包型鋼將大大提高構(gòu)件的延性、抗震性、變形能力等多方面的性能，因而被廣泛應用于超高層、大跨度等結(jié)構(gòu)中。然而，在施工過程中，往往由于場地限制、塔吊起重受限等諸多因素，使得型鋼柱吊裝很不順利，進而影響施工進度，提高工程造價。

本文以某綜合業(yè)務樓為背景，詳細介紹了在塔吊起重受限的情況下，利用雙塔吊完成超重型鋼柱的空中接力，在保證安全、質(zhì)量、進度而又不影響成本的條件下，順利地完成了塔樓東側(cè)第九節(jié)型鋼柱中GZ2-4、GZ2-8、GZ3-3與GZ3-4這四根十字柱的吊裝，取得了良好的效果，為超高層、大跨度工業(yè)廠房等類似的用鋼工程提供了借鑒，有一定的參考意義。

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