動(dòng)臂式內(nèi)爬塔吊在超高層建筑施工中的應(yīng)用

陳岳明，張 譜，王 偉，單建波，邢國(guó)然

CHEN Yueming1，ZHANG Pu2，WANG Wei3，SHAN Jianbo3，XING Guoran3

(1.浙江中和建筑設(shè)計(jì)有限公司，浙江 紹興312000;2.招商局地產(chǎn)控股股份有限公司，浙江 杭州310012;3.浙江中成建工集團(tuán)有限公司，浙江 紹興312000)

1 工程概況

帝豪·陽光國(guó)際工程位于連云港市國(guó)展路以南，海濱大道以西，項(xiàng)目總用地面積61200 m2，其中建設(shè)用地面積50669 m2。主樓地下2 層，地上60 層，建筑高度203.2 m，為全現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架-核心筒體結(jié)構(gòu)，主樓外框架采用鋼骨混凝土柱，核心筒用鋼筋混凝土，其中勁性柱中的鋼結(jié)構(gòu)總量約1. 2萬t。

2 塔吊布置和選型

2.1 塔吊平面布置

塔吊的平面布置應(yīng)盡量覆蓋建筑物和作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，塔吊定位時(shí)應(yīng)能保證施工的全部作業(yè)面處于塔吊的覆蓋面和供應(yīng)范圍之內(nèi)。型鋼構(gòu)件卸車考慮到塔吊覆蓋車道，堆場(chǎng)選擇需要滿足堆場(chǎng)內(nèi)構(gòu)件滿足塔吊起重能力，避免造成利用其他起重設(shè)備進(jìn)行構(gòu)件二次轉(zhuǎn)運(yùn)。

主樓主體是框架-核心筒結(jié)構(gòu)，塔吊在滿足平面布置要求的同時(shí)還需要考慮塔吊安裝布置對(duì)結(jié)構(gòu)本身的影響。塔吊在施工過程中會(huì)產(chǎn)生很多不利荷載，為避免不利因素對(duì)結(jié)構(gòu)的影響，造成不必要的局部加固以及多余的施工過程，把塔吊布置在核心筒內(nèi)，塔吊平面布置見圖1。

2.2 塔吊的選型

市場(chǎng)上能夠滿足施工要求的塔吊型號(hào)繁多，在塔吊選型時(shí)應(yīng)從塔吊的性能、工效、費(fèi)用以及實(shí)用性方面綜合考慮。通過對(duì)同等參數(shù)條件下的幾個(gè)廠家的型號(hào)進(jìn)行比較，最終確定主樓施工采用1 臺(tái)型號(hào)為JCD260 動(dòng)臂式內(nèi)爬塔吊。

2.2.1 考慮最大構(gòu)件的吊裝能力

工程施工過程中單個(gè)構(gòu)件起重量最大的是勁性柱中的型鋼，對(duì)勁性柱中型鋼(十字型和H 型)分段制作安裝，主體核心筒地下2 層至地上2 層采取一層一節(jié)柱，3～33 層采取兩層一節(jié)柱，34～60層采取三層一節(jié)柱。經(jīng)計(jì)算單個(gè)型鋼構(gòu)件為重量5.8 t，最長(zhǎng)吊裝段長(zhǎng)度為10.2 m，考慮其他吊具、吊繩等按最大構(gòu)件6.0 t 設(shè)計(jì)。JCD260 塔吊起吊點(diǎn)距塔心在作業(yè)半徑40 m 內(nèi)(覆蓋所有鋼柱平面位置16～36 m)，按40 m 的起重力矩計(jì)算其吊裝能力為6.22 t，能滿足構(gòu)件從最遠(yuǎn)起吊點(diǎn)到安裝作業(yè)點(diǎn)的吊裝要求。

圖1 塔吊平面布置

2.2.2 考慮空間作業(yè)要求

空間作業(yè)參數(shù)是對(duì)塔吊工作幅度、自由高度、起重量等參數(shù)作工況分析［1］。工作幅度即塔吊的作業(yè)半徑，塔吊最遠(yuǎn)吊點(diǎn)至回轉(zhuǎn)中心距離應(yīng)滿足施工平面需要。塔吊自由高度要超過建筑物總高度和構(gòu)件、吊索及安全操作高度之和，同時(shí)應(yīng)滿足塔吊超越障礙物的高度需要。工作幅度應(yīng)覆蓋所有勁性柱，滿足施工平面的需要。塔吊的自由高度必須保證爬模架體高度和型鋼的吊裝高度，起重量則是分段后型鋼構(gòu)件加上吊具和吊繩等的全部重量。

2.2.3 各專業(yè)塔吊合理分配

地下結(jié)構(gòu)施工階段，塔吊以土建結(jié)構(gòu)為主，鋼結(jié)構(gòu)配合土建作業(yè);地上安裝爬模施工后，塔吊除了吊運(yùn)少量鋼筋模板等材料外，以滿足鋼結(jié)構(gòu)安裝為主;根據(jù)施工進(jìn)度計(jì)劃對(duì)塔吊的吊裝工效進(jìn)行分析后，再對(duì)塔吊的使用時(shí)間進(jìn)行科學(xué)分配，以保證塔吊均衡使用。

3 塔吊的施工要點(diǎn)

3.1 爬升框架的施工

3.1.1 塔身加強(qiáng)節(jié)的確定

工程所用塔吊選用1 個(gè)長(zhǎng)1.5 m 專用加強(qiáng)節(jié)(第1 節(jié))、2 個(gè)長(zhǎng)3 m 標(biāo)準(zhǔn)塔身加強(qiáng)節(jié)(約束爬升框架位置)、多個(gè)長(zhǎng)3 m 普通標(biāo)準(zhǔn)節(jié)(根據(jù)塔吊獨(dú)立高度確定)，考慮塔吊需同步爬升，第6 節(jié)也設(shè)置加強(qiáng)節(jié)，以約束爬升框架位置。

3.1.2 爬升框架的施工要點(diǎn)

(1)核心筒內(nèi)既有的電梯井道寬度不能滿足塔吊爬升框架的安裝要求，再綜合爬升框架施工對(duì)結(jié)構(gòu)影響以及施工便利等方面的因素，最終把③—④軸與 — 軸的衛(wèi)生間作為內(nèi)爬升通道，見圖2。衛(wèi)生間的梁板結(jié)構(gòu)構(gòu)件在塔吊爬升后進(jìn)行二次澆筑處理，鋼筋預(yù)留按相應(yīng)錨固長(zhǎng)度處理。

圖2 爬升框在核心筒內(nèi)平面位置

(2)塔吊承重體系形式采用抬轎式，即選用兩根截面尺寸b×h=350 mm×550 mm，厚度t=25 mm的Q345 鋼板焊接制作成的箱形鋼梁作為承重梁，承重鋼梁擱置在筒體剪力墻和電梯井剪力墻之間。塔吊的塔身加強(qiáng)節(jié)固定爬升框架，爬升框架再擱置固定在承重鋼梁上，見圖3。

圖3 箱型梁立面圖

(3)箱型兩端擱置剪力墻墻體厚度不同，故墻體預(yù)留洞口以及預(yù)埋件的設(shè)置也不盡相同。預(yù)埋件采用Q345 鋼板和C32 螺紋鋼焊接而成的構(gòu)件，螺紋鋼錨固長(zhǎng)度為600 mm，并設(shè)置長(zhǎng)度為100 mm 的彎鉤，預(yù)埋件與承重鋼梁通過焊縫連接，見圖4。預(yù)留洞口強(qiáng)度待混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求方能進(jìn)行爬升框架的安裝施工，待塔吊內(nèi)爬升拆除爬升框后再對(duì)預(yù)留洞口進(jìn)行封堵補(bǔ)強(qiáng)。

(4)爬升框架與承重梁是通過螺栓連接固定，這樣不僅能滿足施工強(qiáng)度要求，還能便于塔吊內(nèi)爬時(shí)爬升框架安裝拆卸的靈活運(yùn)用以及螺栓材料的周轉(zhuǎn)使用。

圖4 爬升框架預(yù)留洞口預(yù)埋件的布置

3.2 塔吊內(nèi)爬對(duì)結(jié)構(gòu)的影響

塔吊在內(nèi)爬過程中要考慮對(duì)核心筒結(jié)構(gòu)的影響，并對(duì)核心筒結(jié)構(gòu)采取相應(yīng)的措施。

3.2.1 塔吊內(nèi)爬對(duì)結(jié)構(gòu)承載力影響分析

塔吊荷載的傳力路徑為:塔身標(biāo)準(zhǔn)節(jié)→頂升框架→附著框架→預(yù)埋件→建筑主體核心筒結(jié)構(gòu)。塔吊對(duì)核心筒結(jié)構(gòu)的影響主要考慮承重梁對(duì)核心筒剪力墻、暗柱的局部承壓。

參閱塔吊說明書，水平力取較大值，即F1=317 kN進(jìn)行計(jì)算，自重F3=810 kN。計(jì)算簡(jiǎn)圖見圖5。

圖5 計(jì)算簡(jiǎn)圖

解得支座反力:R1= R2= 202.5 kN

局部承壓驗(yàn)算(洞A):1.35βcβlfcAln［3］= 1.35 ×1.0 ×1.0 ×19.1 × (250 ×700)=4512.375kN ＞202.5 kN。

通過對(duì)洞口A 支座處的局部承壓計(jì)算表明，C40 混凝土局部受壓承載力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于塔吊內(nèi)爬對(duì)結(jié)構(gòu)的荷載，滿足施工要求。

3.2.2 剪力墻新開洞口補(bǔ)強(qiáng)措施

在核心筒剪力墻新開洞口之后，對(duì)洞口邊緣進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)處理，補(bǔ)強(qiáng)措施見圖6。暗柱的鋼筋預(yù)留長(zhǎng)度按錨固長(zhǎng)度預(yù)留，待塔吊爬升之后再補(bǔ)充綁扎鋼筋，并用相應(yīng)強(qiáng)度混凝土澆筑封堵。另外在每個(gè)洞口上下設(shè)置縱筋4B20 補(bǔ)強(qiáng)暗梁，錨固長(zhǎng)度參照相應(yīng)規(guī)范。

圖6 核心筒剪力墻洞修改前后設(shè)計(jì)對(duì)比

3.3 塔吊內(nèi)爬升工況

塔吊爬升主要通過布置在頂升專用標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的內(nèi)頂升裝置與上下兩道附著框之間爬升梯的相對(duì)運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)，故兩道鋼梁之間的高度即是塔吊的內(nèi)爬升高度。地下室到2 層面的層高與標(biāo)準(zhǔn)層不同(表1)，塔吊的首次爬升到2 層面，爬升高度為12 m;其余每次爬升高度均為13.2 m，即核心筒每施工完4層塔吊爬升一次，總共爬升15 次不設(shè)16 次鋼梁，見圖7。鋼梁配置三套，材料可隨樓層升高周轉(zhuǎn)重復(fù)使用。

表1 鋼梁布置情況

圖7 塔吊的爬升

塔吊內(nèi)爬流程:將塔吊調(diào)至平衡狀態(tài)，采用第2個(gè)爬升框架與第1 個(gè)爬升框架將塔吊垂直度進(jìn)行復(fù)核。第3 個(gè)爬升框架與塔身加固(確保垂直度及爬升四周約束)，松開第1 個(gè)爬升框架(第1 次爬升時(shí)可視塔吊基礎(chǔ)為第1 個(gè)爬升框架)，第2 個(gè)爬升框架位置進(jìn)行油缸頂升，加強(qiáng)節(jié)從第2 個(gè)爬升框架爬升到第3 加強(qiáng)節(jié)位置，固定第2 個(gè)和第3 個(gè)爬升框架至工作狀態(tài)，并調(diào)試［2］。

4 塔吊應(yīng)用的幾個(gè)不利狀態(tài)以及采取的相應(yīng)措施

4.1 塔吊應(yīng)用過程中的幾個(gè)不利狀態(tài)

(1)內(nèi)爬塔吊在核心筒中，樓層比較高，司機(jī)在駕駛過程中視線不明，難以觀察到地面實(shí)際情況。

(2)由于內(nèi)爬塔吊自重較大而工程主體結(jié)構(gòu)高且作業(yè)面比較小，塔吊拆卸困難且高空作業(yè)安全隱患比較大。

4.2 相應(yīng)的措施

(1)技術(shù)負(fù)責(zé)提前對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的吊裝作業(yè)進(jìn)行技術(shù)交底，對(duì)各個(gè)專業(yè)班組吊裝任務(wù)進(jìn)行合理分配，對(duì)塔吊的使用時(shí)間進(jìn)行科學(xué)分配，明確每天的吊裝要求。配備專人負(fù)責(zé)指揮吊裝，其余人員未經(jīng)事先允許不得隨意指揮塔吊司機(jī)進(jìn)行吊裝作業(yè)。

(2)先利用JCD260 在屋面上安裝QTD125 的屋面吊，JCD260 將內(nèi)爬式塔式起重機(jī)下降至屋面吊能起吊的高度，再用QTD125Z 對(duì)內(nèi)爬塔吊進(jìn)行分解拆除，然后采用扒桿吊將屋面吊拆除，最后人工解體扒桿后通過施工電梯運(yùn)至地面，從而完成JCD260塔吊的拆卸工作。整個(gè)拆除過程順利有序進(jìn)行，并未對(duì)建筑結(jié)構(gòu)和工程安全產(chǎn)生不利影響，達(dá)到了預(yù)期的效果。

5 結(jié) 語

通過對(duì)JCD260 動(dòng)臂式內(nèi)爬塔吊的合理應(yīng)用，充分發(fā)揮了塔吊最大性能，確保了主樓工程施工的全面展開。工程實(shí)踐表明，動(dòng)臂式內(nèi)爬塔吊施工范圍大，有效吊重能力強(qiáng)，爬升快速便捷，節(jié)約設(shè)備購(gòu)置費(fèi)、節(jié)省場(chǎng)地，加快了工程進(jìn)度，未對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響，并產(chǎn)生了良好的效益。

［1]李艷.論超高層建筑施工中塔吊的選型和定位［J］.山西建筑，2012，38(6):242 -244.

［2]楊紅巖，張連魁，黃菲，等.超高層建筑核心筒狹窄井道內(nèi)爬式塔吊施工技術(shù)［J］.建筑施工，2014，36(4):416 -418.