沈陽第一高樓建造中的大型塔機高空拆除關鍵技術研究

上海建工五建集團有限公司 上海 200063

1 概述

1.1 工程概況

沈陽茂業中心位于沈河區青年大街185號，工程占地面積2.56萬 m2，總建筑面積42萬 m2，由1 幢主塔樓（75 層、311 m）、1 幢公寓樓（54 層、188 m）、1 幢住宅樓（44 層、164 m）組成，3 幢單體共用7 層商業裙房及3 層地下室（建筑標高-14.4 m），為已建成的沈陽第一高樓（圖1）。

1.2 塔吊概況

超高層塔吊布置常有3 種形式：布置在建筑外側的落地附墻式；布置在核心筒墻體外的外掛內爬式；布置在核心筒內的座梁內爬式。3 種方法在成本、技術難度上各有優劣，對于超過250 m的超高層，一般采用內爬式塔吊較為經濟合理[1]。

綜合考慮本工程鋼結構總噸位、總吊裝工作量和構件最大分節質量，本工程選擇在核心筒內布置1 臺撫順永茂STT553A型平頭塔吊，并在核心筒內墻體設置鋼梁，塔吊內爬。STT553A塔吊在有效回轉半徑50 m范圍內能滿足最遠端鋼柱、鋼梁、鋼桁架的吊裝。

經過18 次爬升，STT553A塔機最終達到起重臂鉸點為318 m高度，塔吊剖面及平面位置見圖2、圖3。本文主要介紹塔機退場時所采用的高空拆除方式。

圖1 沈陽茂業中心效果圖

圖2 沈陽茂業中心內爬塔吊剖面

1.3 屋面結構概況

沈陽茂業中心屋面平臺標高299.8 m，采用壓型鋼板組合樓板結構形式，平臺設鋼結構折梁，梁高400 mm，兼顧建筑和結構的需要。設備間屋頂標高311.0 m，屋面采用鋼筋混凝土框架結構，主梁截面300 mm×500 mm，樓板厚120 mm。

2 塔吊拆除總體方案

2.1 總體技術路線的確定

內爬塔吊的拆除一般借助屋面吊，對于較大噸位塔吊需要引入多個屋面吊，以分級置換的方式拆除。

本工程中STT553A高空解體后，最大拆解單元質量接近12 t。同時由于裙房區域已提前開業，地面卸料場地有嚴格限制，對屋面吊遠端起重能力有較高要求。

本工程屋面可用場地狹窄，且屋面之間存在較大高差，屋面吊的位置選擇十分困難。

屋面吊基礎落在較為薄弱的屋面結構上，結構需要進行驗算，確定加固方案。

經綜合比選，確定了“ZSL270+QTZ50多級置換，屋面吊塔身接高、樓面臨時支撐加固”的總體技術路線（圖4）。

圖4 屋面吊多級置換方案剖面

2.2 平面布置

由于本工程裙房提前開業，地面僅保留西側施工場地，屋面吊按大小次序布置于STT553A西側。ZSL270選擇布置于小屋面頂部，基礎盡量利用結構剪力墻；QTZ50選擇布置于大屋面，基礎盡量利用已有鋼梁（圖5）。

2.3 總體流程

1）塔吊使用結束后，在主樓小屋面（結構標高310.95 m）上安裝1 臺ZSL270型屋面吊，實施STT553A塔吊拆卸；

圖5 屋頂平面示意

2）在主樓大屋面（結構標高299.8 m）上安裝1 臺QTZ50型屋面吊，實施ZSL270型屋面吊拆卸；

3）由于主樓大小屋面存在10.55 m高差，且外部幕墻比大屋面高10.55 m，造成QTZ50型屋面吊拆卸ZSL270型屋面吊時施工高度不夠，需在QTZ50型屋面吊下設置格構柱；

4）QTZ50型屋面吊及格構柱人工分解后，利用高速消防電梯從73F運至地面。

3 關鍵技術研究

3.1 設備與結構相互作用影響分析

3.1.1 計算簡圖

本工程中利用屋面吊進行高空作業，結構承載能力是保證整個拆卸方案安全實施的關鍵。因此利用計算軟件ETABS建立三維有限元整體模型，按照真實結構中不同部分構件的位置及其功能，用板、殼、桿等不同單元類型進行模擬。

屋面吊對結構影響僅限于局部樓層，為提高計算效率，突出重點，僅取屋頂以下3 層結構參與計算（圖6）。

圖6 結構計算模型

構件之間梁與柱連接為剛接，梁與核心筒為鉸接。

3.1.2 荷載與邊界

以屋面吊工作狀態為最不利狀態進行受力分析，吊機反力以集中力形式施加在屋面吊支座處。

荷載包括結構自重、屋面恒荷載、屋面活荷載、屋面塔吊荷載等。

3.1.3 結果與結論

通過有限元分析（圖7、圖8），在預定的施工順序加載作用下，QTZ50基礎下結構鋼梁GKL2及周邊次梁GL2下方需要增加臨時支撐。

采用48 mm鋼管對相關區域鋼梁進行加強，上部設頂托增加承載力，加固范圍為71～73F。經過加固后的屋面結構滿足拆解過程的承載受力要求。

3.2 利用ZSL270拆除STT553A

3.2.1 吊能分析

STT553A拆解時共可分為12 個大部件，其中回轉總成為最重構件，單件質量達11.307 t。

ZSL270吊裝曲線（圖9）表明，20 m吊裝半徑可實現12.2 t的起重質量，滿足STT553A拆解要求。

圖7 鋼框組合結構整體位移云圖（單位：mm）

圖8 框架梁和加強支撐應力比

圖9 ZSL270吊裝能力曲線

3.2.2 屋面吊基礎形式

ZSL270安裝于核心筒屋面（結構標高310.95 m）上。為使屋面吊荷載能有效傳遞至核心筒剪力墻，采用底座鋼梁與轉換鋼梁構成的雙層正交疊合鋼梁體系（圖10）。屋面吊底座尺寸為4 m×4 m，基礎預埋鐵中心距離6 m×6 m，底座鋼梁與轉換鋼梁截面尺寸均為600 mm×300 mm×25 mm×25 mm。構件之間通過焊接連接。4 塊預埋件標高誤差控制在1‰之內。

3.2.3 拆卸重點

1）塔機最前端20 m起重臂，平衡臂和回轉總成拆卸下來后，需要在核心筒頂面上擺放進行解體，逐一從核心筒面上吊運到地面，其余總成件、部件拆除后直接吊至地面[2]。

2）ZSL270屋面吊需變幅至大于20 m回轉半徑的范圍，考慮對成品幕墻的保護，使吊物離墻面約6 m處下降至地面。

圖10 ZSL270基礎采用雙層正交疊合鋼梁體系

3）所有物件從拆卸面往下降時都必須拉設牽引導向繩。起重臂、平衡臂應兩端設牽引導向繩，以控制下降過程中的安全[3]。

3.3 利用QTZ50拆除ZSL270

3.3.1 吊能分析

ZSL270拆解時共可分為18 個大型部件，其中回轉總成為最重構件，單件質量達5.7 t。

QTZ50吊裝曲線表明，8 m吊裝半徑可實現6.4 t的起重質量，滿足ZSL270拆解要求。

3.3.2 QTZ50塔身接高

由于主樓屋面結構比較復雜，大小屋面存在10.55 m高差，造成QTZ50拆卸ZSL270時施工高度不夠，需在QTZ50屋面吊下設置格構柱進行塔身接高（圖11）。

圖11 利用格構柱進行QTZ50塔身接高

經受力分析，格構柱截面尺寸4 000 mm×4 000 mm，由4 根用熱軋125 mm×10 mm等邊角鋼拼方成400 mm×400 mm的鋼柱組成，鋼柱間用16a#槽鋼（160 mm×10 mm×63 mm×6.5 mm）分別作為水平桿和斜撐桿，格構柱高9 m。綴板采用10 mm×360 mm×100 mm鋼板，中心間距500 mm。

利用有限元軟件對格構柱基礎進行整體建模，分析承載力和變形情況。

由模型分析計算得：格構柱剛架設為四支座鉸接情況下，支座最大反力約為263 kN。格構柱鋼材應力均在-28～84 MPa之間，小于鋼材的允許應力，滿足計算要求。支座應做好柱腳構造措施，控制局部應力集中。

3.3.3 基礎形式

屋面吊底部選用600 mm×300 mm×25 mm×25 mm鋼梁，每端用2 根φ30 mm高強度螺栓和2 根16#槽鋼作為抱箍，把底部鋼梁固定在600 mm×300 mm×14 mm×20 mm結構鋼梁上。

3.3.4 拆卸重點

1）拆卸起重臂時，應滿足QTZ50型屋面吊起重量要求，須將ZSL270屋面吊起重臂分4 段拆卸。

2）考慮對成品幕墻的保護，使吊物離墻面約4.5 m處下降至地面[4]。

4 結語

沈陽第一高樓茂業中心STT553A內爬塔吊利用ZSL270和QTZ50屋面吊在311 m高空成功實現分級置換拆解，利用有限元軟件對拆解過程進行了結構分析，確定了加固方案，確保了施工過程的安全。

采用QTZ50型屋面吊下設置高9 m的格構柱彌補了主樓大小屋面存在的10.55 m高差，順利地將ZSL270型屋面吊拆除。

內爬塔吊的分級置換拆解涉及多臺大型機械的高空安裝、使用和拆除，工藝環節多、作業風險大，需要對每個細節進行細致考慮。特別是基礎的設置、構件連接節點的設計、主體結構的受力復核是保證整個工藝順利實施的關鍵。沈陽茂業中心主塔吊STT553A在311 m高空實現安全拆除，為類似工程提供了有利的借鑒。