大型動臂式內(nèi)爬塔吊在超高層建筑施工中的應(yīng)用

中國建筑第八工程局西北分公司 西安 710075

1 工程概況

西安·綠地中心A座工程位于西安市西高新中央商務(wù)區(qū)，總建筑高度269.7 m，總建筑面積約17.3萬 m2，地下3 層，地上57 層，塔樓結(jié)構(gòu)形式為帶加強層鋼管混凝土外框架+立面支撐+型鋼混凝土核心筒結(jié)構(gòu)。

鋼結(jié)構(gòu)部分：外框鋼管柱29層以下為16 根，29層以上為17 根，核心筒十字形鋼柱為18 根；單層鋼梁115 根；29層、44層及屋面設(shè)有伸臂桁架結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)單節(jié)構(gòu)件最大質(zhì)量為21.8 t。

本工程塔樓塔吊采用2 臺動臂式塔吊，一臺STL720型動臂式塔吊外附著，臂長50 m，30 m半徑起吊質(zhì)量為23.12 t，一臺STL1000型動臂式塔吊內(nèi)爬升，臂長48 m，36 m半徑起吊質(zhì)量22.85 t，覆蓋范圍內(nèi)均滿足鋼構(gòu)件分段最大起重噸位。

2 技術(shù)重難點分析

2.1 支撐鋼梁安放條件不滿足

本工程內(nèi)爬式塔吊在基礎(chǔ)階段進行安裝，利用主樓筏板作為基礎(chǔ)，核心筒施工至4層完成第1次爬升，爬升后采用支撐鋼梁固定，支撐鋼梁的倒運由外附著動臂塔吊配合內(nèi)爬塔吊完成。

本工程核心筒設(shè)計為“田”字形結(jié)構(gòu)（圖1），核心筒剪力墻除外墻和內(nèi)墻各有1 個洞口外，并無其他洞口，內(nèi)爬塔吊的2 個支撐鋼梁無法進行安裝，且核心筒內(nèi)墻的洞口下部墻體為砌體填充墻，無法滿足作為內(nèi)爬塔吊支撐點的受力要求[1,2]。

圖1 內(nèi)爬塔吊布置示意

2.2 塔吊獨立高度低

超高層核心筒的施工進度是整個工程工期的關(guān)鍵[3]，為保證核心筒的進度要求，本工程在選擇內(nèi)爬塔吊所在筒模板體系時采用了液壓爬模技術(shù)，爬模的高度為16 m，本工程選用STL1000型內(nèi)爬塔吊的獨立高度為48 m，除去錨固距離18 m及爬模的高度16 m外，可利用高度僅為14 m，這樣勢必導(dǎo)致內(nèi)爬塔吊的爬升次數(shù)增加，制約核心筒的施工進度。

2.3 核心筒內(nèi)空間狹小

塔吊安裝筒的凈尺寸為9.4 m×9.4 m，內(nèi)筒爬模寬度為2.6 m，塔吊的鋼梁安裝可利用空間為4.2 m×4.2 m，塔吊的2 根支撐鋼梁長度均為10.6 m，可利用空間較小，造成塔吊鋼梁的倒運十分困難。

2.4 鋼結(jié)構(gòu)及爬模的制約

在施工過程中，爬模高度、核心筒型鋼柱的分節(jié)和塔吊的爬升相互制約，塔吊爬升組織不力可使工程直接停工，造成不可挽回的損失，且如果塔吊的爬升距離未能計算準確，勢必會增加塔吊的爬升次數(shù)，造成工期的延誤。

3 應(yīng)對措施

3.1 修改核心筒墻體設(shè)計

針對原設(shè)計剪力墻上無洞口和其中1 道支撐鋼梁下部設(shè)計為砌體結(jié)構(gòu)問題，通過與設(shè)計院交流溝通，提出支撐鋼梁下部后砌墻體改為混凝土結(jié)構(gòu)、支撐鋼梁另一端安放處新開0.9 m×1.6 m洞口的實施方案，設(shè)計院通過計算出具了荷載驗算和新開洞口補強措施。通過對設(shè)計的修改，塔吊2 道支撐鋼梁在核心筒內(nèi)的安裝成功完成。如圖2、圖3所示。

圖2 核心筒剪力墻修改前設(shè)計圖紙

圖3 核心筒剪力墻修改后設(shè)計圖紙

3.2 提高塔吊獨立高度

塔吊獨立高度低是內(nèi)爬塔吊效率降低的主要因素之一，它可能造成結(jié)構(gòu)施工2 層或3 層就不得不進行塔吊爬升，延誤工期。為此向塔吊廠家提出增加塔吊獨立高度要求[4]，廠家經(jīng)過反復(fù)計算，通過加強標準節(jié)自身強度等措施把塔吊獨立高度再提高6 m，由原始的48 m改為現(xiàn)在的54 m。按本工程標準層4.2 m計算，塔吊爬升1 次即可多施工1 個樓層，而且還有富余高度。經(jīng)過此實施方案，成功實現(xiàn)了結(jié)構(gòu)每施工4 層進行1 次塔吊爬升，減少了爬升次數(shù)，縮減了工期，降低了塔吊租賃成本。

3.3 自改爬模設(shè)計

由圖4爬模原設(shè)計圖可以看出，爬模架體與塔吊C形框緊貼，南側(cè)支撐鋼梁倒運時，塔吊吊鉤無法下入操作面，且當爬模架體安裝完成后，支撐鋼梁也無法吊入核心筒內(nèi)。

圖4 原設(shè)計的爬模與塔吊位置

為保證塔吊支撐鋼梁的正常倒運，對原爬模設(shè)計進行了修改，經(jīng)驗算合格后，將爬模南側(cè)和北側(cè)機位間距由原始1.9 m改為1.6 m，南側(cè)爬模正中間增開一個1 m×2 m的洞口。通過此方案實施，保證了塔吊C形框與爬模之間的安全距離，塔吊倒運鋼梁吊鉤從新開洞口直接下入操作面，完成鋼梁倒運工作。如圖5、圖6所示。

圖5 修改后爬模與塔吊位置

圖6 爬模、塔吊組裝完成

3.4 CAD工況全程模擬

在施工過程中，爬模高度、型鋼柱的分段和塔吊的爬升相互制約，錯誤的爬升工況可能造成工程直接停工，通過與鋼結(jié)構(gòu)、爬模、塔吊等相關(guān)單位共同商討，利用CAD繪制出1 套從1層開始直至結(jié)構(gòu)封頂?shù)墓r圖，如圖7所示。通過完全按照工況模擬圖進行鋼柱分節(jié)，爬模按時爬升，保證施工運行一切正常。

圖7 塔吊爬升工況示意

4 效益分析

4.1 社會效益

本工程施工采用的內(nèi)爬塔吊施工技術(shù)在西北五省尚屬首例，噸位之大在國內(nèi)也是少有的。內(nèi)爬塔吊施工技術(shù)的成功應(yīng)用，得到了業(yè)主、監(jiān)理單位的一致好評，同時吸引了眾多兄弟單位前來學(xué)習(xí)，為企業(yè)贏得了榮譽，創(chuàng)造了良好的社會效益，為公司在西安乃至西北區(qū)域開拓超高層市場奠定了良好的基礎(chǔ)。

4.2 經(jīng)濟效益

1）內(nèi)爬塔吊與外附著塔吊相比，減少了租賃單位外附著塔吊標準節(jié)配置和附墻件費用投入，相應(yīng)降低了同噸位塔吊租賃費用。按相同塔吊噸位計算，外附著塔吊租賃費用28 萬元，內(nèi)爬塔吊租賃費用20 萬元，租賃周期20 個月，共節(jié)省費用（28-20）×20=160 萬元。

2）修改核心筒設(shè)計，原后砌墻改為剪力墻，節(jié)省對混凝土梁加固的頂撐費用，剪力墻預(yù)留支撐鋼梁安放洞口減少了安裝牛腿的費用。按每加固1 道支撐混凝土梁5 000 元計算，一共需加固14 道，總計5 000×14=70 000 元；按每安裝焊接1 個牛腿3 000 元計算，共需要安裝28 個牛腿，總計28×3 000=84 000 元。

3）增加塔吊獨立高度，減少爬升次數(shù)，減少勞動力約70 工日。按市場價每工日200 元計算，200×70=14 000 元。

綜上所述，本工程采用內(nèi)爬塔吊施工技術(shù)，共創(chuàng)176.8 萬元，經(jīng)濟效益顯著。

4.3 工期效益

增加塔吊獨立高度，減少爬升次數(shù)，塔吊的爬升次數(shù)由原來的19 次減少到現(xiàn)在的14 次，工期結(jié)余10 d。

5 結(jié)語

內(nèi)爬塔吊在超高層建筑的應(yīng)用中，通過對施工技術(shù)的實時優(yōu)化，克服了在城市中心施工的場地狹小、工期緊等難題。內(nèi)爬塔吊施工范圍大、有效吊重能力強、爬升快速便捷、節(jié)約設(shè)備購置費、節(jié)省場地，社會效益和經(jīng)濟效益顯著，可供類似工程參考借鑒[5,6]。