超高層建筑施工垂直運輸方案及管理

王政文

身份證號：220723198706283015

超高層建筑施工垂直運輸方案及管理

王政文

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本文從高層建筑發展前景引入大型動臂式塔機的發展問題，從選用大型動臂塔機的原因分析、安全使用、發展歷程以及發展方向四個基本要素展開闡述，詳細分析了動臂式塔機在高層施工中的諸多優勢及需要重點關注的若干安全問題，說明了其發展趨勢及發展方向。

超高層建筑施工垂直運輸方案及管理

引言：

高層建筑中超重結構單元的吊裝對起重設備的大起重量、大起升高度、大起升速度均提出了嚴格的要求，這就使得具備這些優勢的大型動臂式塔機成為典型超高層工程施工的首選，甚至是唯一選擇。

1、超高層建筑垂直運輸設備的選型分析

1.1 性能參數符合高層施工需要

(1)大起重量。現代大型建筑工程基本都采用了鋼或鋼、混凝土組合結構，吊裝單元的重量大大提高，滿足施工需要。

(2)大起升高度。采用了特殊的爬升體系，內爬或者外掛式支承，起重機可隨建筑結構整體爬高，起升高度大幅度提高，完全規避掉了平臂式塔機增高就必須加節、附墻的繁瑣工序以及由于過高而衍生的安全問題。

(3)大起升速度。動臂塔機普遍采用內燃機動力拖動方案，全液壓無級調速，帶負荷起升速度一般超過100m/min，運行平穩，有效解決能源緊張，規避了高層用電壓降等問題，同時杜絕偶發性斷電帶來的安全隱患。

1.2 結構特性適合高層施工

(1)作業空間限制。現代城市建筑空間越來越擁擠，傳統的平臂式塔機大臂經常覆蓋到城市道路或存在碰撞相鄰建筑物的風險，而動臂式塔機通過臂架俯仰可有效解決空間制約的難題。

(2)吊臂起伏角度大，尾部回轉半徑小。一般動臂式塔機的俯仰角度允許在15°～85°之間，相對于平臂式塔機，吊臂的大仰角相當于增加了塔身的高度，有效工作范圍得到極大擴展。

(3)吊臂穩定性好，安裝幅度范圍大。動臂式塔機吊臂設計基本采用“桿”結構，相對于平臂式塔機的“梁”結構穩定性更好，吊臂占整機結構重量比例更小，而最大起重量則更大。

2.超高層建筑施工動臂式塔吊安拆施工新技術

2.1 安裝技術

2.1.1 安裝形式。塔吊的安裝方式主要有兩種，一種是固定式，一種是內爬式的。固定式目前采用鋼筋混凝土組合的結構形式，以鋼筋混凝土結構為承臺，將塔吊基腳固定于臺上。內爬式則需要借助于支撐系統。兩種形式都是在預埋件做好之后，先在地面完成各部件的拼裝，然后根據建筑實際情況，選擇合適的起重安裝設備，依照從上到下的順序完成安裝工作。

2.1.2 爬升系統安裝技術。內爬式系統是比較常用的，每套塔吊使用三套支撐系統、三套爬升框以及一套爬升梯，內爬系統由爬升梯、爬升節和爬升液壓系統組成，支撐系統分為抬轎式、斜拉式、斜撐式和撐拉結合式，在具體工程當中根據實際需要選用[1]。

2.1.3 采用合理的安裝形式。由于高層建筑一般為對稱結構，因此，在大型動臂式塔吊安裝也應該是對稱的，而且應該盡量使用懸掛式支撐方式，而不要采用簡單支撐方式。為了提高穩固性，還應該相應地對建筑墻體進行加固處理，以滿足塔吊附著的要求。

2.1.4 防塔吊后傾技術。大型動臂式塔吊是通過吊臂擺動來實現建筑材料的轉運的，目前市場上的大型動臂式塔吊采用桿式結構，上部采用鋼絲繩承拉，再加上新型材料的運用，使得塔吊重量減輕、結構較為合理，但是大型動臂式塔吊也存在缺點，即后傾風險較大，在實際施工當中就出現過后傾的事故。為了防止塔吊后傾，在安裝過程中需要采取必要措施。例如在動臂后根部設置強力彈簧，從而增大前傾力矩，從而起到防止動臂后傾。

2.2 拆卸技術

在高層建筑施工完成后，就必須拆除大型動臂式塔吊，而此時的塔吊高度一般會超過兩百米，再加上其自身質量大，因此拆除難度較大。該種方法主要分為五個基本步驟：第一步使用M600D動臂式塔吊拆除M1280D動臂式塔吊；第二步使用16噸屋面塔吊拆除M600D動臂式塔吊；第三步使用6噸屋面塔吊拆除16噸屋面塔吊；第四步使用簡易拔桿拆除6噸屋面塔吊；最后人工拆除拔桿并利用現場施工升降機落地。

3.發展趨勢

3.1 模塊化、緊湊化及簡捷化設計

動臂塔機在高層建筑中雖然有著不可替代的諸多優勢，但其昂貴的成本、大尺寸的結構以及復雜的安裝程序還是會讓使用者大傷腦筋，所以盡量使結構簡單，減少體積，提高結構可靠性，改善加工工藝，降低制造成本是全世界所有塔機廠家不可避免應該考慮的設計方向。模塊化的設計將大幅簡化安拆流程，以達到降低成本的目的。

3.2 性能優化設計

對動臂塔機而言，當動臂變幅時，由此會產生附加靜載力矩，想辦法平衡這一力矩會大大提高塔機的起重能力，有效解決此問題對大幅提升動臂塔機的起重性能極具意義。在機械方面的解決方法是移動配重，即當臂架向上變幅時，配重向接近塔身的方向移動，而當臂架向下變幅時，配重向遠離塔身的方向移動，這一設計極大地改善了塔身受力狀況，提高起重性能。

3.3 安全優化設計

對于動臂式塔機，制造商們一般允許臂架角度在15°～85°之間變化，隨著臂架的加長，要達到塔身周邊區域時臂架的仰角非常大，有時仰角甚至達到87°，這在有風的工況下臂架極易發生傾覆危險，但是如果將臂架下鉸點布置在回轉中心線后2米，在同樣的臂長和最小幅度時，臂架的仰角可以減小到83°，這樣就大大減小了臂架后翻的危險。當然這一優化設計的前提是塔身結構能夠承受足夠的彎矩，不過日本的IUKV700K動臂式塔機已將這一設計轉為現實。

3.4 人性化設計

人性化設計是一種全新的設計理念，它是為了在設計文化的范疇中，提升人的價值，尊重人的自然屬性和社會需求，對于動臂式塔機來說一般指司機室按人機工程理念設計，塔機裝有超重限位、超高限位、超幅度限位、保護制動器等多種安全保護裝置，整套系統由PLC(可編程邏輯控制器)監控，配合司機室內人機界面(觸摸式顯示屏)，可以實時顯示吊重、吊鉤高度、幅度、風速等數據，自動化程度高，便于實現自動保護及故障查找。

4.結語

對于現代化程度越來越高的中國來說，超高層建筑終將如小康生活一樣普及，動臂式塔機也必將伴隨著中國的現代化進程得到長足的發展，在建筑起重機械大家族，大型動臂式塔機定會持續獨領風騷。

[1]羅宏，龍傳堯，涂光輝.超高層建筑動臂式塔式起重機施工技術[J].施工技術，2015，41(375)：3738.

[2]李迪，王朝陽，蔣官業.超高層建筑施工中塔吊的合理應用[J].工業建筑，2015，42(12)：7681.

[3]李艷.論超高層建筑施工中塔吊的選型和定位[J].山西建筑，2015，38(6)：242244.