吉隆坡標志塔施工中的塔吊支撐架吊桿設計與應用

趙中原 周文凱 周 克 羅立峰 張 薇

中國建筑第八工程局有限公司 上海 200125

1 工程概況

馬來西亞吉隆坡標志塔由塔樓和裙樓組成，其中塔樓地上93層、地下7層，東西兩側裙樓地上4層，南側裙樓地上5層，總高度438.37 m，為超高層綜合樓。

本工程塔樓為鋼框架-混凝土核心筒結構，鋼結構構件總質量24 000 t。主塔樓采用2臺L500-32外附著于核心筒和1臺ZSL-380塔吊設置于樓梯井內配合主樓結構施工，塔吊分2個階段布置：33層以下施工階段，4#塔吊通過設在核心筒樓梯井內的鋼支承架進行內爬，支承架間距16 m；33層以上東西側混凝土墻取消，此時4#塔吊轉換為外附著于核心筒外側的樓梯井中。本文主要討論5#、6#塔吊（圖1）。

圖1 標準層塔吊平面布置

2 支撐架吊桿的構造及設計

2.1 吊桿的構造

結合塔吊塔身外框的布置特點和吊桿的功能要求，將吊桿（圖2）設計成高度1.42 m（塔身2個卡扣之間的距離），伸出塔身長度為1.5 m（塔身外表面至支撐架大梁中心之間的距離）。

2.2 吊桿的分析計算

2.2.1 塔吊整體受力分析

根據塔吊手冊中提供的反力，結合荷載分析簡圖（圖3），可得彎矩M=1 839.8 kN·m。

圖2 吊桿示意

圖3 荷載分析簡圖

2.2.2 標準節受力計算

由于塔吊吊臂方位的不同，致使標準節受到的內力不同，現將塔吊吊臂方位分為5個方位（圖4）。

圖4 吊臂方位

1）方位1、方位3、方位5。塔身角部鋼柱所受到的豎向力（鋼柱之間的距離d為2.3 m。由于拆裝塔吊支撐架時塔吊自身停止工作，故荷載計算僅考慮塔吊非工作狀態）分為：V1=V2=V/4＋M/（2d）=884.2 kN；V3=V4=V/4－M/（2d）=84.8 kN。

2.2.3 建立計算模型

該吊桿使用結構分析軟件MIDAS建立模型進行計算，并考慮6種工況：

1）工況1：方位3，吊桿鋼絲繩正常工作。

2）工況2：方位2或方位4，吊桿鋼絲繩正常工作。

3）工況3：方位3，吊桿鋼絲繩非正常工作。

4）工況4：方位2或方位4，吊桿鋼絲繩非正常工作。

5）工況5：方位1或方位5，吊桿鋼絲繩非正常工作。

6）工況6：方位2或方位4，吊桿鋼絲繩非正常工作。

其中，吊桿鋼絲繩非正常工作是指吊桿上2根鋼絲繩中的一根破斷。

2.2.4 施加荷載

最大的塔吊支撐架桿件質量為7 t，正常工作（工況1、工況2）時每個吊桿端部受到35 kN的豎向力和35 kN的水平力（考慮吊繩與水平面的夾角為45°）；當吊桿的一根吊繩斷時，吊繩直接作用70 kN的豎向力（工況3～6）。

2.2.5 分析結果

根據6種荷載工況，采用表1的荷載組合系數，計算出最大應力為162 MPa，滿足規范要求。

表1 荷載組合系數

2.3 連接節點驗算

2.3.1 節點構造

吊桿與塔吊塔身間的連接形式直接關系到施工過程中的使用效率，由于施工過程中需要在高空中拆除和安裝吊桿，為便于操作，吊桿與塔吊塔身間采用易于拆卸的高強度銷軸（材質為40Cr調質處理）進行單鉸固定，此外銷軸連接可以較好地實現鉸接邊界條件，與理論的邊界模型能較好地吻合，最大限度地降低吊桿彎矩帶來的不利影響。

銷軸連接節點主要由公接頭板、母接頭板、銷軸3個部分構成。本節點中鋼板厚度有20、12 mm這2種。

2.3.2 銷軸節點驗算

經相關強度及承載力計算，采用材質40Cr，直徑D=30 mm的銷軸和連接板能滿足規范承載力要求。

3 吊桿安裝注意事項

1）吊桿需聯合驗收合格后方可允許使用。每次使用前，需經技術負責人確認吊桿上吊耳、桿件連接處所有焊縫及底部銷軸連接可靠后，方可使用。

2）該吊桿最大承載量為7 t，嚴禁超載。且在吊桿所在區域下部需拉設警戒線，禁止人員經過。

3）吊桿起吊前，必須檢查吊索鋼絲繩、吊鏈、卸扣，確認其不存在裂紋、氣泡等影響安全使用的危險狀況，確認吊索具與吊桿已經可靠連接后，方可將其投入使用。

4）起重吊運支撐架至吊桿過程中，應當采取措施確保其平穩，嚴格防止起重傷害事故、落物傷人事故的發生。

4 結語

本文以馬來西亞吉隆坡標志塔塔吊支撐架吊桿為研究對象，提出了在確定支撐架吊桿結構荷載工況時必須考慮的2個塔吊吊臂的主要方位，這對于支撐架吊桿結構的安全設計至關重要[1-4]。另外，基于塔吊支撐架吊桿在超高層施工過程中的重要作用，特別考慮了支撐架吊桿在災害情況下（吊桿中的一根鋼絲繩失效）“高空不倒”的要求，總共給出了6種荷載工況。最后研究的節點設計是保證支撐架吊桿結構安全的關鍵，精心設計構件之間的節點是支撐架吊桿在高空“不散架”的保障。超高層建筑高度高、垂直運輸量較大，塔吊使用頻繁，安全管理至關重要。在使用過程中嚴禁吊桿超載，以此保證超高層建筑施工的安全。