平臂塔機超長附著在超高層施工應用

孫寶海，李加敖，孟慶生

（1.山東電力建設第三工程有限公司，山東 濟寧 261031；2.山東中建眾力設備租賃有限公司，山東 濟南 250222；3.濟南四建集團機械設備有限責任公司，山東 濟南 250000）

現代超高層建筑設計中，通常采用框架-核心筒結構形式，核心筒施工常采用爬模或鋼平臺施工工藝，在施工中，外框施工常常滯后于核心筒進度8～20 層左右，為解決鋼結構、材料、工具設備等垂直運輸問題通常采用在核心筒設置內爬或外掛動臂塔機方案；采用內爬或外掛動臂塔機施工具有效率高、起重量大、使用標準節少的優點；但缺點也很明顯：如爬升時間長、爬升次數較多、拆除難度大、拆除時間長、核心筒結閉慢、安拆爬升成本高、后做結構施工質量難以控制等一系列問題；對于高度在200m 高左右的爬模或超高層施工的超高層建筑，因高度不是很高，使用的塔機標準節不是很多，應優先選用外附式塔機，外附塔機具有附著頂升快、安拆方便、安拆低的優點，對于搶工工程具有明顯優勢；但外附塔機需解決塔機超長附著問題，因外框滯后核心筒較多，將塔機附著于外框的常規做法將導致塔機大臂與核心筒爬模或鋼平臺干涉，為保證正常施工需將附著埋件設置在核心筒上，將塔機附著于核心筒上，解決超長附著問題；我單位結合超高層建筑工程的特點，通過對塔機超長附著的施工研究，成功解決了塔機超長附著問題，并在濟南黃金國際廣場工程成功運用（附著桿最長達21m），取得了良好的經濟、社會效益，對于類似工程、異形工程等需超長附著的工程具有借鑒意義。

1 工程概況

濟南黃金國際廣場工程建筑面積約16.3 萬m2，主樓42 層，高207.10m，地下3 層，框架-核心筒結構形式，爬模施工。為滿足鋼結構吊裝要求及土建施工需要，主樓選用2 臺塔機配合施工（1 臺TC7052 塔頭式塔機、1 臺TCT7525 平臂塔機），TC7052 臂長覆蓋TCT7525 塔身，為確保施工安全，TC7052 塔機始終比TCT7525塔機高度高12m（圖1）；TC7052 塔機（臂長65m，起重臂向東）安裝于主樓北側，塔機中心距核心筒外墻垂直距離15 445mm，距外框垂直距離4 256mm；TCT7525 塔機（臂長50m，起重臂向東）安裝于主樓南側，塔機中心距核心筒外墻垂直距離14 594mm，距外框垂直距離3 344mm。

圖1 塔機平面布置、附著位置圖

2 塔機平面附著點選擇及桿長確定

2.1 附著點選擇

塔機附著在主樓核心筒剪力墻上，選擇附著點時，應重點考慮以下因素。

1）附著處結構應能夠滿足塔機附著反力要求；本工程塔機附著于主樓核心筒剪力墻上，附著處承載能力強，完全能夠滿足塔機附著要求（設計院已復核）。

2）滿足塔機附著角度要求；過大或過小的附著角度都會使附著內力成倍增加，附著角度應控制在30°～70°為宜。

3）滿足外框鋼結構吊裝要求；塔機附著于核心筒上，附著桿需穿越鋼結構外框，附著桿下應無外框鋼柱，以免影響鋼柱吊裝，影響施工進度。

綜合考慮以上因素，最終確定塔機附著平面定位如圖2、圖3 所示。

圖2 TCT7525塔機附著示意圖

圖3 TC7052塔機附著示意圖

2.2 附著桿長確定

本工程塔機采用四桿附著，附著點確定后，即可確定附著桿長，下表為附著桿長匯總如表2 所示。

表2 附著桿長匯總 (單位：mm)

3 塔機立面附著點布置及常規附著轉換

立面附著點的合理布置，能夠減少附著次數，對于提高功效、縮短工期至關重要，選擇立面附著點時，應重點考慮以下因素。

1）爬模的影響 本工程爬模高15.2m，覆蓋3.5 個樓層，設置塔機附著點時應考慮吊裝的材料、構件能夠越過爬模防護平臺，否則會延誤工期。

2）鋼柱吊裝影響 本工程核心筒內25 層以下設計有24 根型鋼柱，在核心筒施工過程中，型鋼柱需領先核心筒混凝土結構2～3 層，型鋼柱的吊裝到了標準層后宜2～3 層一吊，以減少焊接量，提高效率；因此塔吊附著點位需考慮鋼結構安裝需要，避免附著過晚導致影響核心筒鋼結構施工，或附著過早造成資源浪費、延長工期。

綜合考慮以上因素，確定附著點高度，附著簡圖如圖4 所示。

圖4 塔機附著簡圖

隨著外框高度增加，宜將下部超長附著拆除，循環向上使用，將塔機附著轉換到外框柱上（常規附著）；不宜全部使用超長附著，全部使用會增加施工成本，影響后期二次結構及裝飾施工；該工程因外框滯后核心筒較多，每臺塔機加工3 套超長附著，可以滿足施工要求；塔機外框附著點設置按塔吊說明書中最經濟附著點位設置最為經濟合理，轉換次數最少，對現場施工的影響程度最低。

4 超長附著的設計

超長附著具有長度長、自重大、截面大的特點，設計附著桿應考慮自重影響，附著桿應具有較大剛度，避免自重作用產生過大的撓度；本工程附著桿最長21 013mm，為超長附著，為此附著桿采用格構式設計，截面600mm×600mm，主肢采用┕100×12mm，綴條采用┕50×5mm，綴條間距600mm，材料選用Q345B，為充分利用材料的強度、節省材料、減輕自重和增大剛度，附著桿采用變截面四肢格構式（圖5）。

圖5 變截面四肢格構式附著桿

5 附著桿的內力計算

5.1 塔機及附著桿參數（表2）

表2 TCT7525塔機及附著桿參數

5.2 工作狀態附著桿內力計算

1）通過附著受力分析計算，最大附著反力RE=384.5kN。

2）扭矩組合標準值按說明書，Tk=702kNm。

3）附著桿內力計算：塔機扭矩Tk 由附著系統承擔，水平內力Nw=1.4RE=538.3kN。

四桿附著屬于一次超靜定結構，用力法求解，θ由0～360°循環，計算各桿極值。

最大軸壓力：T1=±700.7kN，T2=±231.5kN，T3=±515kN，T4=±690.38kN。

5.3 非工作狀態附著桿內力計算

非工作狀態內力計算（此工況下不計扭矩）與工作狀態同，且各桿軸力小于工作狀態，校核以工作狀態為準

5.4 附著桿校核

工作狀態下的附著桿1 桿軸壓力最大、且1桿最長，為此只需校核1 桿即可。

1）附著1 桿參數 附著桿加工成四肢綴條格構式桁架，截面600mm×600mm，主肢┕100×10mm，綴條┕50×5mm，材料Q355B，截面如圖6 所示。

圖6 附著桿截面圖

2）強度校核經測量附著1桿自重G1=20.5kN，附著桿1長l1=21.016m，

滿足要求。

3）整體穩定性校核

滿足要求。

4）分肢穩定性校核

5）綴條穩定性校核

TC7052 塔機附著驗算步驟同上，結果均滿足要求，計算略。

6 超長附著的安裝

本工程附著桿最長21 013mm，為便于運輸，附著桿在加工廠內分段加工，現場拼裝，拼裝應保證附著桿的撓度在允許范圍內。

超長附著桿的安裝基本程序和常規附著相同，但因本工程采用爬模施工，安裝難度增加；附著桿的安裝需在爬模爬升露出埋件、混凝土強度達到要求后，才能進行；爬模爬升后，埋件處無焊接及安裝人員作業平臺，解決作業人員作業平臺方可完成塔機附著安裝；因核心筒與外框高差較大，從外框搭設作業平臺既不經濟也不可行；為此，經現場考察，設計了一種裝配式可拆卸的便捷附著作業平臺，通過8#工字鋼掛在爬模主龍骨上，當附著施工完成后，可將附著平臺方便的收回爬模內；附著平臺解決了附著安裝難題，在本工程成功運用，順利完成附著安裝；附著平臺不僅安全可靠，而且制作成本低，安裝方便，受到建設方、施工總承包一致好評。

7 結語

超長附著的成功運用，為爬模或鋼平臺施工的200m 左右超高層建筑增加了一種優選的施工方案，同時，對于異性建筑等需超長附著的建筑亦具有指導意義。