超高層內爬動臂塔機支撐體系連接節(jié)點優(yōu)化及安裝施工技術應用

張獻龍

（北京正和工程裝備服務股份有限公司廣州分公司，廣東 廣州 510530）

大型內爬動臂塔機在超高層施工垂直運輸中對整個工程施工進度和施工安全起著非常重要的作用，其內爬支撐體系的高效率安裝是工程施工順利開展的保證。特別是超高層建筑工程結構設計越發(fā)多樣性，并且鋼構件重量大、施工進度控制嚴格等，必須選用大型動臂塔機。本文依托廣州某超高層項目，針對內爬塔機支撐體系受力對核心筒墻體結構影響較大，對內爬塔機支撐體系連接節(jié)點進行了優(yōu)化和改進。

1 工程概況

廣州某項目位于廣州珠江新城中軸線上，地上設計最高點為302.92米，樓高59層，由邊長約50m左右的方形鋼結構外框筒與直徑（邊長）約25～30m的圓型（方形）核心筒通過樓層梁連接成整體，外框筒鋼柱為圓鋼管柱，樓層梁為一般H型鋼梁。總用鋼量約1.1萬t，單個構件最大重量29.1t，鋼構件主要有鋼管柱、箱型鋼斜撐、箱型鋼框梁、樓層H型鋼梁、預埋件。工程特點：鋼結構構件重量大（最重單件近29t），所需吊裝設備作業(yè)半徑較大。

表1 地上部分最重鋼構件

2 塔機布置及說明

通過對超高層核心筒結構形式、構件重量、平面布置、吊次計算、工期等因素綜合考慮分析，確定超高層塔機數量、型號及布置圖（如圖1）：兩臺內爬塔機均安裝在核心筒內，分別布置在核心筒西北角和東南角。塔機型號均為M600D，塔機安裝臂長55米，獨立安裝高度56米，兩塔間距約18米。

內爬塔機支撐體系共有三道，支撐鋼梁之間的間距為16-20米設置，每道內爬支撐體系由4個墻體預埋件、4個鋼牛腿、2根支撐鋼梁和2套C型梁組成。正常使用狀態(tài)為兩道，底部一道位于塔身底部內爬專用節(jié)位置，主要承受整機產生的垂直載荷和水平載荷，上部一道位于塔身加強節(jié)位置，只承受水平載荷。隨著施工高度增加，在預先設定位置安放墻體預埋件，提前焊接牛腿，待核心筒結構強度達到要求后，安裝第三道支撐鋼梁，支撐鋼梁與牛腿焊接連接。爬升前，第三道支撐鋼梁安裝完畢并檢查驗收合格后進行爬升，塔機爬升完成后，拆除最下面（原第一道）支撐鋼梁并割除牛腿，以備下次塔機爬升前使用。

3 內爬塔機支撐體系連接節(jié)點優(yōu)化與改進

3.1 內爬塔機對核心筒結構受力分析

支撐鋼梁傳遞給墻體的水平力不僅與塔吊吊裝作業(yè)工況有關，還與內爬支撐體系連接節(jié)點有關。支撐鋼梁與牛腿焊接連接，此硬性連接彎矩帶來的水平荷載過大，內外墻體承受的最大水平力約41噸，當水平向墻體不滿足正截面抗彎承載力的要求，需采用加固措施。

3.2 內爬塔機支撐體系連接節(jié)點的優(yōu)化與改進

根據本工程內爬支撐體系對核心筒受力影響，常規(guī)做法增加墻體配筋或墻體加厚，但本工程墻體配筋已非常密，墻體加厚影響結構尺寸并且施工成本過大，為了保證塔機順利安裝，對塔機支撐體系連接節(jié)點進行優(yōu)化改進，原支撐鋼梁與牛腿為焊接連接改為鉸接連接形式并增加水平連梁抵減墻體水平向受力。

支撐鋼梁與牛腿采用鉸接形式，通常采用牛腿上開孔螺栓連接或采用連接耳板銷軸固定，但建筑施工精度很難保證螺栓或銷軸的安裝精度要求，牛腿和耳板只能在安裝時現場配焊，施工工期長、難度大。

綜合以上對比分析，對內爬支撐系統(tǒng)連接節(jié)點進行優(yōu)化改進，采用限位板+限位塊把支撐梁和牛腿固定為一體，優(yōu)化后支撐系統(tǒng)節(jié)點連接如圖2；優(yōu)化后的牛腿設計如圖3。

內爬塔機支承鋼梁直接安裝放置在牛腿上，塔機在工作狀態(tài)和非工作狀態(tài)時，豎向垂直向下反力直接作用在牛腿上，側向水平力則通過焊接在牛腿上的限位板傳遞給牛腿，軸向水平力通過支承梁與預埋鋼板之間焊接的限位塊傳遞，除此處焊接外，與牛腿的其它連接部位不采用任何焊接或者栓接方式；內爬塔機自重作用于支撐梁上，無豎向向上反力。

3.3 內爬塔機支撐體系連接節(jié)點的優(yōu)化設計及加工制作

1）支撐體系的優(yōu)化設計，根據動臂塔機的型號和吊裝構件重量，確定內爬支撐體系的計算載荷大小，同時按最不利工況考慮風載荷的影響。

采用有限元軟件ANSYS將內爬支撐體系和核心筒墻體受力整體建模分析計算，根據塔機吊臂的轉動方向，選取不同工況分別計算內爬塔機爬升支撐體系構件的應力、變形等。

選取最不利工況下，支座反力對預埋件、牛腿、支撐梁進行設計計算，確定內爬支撐體系構件的尺寸等相關參數并繪制內爬支撐體系的設計加工圖紙；并對核心筒墻體結構承載力進行驗算，確保結構安全和塔機使用安全。

2）支撐體系構件的加工制作，根據設計圖紙確定的構件的規(guī)格型號、尺寸、大小和材質、焊縫厚度等相關設計參數，委托由加工資質的專業(yè)單位對支撐體系進行加工制作。

4 內爬支撐體系的安裝

4.1 預埋件的定位安裝

根據塔機中心軸線定位和爬升間距，確定預埋件的軸線位置和標高，因預埋件埋設于核心筒墻體內，并且核心筒墻體內配筋較密，需在綁扎橫向鋼筋前提前埋設，埋設后校正標高和軸線位置并與主筋焊接固定，確保后期綁扎鋼筋加固和澆筑混凝土時預埋件不發(fā)生位移。

4.2 焊接牛腿

焊接牛腿前需搭設操作平臺或設置可拆卸外掛式操作平臺，清理預埋件表面，并在預埋件上標注中心線，以便準確定位牛腿焊接位置。牛腿焊接后需探傷合格后方可安裝內爬梁，牛腿焊接焊縫采用一級焊縫。

4.3 支撐體系安裝

待結構強度達到設計要求后，先吊裝兩根支撐梁就位并調整其水平度，然后安裝內爬C型框與兩根主梁連成一體，調整塔身垂直度，根據塔身與C型框之間的間隙，再通過撬動微調支撐梁使塔身與C型框之間的間隙一致。焊接牛腿與支撐梁之間連接的限位塊，限位塊一端焊接于預埋件上，另一端焊接于支撐梁端部；兩塊限位板分別頂緊支撐梁，限位板底部只與牛腿焊接固定，限位板與支撐梁側面不焊接，兩根支撐梁四個端面焊接方法相同。待限位板和限位塊分別焊接完畢后，調整內爬C型框頂塊，使其與塔身頂緊并鎖定，至此內爬支撐體系安裝完畢，頂塊鎖緊示意圖如圖4。

5 內爬支撐體系的檢查驗收

焊縫均采用開坡口焊接，焊縫均為一級焊縫，無損檢測合格才可進行下道工序，檢查驗收項目如表2所示。

表2 內爬支撐體系檢查驗收表

6 結語

內爬動臂塔機在超高層施工垂直運輸中起著非常重要的作用，對于核心筒墻體結構不能滿足塔機受力的情況，通過優(yōu)化改進內爬支撐體系的連接節(jié)點形式，增加水平連梁的方式，減少了塔機彎矩產生的水平力，從而減少塔機對墻體結構的水平向受力，在保證施工質量、安全的前提下，節(jié)省了建造成本，降低了支撐體系的復雜程度，便于安拆，同時優(yōu)化了安裝工序，提高了施工效率，降低了高空作業(yè)風險，有力的確保了安全生產。