城市核心區高層建筑大型塔式起重機支撐系統高空轉換技術

劉衛未，車庭樞，王 晶，李 靜，范 昕，蔣千重，趙乾辰

(中建一局集團建設發展有限公司，北京 100102)

1 工程概況

北京市CBD核心區Z2b地塊商業金融項目位于朝陽區國貿橋東北角，占地面積8 223m2，總建筑面積167 851m2，集甲級辦公、會議、商業、健身、餐飲、多種配套服務功能于一體，地下6層，主塔樓57層，高260m。

該塔樓為框架-核心筒結構，核心筒墻體內含鋼骨，核心筒內為鋼筋混凝土梁板，外框架為組合柱+鋼梁+樓承板。核心筒墻體采用液壓爬模施工，筒內布置2臺L630-50塔式起重機，結構平面如圖1所示。

圖1 結構平面

核心筒南側墻體在25層收縮，核心筒北側墻體在42層收縮(見圖2)。1，2號塔式起重機原為內爬式塔式起重機，1號塔式起重機在42～57層、2號塔式起重機在26～57層均需轉換爬升方式。

圖2 核心筒立面示意

2 塔式起重機轉換方案選型

由于核心筒收縮，需停止塔式起重機內爬，轉換塔式起重機基礎，一般超高層項目遇到塔式起重機基礎轉換時會優先選擇外掛基礎，鑒于核心筒結構布置的特殊性，由于外掛基礎安裝難度大、施工工期長、技術經濟性差、爬模干預等原因，需考慮更經濟安全的轉換方式，以實現塔式起重機順利爬升。

通過方案比選，最終確定1，2號塔式起重機低區內爬升在高區轉換為高空外附，以保證結構連續施工及塔式起重機合理附著。塔式起重機內爬轉外附流程如圖3所示。

圖3 塔式起重機轉換流程

3 塔式起重機基礎方案設計

3.1 爬升輔助鋼架設計與計算

隨著核心筒混凝土墻向內收縮，無法固定原內爬塔式起重機基礎梁埋件，故需在核心筒內收外側搭設爬升輔助鋼架，鋼架由鋼柱、鋼梁和斜支撐組成。塔式起重機爬升輔助鋼架計算模型如圖4所示。

圖4 計算模型示意

常規內爬塔式起重機考慮其作用于上、下層C形梁的荷載及爬升輔助鋼架自重。塔式起重機荷載包括豎向力V、第1道支撐水平力H2、第2道支撐水平力H1，本次選用L630-50塔式起重機工作狀態下的荷載值(見表1)。

表1 L630-50塔式起重機支撐系統荷載取值 kN

支撐架結構自重由程序自行計算。考慮沖擊、振動、安裝誤差及風荷載高度系數的影響，正常使用極限狀態下，塔式起重機活荷載、支撐架自重荷載分項系數均為1.0；承載力極限狀態下，塔式起重機活荷載分項系數為1.5，支撐架自重荷載分項系數為1.3。

在爬升輔助鋼架驗算中，上層支撐梁在塔式起重機支腿位置僅承擔水平力H1，下層支撐梁荷載需考慮豎向力V、水平力H2和彎矩M(由水平力H1在下層支撐梁處所引起)，M=H1×L(L為2道支撐的豎向間距)。

表2 各工況豎向力取值

表3 各工況水平力取值

圖5 荷載作用示意

爬升輔助鋼架設計考慮工程結構限制、塔式起重機荷載選用、結構安全冗余、結構經濟成本等因素，傳力路徑明晰，在常規塔式起重機爬升框架設計的基礎上增加鋼柱、橫向及豎向斜撐等構件。經計算，桿件軸力、應力比、撓度等均符合要求。此外，當偶然荷載導致結構局部破壞時，經過內力重分布，桿件最大應力比提高0.1，滿足抗連續倒塌設計。

3.2 外附塔式起重機基礎設計與計算

外附塔式起重機作用于基礎上的荷載包括豎向軸力V、剪力S、彎矩M，分別為3 060kN，1 116kN，12 684kN·m。荷載分項系數取值及計算工況的豎向力N、水平力V簡化同爬升輔助鋼架。外附塔式起重機基礎如圖6所示(第N層為塔式起重機基礎轉換樓層)。

圖6 外附塔式起重機基礎

通過有限元軟件建模計算外附塔式起重機基礎各桿件的受力是否滿足要求。施工過程中各桿件最大應力比如圖7所示。

圖7 各桿件最大應力比

4 塔式起重機轉換施工

4.1 預埋件安裝

1)在主體結構鋼筋綁扎完成后，混凝土模板合模前，將轉換基礎埋件固定在圖紙標注的軸線和標高處，偏差≤5mm。模板加固完成后，再次測量定位數據，如果偏差>5mm，立即調整。

2)塔式起重機支撐梁上方3m處，在主體結構墻體上埋設預埋件，用于安裝支撐鋼梁時固定手動葫蘆。

3)支撐體系通過預埋件連接主體結構，外側埋件與支撐間采用全熔透縫焊接，焊縫等級為一級，探傷比例為100%。

4.2 安裝爬升輔助鋼架

1)爬升輔助鋼架與N層外墻頂部埋件焊接，爬升輔助鋼架梁底部和主體結構連梁下用圓管做三角支撐，保證結構連梁不受壓變形。

2)由于爬升輔助鋼架鋼柱較長，需分2次安裝，首先使用塔式起重機安裝2根鋼柱，固定后安裝鋼梁、斜撐，校正垂直度后統一焊接，然后安裝、焊接下一節鋼柱、鋼梁。塔式起重機爬升輔助鋼架做法剖面如圖8所示。

圖8 塔式起重機爬升輔助鋼架做法剖面

4.3 安裝爬升夾持鋼梁

1)先安裝爬升輔助鋼架，N+1層安裝完成后，插入安裝N+1層夾持鋼梁。

2)安裝爬升輔助鋼架后，安裝N+4層塔式起重機夾持鋼梁，先安裝轉換基礎承重鋼梁，然后由下向上依次安裝斜支撐等其他構件。

3)安裝爬升夾持鋼梁時，下放鋼梁需傾斜一定角度，待下放到指定高度后調整至水平位置。塔式起重機夾持鋼梁平面如圖9所示。

圖9 塔式起重機夾持鋼梁平面

4)安裝斜撐時，需先把斜撐吊運至混凝土樓面處，然后人工倒運至安裝位置正下方，拼裝完連接板后，由下向上吊運至指定標高。

4.4 爬升塔式起重機

1)安裝N層支撐鋼梁前，先將塔式起重機爬升至N+1層，使塔式起重機通過爬升框架坐落于N+1層夾持承重梁上。

2)內爬裝置由上、中、下內爬框架承重梁，內爬框架(C形梁)，內爬基節，內爬標準節，液壓頂升機構等組成。內爬塔身由1節內爬基節+4節內爬節+4節標準節組成，內爬塔身組合長51.3m。塔式起重機整機爬升時，上、中、下框架固定在內爬框架承重梁上，塔式起重機利用安裝在內爬框架上的液壓頂升系統爬升。

4.5 施工轉換基礎

塔式起重機爬升至N+1層后安裝N層塔式起重機轉換基礎，塔式起重機基礎平面、剖面分別如圖10，11所示，落回轉換基礎如圖12所示。

圖10 塔式起重機基礎平面

圖11 塔式起重機基礎剖面

圖12 塔式起重機落回轉換基礎

4.6 塔式起重機落回轉換基礎

塔式起重機爬升至N+1層后安裝N層塔式起重機轉換基礎。

1)待安裝完N層塔式起重機支撐體系，塔式起重機基座下降至轉換基礎承重鋼梁上并固定。

2)利用塔式起重機內爬系統，將塔式起重機自降1層，使內爬基節下方與塔式起重機可拆卸地腳連接，塔式起重機可拆卸地腳直接落在N層新架設的轉換基礎鋼梁上方，調整塔式起重機垂直度符合要求后，夾緊內爬框架頂升螺栓，焊接可拆卸地腳與轉換基礎鋼梁，將直徑600mm的可拆卸地腳底板圓弧四周進行圍焊，焊腳高30mm。

4.7 安裝附墻拉桿和頂升套架

1)當塔式起重機標準節頂升到指定高度后，連接附墻支撐與主體結構墻體，以保證塔式起重機整體運行穩定。塔式起重機附著采用4桿系統，設置在核心筒墻體結構轉角處。

2)塔式起重機基礎重生根后，再安裝塔式起重機頂升套架。由于塔式起重機原安裝為內爬式，只可散拼安裝頂升套架，2臺塔式起重機互裝頂升套架時需借助倒鏈配合。安裝頂升套架時，應根據現場塔式起重機頂升踏步方向，確定頂升套架開口方向(即標準節引進方向)。

4.8 拆除夾持梁及爬升輔助鋼架

利用另一臺塔式起重機，配合手拉葫蘆鏈拆除塔式起重機夾持梁及爬升輔助鋼架，通過上方結構預留吊裝口運出現場，至此完成塔式起重機基礎轉換，塔式起重機由內爬式轉為外附式塔式起重機。塔式起重機轉換完成剖面如圖13所示。

圖13 塔式起重機轉換完成剖面

5 結語

北京市CBD核心區Z2b地塊商業金融項目核心筒內的2臺L630-50塔式起重機，通過合理的方案選擇、基礎設計、安拆施工，在結構限制情況下，由內爬式轉換成外附式頂升塔式起重機，現場不間斷施工，且不影響下部樓層施工工序，保證超高層垂直運輸便捷高效，有效縮短施工周期，減少施工成本，同時對主體結構影響小，安全性更高。