建筑工程塔式起重機(jī)附著桿安裝角度不足的處理

伏大雙

（昆明市泰暘建筑經(jīng)營有限公司，云南 昆明 650220）

0 引言

塔式起重機(jī)作為建設(shè)工程施工必不可少的起重機(jī)械，因其作業(yè)范圍靈活、作業(yè)高度可根據(jù)需要靈活配置的特點(diǎn)，在建筑工程中被廣泛使用，并起到重要的作用。但在使用過程中，塔式起重機(jī)安全事故頻繁出現(xiàn)，嚴(yán)重威脅到人民生命財(cái)產(chǎn)安全。糾其原因，很多是塔身?xiàng)U件失效引發(fā)塔身穩(wěn)定性不足、超載、違章作業(yè)等造成。本文結(jié)合實(shí)際工程，解決了高層建筑施工中，塔式起重機(jī)因場地限制、方案缺陷等原因造成的塔身附著桿件安裝角度不足工況下如何確保附著桿件安裝符合要求的問題。方案經(jīng)過科學(xué)設(shè)計(jì)并實(shí)施后，確保了項(xiàng)目塔式起重機(jī)的安全運(yùn)行和工程順利完工，可供建筑工程中遇到類似問題的參考，也希望能與工程行業(yè)的技術(shù)工作者交流。

1 基本情況

項(xiàng)目工程為 6 棟高層住宅建筑，其中 C2-C4 棟為 21 層住宅建筑，建筑總高度為 74.75 m；C5-C7 棟為 16 層住宅建筑，建筑總高度 56.5 m。主體結(jié)構(gòu)為剪力墻結(jié)構(gòu)，項(xiàng)目共安裝 4 臺塔式起重機(jī)，分別安裝于 C2 棟、C4 棟、C5 棟、C7 棟建筑一側(cè)。塔式起重機(jī)自編號分別為 1#－4#。1#、2# 塔式起重機(jī)安裝高度為 90 m，3#、4# 塔式起重機(jī)安裝高度為 75 m。

2 塔式起重機(jī)附著與建筑定位產(chǎn)生偏差的原因分析

2.1 技術(shù)原因

現(xiàn)場技術(shù)人員在項(xiàng)目初期進(jìn)行總平面施工圖的設(shè)計(jì)時，由于經(jīng)驗(yàn)不足，在塔式起重機(jī)設(shè)備布置過程中未能充分考慮塔式起重機(jī)布置的關(guān)鍵因素：作業(yè)覆蓋范圍、塔機(jī)與建筑的三維位置關(guān)系、附著結(jié)構(gòu)安裝角度要求、塔式起重機(jī)與建筑距離要求等。

2.2 方案審查原因

施工總平面圖在審查過程中，審查人員不認(rèn)真，審查過程形式化、疏忽大意。

2.3 其他原因

項(xiàng)目施工前期確定的施工總平面圖，由于建設(shè)單位設(shè)計(jì)修改，建筑總平面位置發(fā)生變化，方案編制人員未及時更新調(diào)整方案重新報(bào)審，現(xiàn)場施工人員已按原方案施工塔式起重機(jī)基礎(chǔ)等。

綜上所述，主要為施工技術(shù)及管理原因造成。

3 現(xiàn)場塔式起重機(jī)與建筑相對關(guān)系

3.1 塔式起重機(jī)與建筑位置關(guān)系

現(xiàn)場塔式起重機(jī)與建筑位置關(guān)系如圖 1、圖 2 所示，C2 棟建筑與 1# 塔身距離為 3.6 m，塔身中心線距13軸結(jié)構(gòu)柱水平尺寸為 1.7 m；C4 棟建筑與 2# 塔式起重機(jī)距離為 3.2 m，塔身中心線距13軸水平尺寸為 1.2 m。

圖1 1# 塔與 C2 棟位置關(guān)系平面圖（單位：mm）

圖2 2 # 塔與 C4 棟位置關(guān)系平面圖（單位：mm）

3.2 塔式起重機(jī)現(xiàn)狀附著位置與建筑關(guān)系

本工程主體結(jié)構(gòu)為剪力墻結(jié)構(gòu)，塔身附著桿受力支座需與主體結(jié)構(gòu)可靠連接，按現(xiàn)有塔身與建筑位置關(guān)系，1#塔式起重機(jī)左側(cè)附著桿與12 軸結(jié)構(gòu)墻支座夾角為 61°，右側(cè)附著桿支座與13 軸結(jié)構(gòu)墻支座夾角為 80 °。

2#塔式起重機(jī)左側(cè)附著桿與12 軸結(jié)構(gòu)墻支座夾角為 55°，右側(cè)附著桿支座與13 軸結(jié)構(gòu)墻支座夾角為 85°。

1#、2# 塔式起重機(jī)右側(cè)附著桿支座位置與塔身附著固定點(diǎn)間水平夾角分別為 80°及 85°，均接近 90°。由于附著桿與支座夾角較大，附著桿在塔式起重機(jī)左側(cè)或右側(cè)受力狀態(tài)時，右側(cè)附著桿對塔身無有效的約束作用，同時由于右側(cè)附著桿未發(fā)揮應(yīng)有的承載作用，使得左側(cè)的附著拉桿內(nèi)力成倍增大，在不利作業(yè)條件下時塔身扭轉(zhuǎn)、失穩(wěn)發(fā)生破壞（見圖 3、圖 4）。

圖3 1# 塔式起重機(jī)附著桿現(xiàn)狀位置平面圖（單位：mm）

圖4 2 # 塔式起重機(jī)附著桿現(xiàn)狀位置平面圖（單位：mm）

所以，現(xiàn)狀塔身附著桿支座安裝位置及角度不符合要求，存在較大的安全隱患，附著桿不能對塔身起到應(yīng)有約束作用，易造成塔身標(biāo)節(jié)失穩(wěn)破壞。

3.3 塔式起重機(jī)附著桿與建筑需滿足的位置關(guān)系

塔身附著桿與支座位置間夾角，根據(jù)“塔式起重機(jī)使用說明書”要求，附著桿與建筑水平夾角宜為 55°，處理方案中塔式起重機(jī)附著桿安裝角度調(diào)整為 56°及59°，滿足要求（見圖 5～圖 8）。

圖5 1# 塔式起重機(jī)附著桿正確安裝位置平面圖

圖6 2 # 塔式起重機(jī)附著桿正確安裝位置平面圖（單位：mm）

圖7 附著結(jié)構(gòu)安裝平面圖（單位：mm）

4 處理方案

處理方案擬在13 軸右側(cè)剪力墻結(jié)構(gòu)上增設(shè)鋼結(jié)構(gòu)支撐架，鋼支架安裝尺寸應(yīng)能滿足塔式起重機(jī)附著桿件安裝夾角要求，同時支撐架體能有效承擔(dān)和傳遞塔身附著桿件所產(chǎn)生的荷載給混凝土結(jié)構(gòu)。

方案中鋼支架材料采用 Q235B 鋼材（當(dāng)支撐架外伸尺寸較大、拉桿荷載較大時可采用 Q345B 鋼材），主桿件選用 HN244×175×7×11 型鋼，型鋼連接采用螺栓和焊縫連接，焊縫質(zhì)量等級為二級。

5 方案計(jì)算

混凝土強(qiáng)度按 C2/C4 棟結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖中最上一道附著桿安裝層混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度 C30 進(jìn)行計(jì)算，預(yù)埋件采用 HRB300 級φ22 鋼筋。

附著支架荷載標(biāo)準(zhǔn)值按 QTZ80《EC5513 塔式起重機(jī)產(chǎn)品使用說明書》［1］采用，各附著點(diǎn)荷載值如表 1 所示。附著桿受力平面示意圖如圖 9 所示。

建筑物附著點(diǎn) F 1 F 2 F 3 F 4載荷/kN ±113 ±158 ±113 ±158

圖9 附著桿受力平面示意圖（單位：mm）

根據(jù)塔式起重機(jī)說明書中荷載值，該荷載按活荷載考慮，考慮到結(jié)構(gòu)的重要性，內(nèi)力分項(xiàng)系數(shù)取 1.5。

節(jié)點(diǎn)剪力設(shè)計(jì)值N1=1.5×113 kN=169.5 kN。

節(jié)點(diǎn)拉力設(shè)計(jì)值N2=1.5×158 kN=237 kN。

當(dāng)附著桿件尺寸說明書有較大差異時，需與塔機(jī)生產(chǎn)單位聯(lián)系，由生產(chǎn)提供節(jié)點(diǎn)荷載值并重新設(shè)計(jì)拉桿。本方案經(jīng)與生產(chǎn)單位聯(lián)系后，產(chǎn)家同意采用說明書中荷載值及原拉桿。

各桿件內(nèi)力的計(jì)算須按各桿件與支座位置實(shí)際夾角及內(nèi)力值，計(jì)算鋼支架各桿件內(nèi)力值。

鋼支架的設(shè)計(jì)按 GB 50017－2017《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》［2］相關(guān)要求及《鋼結(jié)構(gòu)連接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)手冊》（第三版）［3］進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件對鋼支架各桿件內(nèi)力進(jìn)行分析計(jì)算，驗(yàn)算連接焊縫及連接材料強(qiáng)度，驗(yàn)算鋼支架整體強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性，驗(yàn)算預(yù)埋件承載力，混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)承載力等。

附著桿鋼支撐架施工圖如圖 10～圖 13 所示。

圖10 C2/C4 棟鋼支架施工平面圖（單位：mm）

圖11 鋼支架 A-A 立面大樣（單位：mm）

圖12 混凝土結(jié)構(gòu)預(yù)埋件大樣圖（單位：mm）

圖13 鋼支架節(jié)點(diǎn)大樣圖（單位：mm）

6 鋼支架施工

6.1 預(yù)埋件安裝

預(yù)埋件安裝前，主體結(jié)構(gòu)鋼筋安裝經(jīng)過驗(yàn)收方可進(jìn)行安裝，預(yù)埋件安裝過程中不得對原結(jié)構(gòu)鋼筋造成損傷。施工過程應(yīng)做好定位放線，確保安裝位置標(biāo)高、軸線位置正確，安裝完畢后須經(jīng)項(xiàng)目質(zhì)量員及項(xiàng)目技術(shù)負(fù)責(zé)人驗(yàn)收合格方可進(jìn)入下道工序。

6.2 鋼支架安裝

鋼支架安裝時預(yù)埋件的主體結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度需達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的 80 % 以上方可進(jìn)行安裝，安裝前應(yīng)事先按施工圖加工好單根桿件，并在地面進(jìn)行預(yù)拼裝，拼裝無誤后方可吊運(yùn)至現(xiàn)場組裝連接。

焊接作業(yè)為外腳手架高處作業(yè)，作業(yè)前及作業(yè)過程應(yīng)有可靠的安全保證措施、防火措施，嚴(yán)禁上下交叉作業(yè)，作業(yè)范圍地面應(yīng)掛設(shè)安全警戒線，作業(yè)前應(yīng)進(jìn)行安全技術(shù)交底。

鋼支架為重要受力構(gòu)件，連接部位焊縫施工須嚴(yán)格按相關(guān)規(guī)定施工，焊工應(yīng)有二級焊縫焊接經(jīng)驗(yàn)。

根據(jù)規(guī)范要求：焊接接頭沖擊韌性應(yīng)不低于設(shè)計(jì)值或?qū)δ覆牡囊螅竟こ啼摬臑?Q235B 型鋼，焊接材料在選用時應(yīng)符合以下要求：電弧焊采用不低于E43XX 焊條；氣體保護(hù)焊接采用 ER50-X 焊絲。作業(yè)面為外腳手架高外作業(yè)，氣體保護(hù)焊接作業(yè)時應(yīng)在腳手架內(nèi)側(cè)增設(shè)防風(fēng)簾。

安裝完成后須按 GB 50205－2001《鋼結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》［4］相關(guān)要求檢查驗(yàn)收。

6.3 焊接質(zhì)量檢測

方案中鋼支架為重要受力構(gòu)件，焊縫質(zhì)量直接關(guān)系到鋼支架是否能確保塔式起重機(jī)安全運(yùn)行。因此，焊縫質(zhì)量須嚴(yán)格按 GB 50661－2011《鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范》［5］相關(guān)要求進(jìn)行施工和驗(yàn)收，重要承力構(gòu)件焊縫質(zhì)量等級要求為二級。

6.4 投入使用

鋼支架投入使用前由項(xiàng)目技術(shù)負(fù)責(zé)人組織：項(xiàng)目質(zhì)量員、機(jī)械租賃單位技術(shù)負(fù)責(zé)人進(jìn)行驗(yàn)收，驗(yàn)收合格方可投入使用。合格條件：主體結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度不低于設(shè)計(jì)強(qiáng)度 80 %；焊縫質(zhì)量經(jīng)第三方檢測合格；鋼支架安裝標(biāo)高、結(jié)構(gòu)尺寸符合設(shè)計(jì)要求，偏差在允許范圍內(nèi)。

塔式起重機(jī)附著桿安裝后，應(yīng)按塔式起重機(jī)相關(guān)安全驗(yàn)收規(guī)定對附著桿件安裝質(zhì)量進(jìn)行驗(yàn)收，驗(yàn)收合格后塔機(jī)方可投入使用。

塔式起重機(jī)附著桿及鋼支架投入使用后，應(yīng)定期檢查鋼支架工作情況，項(xiàng)目部指定的技術(shù)員須每班檢查焊接部位是否有開裂情況、與主體結(jié)構(gòu)連接部位是否松動、附著桿連接部位是否有異常情況等，檢查結(jié)果需形成檢查記錄（見圖 14）。

圖14 鋼支架施工效果圖

6.5 拆除施工

鋼支架的拆除在塔式起重機(jī)拆除后進(jìn)行，因建筑外部腳手架已拆除，鋼支架的拆除作業(yè)為高空拆除作業(yè)，采用吊籃施工。作業(yè)用吊籃應(yīng)符合 GB/T 19155－2017《高處作業(yè)吊籃》［6］相關(guān)質(zhì)量要求。吊籃施工作業(yè)的安全技術(shù)措施須嚴(yán)格按 JGJ 202－2010《建筑施工工具式腳手架安全技術(shù)規(guī)范》［7］相關(guān)要求實(shí)施。

拆除作業(yè)過程中，在作業(yè)范圍兩倍墜落半徑外設(shè)置安全警戒線，防止無關(guān)人員進(jìn)入作業(yè)區(qū)域，警戒線外由專職安全員值守。

7 結(jié)語

近年來，塔式起重機(jī)安全事故頻發(fā)，一部分為違章操作原因，大部分為塔式起重機(jī)安裝使用過程中，安全措施不到位或缺失造成。如：附著桿受力不符合要求，桿件失效、附著桿件私自制造、附著桿支座安裝質(zhì)量不符合要求等問題是造成高層建筑工程塔式起重機(jī)傾倒事故頻發(fā)的主要原因。其次，施工總平面圖設(shè)計(jì)時，塔機(jī)位置設(shè)計(jì)的技術(shù)人員經(jīng)驗(yàn)不足，項(xiàng)目管理混亂，無有效審查監(jiān)督制度和程序，造成方案先天不足，形成安全隱患。

為確保塔式起重機(jī)的安全生產(chǎn)，應(yīng)提高施工方案編制人員的技術(shù)水平，加強(qiáng)技術(shù)管理和學(xué)習(xí)，嚴(yán)格審核制度，施工過程中嚴(yán)格遵守相關(guān)安全技術(shù)規(guī)范要求。塔式起重機(jī)的使用中，一方面要滿足生產(chǎn)要求，更重要的還需確保其具備安全運(yùn)行的工況。因此，科學(xué)認(rèn)真地進(jìn)行施工組織設(shè)計(jì)和管理是確保安全生產(chǎn)必不可少的環(huán)節(jié)。

本項(xiàng)目塔式起重機(jī)附著桿的安裝采取增加鋼支架的措施處理后，很好地解決了本項(xiàng)目塔式起重機(jī)附著桿安裝角度不足，存在嚴(yán)重安全隱患的問題，保證了項(xiàng)目正常施工，實(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目塔式起重機(jī)安全生產(chǎn)的目標(biāo)。Q