鋼管束組合結構高層住宅塔吊附著錨固裝置施工研究

李芒原，張 黎，曹維存，余海洋，夏忠安，楊朋輝

（中建七局第一建筑有限公司，北京 102600）

目前鋼管混凝土束組合結構作為新型結構形式已在多地高層住宅領域展開推廣應用。在鋼管束組合結構施工過程中，附著式塔吊起著非常重要的作用，要同時承擔材料的垂直運輸、鋼構件的現場堆放等任務，從而對塔吊的吊重要求非常高。在結構施工過程中，塔吊需隨著結構的層高進行頂升，以滿足塔吊施工高度，同時為保證塔吊的穩定性，減少塔身內力，提高起重能力，需對塔吊與結構進行附著錨固。

鋼管束組合結構有以下4點特殊性：①構件自重較大，考慮塔吊最遠處吊裝范圍，塔吊位置多處于單體長向中心，導致塔吊附著位置受限，多為短肢墻（承重弱）或附著角度不合理。②單節構件3層高度為9 m，豎向構件節與節間現場焊接處為薄弱點，附著樓層應避開節間連接層。附著點處對于混凝土強度要求為達到設計強度的85%以上，考慮強度周期及進度需求，附著處以上至少保證兩節（6層以上）高度，可保證進度不受影響。因此塔吊豎向附著樓層受到限制。③標準層鋼管束墻體厚為130 mm，壁厚為4 mm，大型塔吊附著點處受力荷載較大，墻體存在變形風險。④在鋼管束墻體上預留附著洞，易產生偏差擴孔現象，墻體自身開洞處屬于薄弱處，同時鋼結構墻體上洞口后期封堵困難，極易造成滲漏風險。因此對現場鋼管束組合結構塔吊施工造成了很大的難題。

本文選取河南省漯河市鵬宇秦相府高層住宅項目作為實施對象，應用設計研發的新型塔吊附著錨固裝置，解決在鋼管束組合結構領域中附著裝置帶來的難題，降低施工風險。

1 工程概況

某項目共計10棟高層住宅，總建筑面積約17萬m2，為鋼管混凝土束組合結構，塔吊采用TC7020-10E塔型，依據建筑高度、塔吊高度及群塔作業，每棟單體需安裝3道附著錨固裝置。

2 塔吊附著裝置的設計與研究

2.1 塔吊附著裝置設計

塔吊附著裝置設計如圖1所示。

圖1 塔吊附著裝置

本工藝區別于傳統結構塔吊附著形式，通過設置定型鋼立柱，底部斜支撐與樓板進行栓接固定，頂部與上層樓板固定，實現將附著荷載通過鋼柱傳遞至樓板+鋼梁+鋼管束墻體實現整體受力[1]。

附著裝置共包含6個主要部件組成：主立柱1、主立柱2、斜支撐1、斜支撐2、連接梁、方鋼板。每個方鋼板設有4個螺栓孔。通過螺栓使主立柱與錨固層的上下樓層鋼筋混凝土樓板進行連接，兩道斜撐與主立柱及錨固層樓板連接。在房間窗口位置設置1道與主立柱水平連接的連接梁，以實現塔吊附著拉桿與立柱連接梁端部的耳板進行連接固定，立柱上下兩段對接及斜支撐與立柱連接均采用高強螺栓連接。

塔吊附著桿反力、風荷載等荷載通過定型鋼立柱把力傳遞到上下層結構樓板、H型鋼梁、鋼管束/箱型柱上。其中連接梁與主立柱連接方式采用焊接。

2.2 荷載取值

塔吊附著點處荷載值為FX=±284 kN，FY=±450 kN，分成以下4種：①X+Y+：FX=284 kN，FY=450 kN；②X+Y-：FX=284 kN，FY=-450 kN；③X-Y+：FX=-284 kN，FY=450 kN；④X-Y-：FX=-284 kN，FY=-450 kN。

2.3 模型建立

1）單元類型：鋼梁、鋼柱采用梁單元模擬，墻采用板單元模擬，樓板采用板單元模擬，其截面形式均依據提供圖紙采用構件實際截面進行建模[2]，整體計算模型如圖2所示。

圖2 計算模型

2）材料屬性：材料為彈性體，主體結構鋼梁采用Q345B鋼，附著鋼架采用Q235B鋼，彈性模量E=2.06×105MPa，泊松比υ=0.3，樓板和墻混凝土采用C40。

3）邊界條件：①荷載：考慮自重，在附著點處施加相應的力；②約束：底部節點與地面的連接為固接，鋼架與樓板采用共節點形式耦合。

4）分析方法：荷載分析為結構受力情況和變形情況。

5）計算軟件：使用Midas軟件和YJK軟件進行計算分析。

2.4 整體結構驗算

2.4.1 應力云圖

工況下梁單元應力云圖如圖3所示。

圖3 工況下梁單元應力云圖

2.4.2 位移云圖

工況下各軸向位移如圖4所示。

圖4 工況下軸向位移

2.5 鋼架計算結果

使用Midas進行計算，選取4個工況鋼架的應力云圖和位移云圖。

2.5.1 鋼架應力云圖

鋼架應力云圖如圖5所示。

圖5 工況應力云圖

2.5.2 鋼架軸向位移云圖

鋼架軸向位移云圖如圖6所示。

圖6 工況下軸向位移云圖

通過應力云圖及位移云圖及整體驗算，均滿足要求。

3 施工工藝流程

施工準備→主立柱1安裝→斜支撐1安裝→斜支撐2安裝→整體校正→立柱2安裝→附著層頂板模板支設及混凝土澆筑→混凝土強度滿足要求后附著桿安裝。

3.1 施工準備

施工前活動式門式腳手架、電扳手、電焊機等安裝工具應配備齊全，施工前作業層周邊均應防護到位，并經驗收合格。

3.2 主立柱1安裝

1）在附著層底板上彈出立柱定位線，立柱1底部法蘭盤尺寸為500 mm×500 mm×20 mm，然后將主立柱1放在定位墨線框內，位置復核合格后再對應位置上畫出4個M28螺栓孔，立柱1安裝節點如圖7所示。

2）采用4根M28高強螺栓與樓板底部方鋼板進行連接。

3.3 斜支撐安裝

首先把斜支撐上部與立柱1的一端采用螺栓進行臨時連接，另一端采用螺栓與樓板連接，斜支撐安裝節點如圖7所示。

圖7 主立柱1及斜支撐1安裝圖

3.4 整體校正

主立柱1、斜支撐1、斜支撐2安裝完成后首先校正主立柱1的垂直度，然后校正主立柱上端部與連接梁的水平度，如圖8所示。

圖8 主立柱2及斜支撐2安裝圖

3.5 立柱2安裝

立柱2底部與立柱1上部法蘭盤采用4根螺栓進行連接。立柱2頂部采用4根螺栓與頂板上部方鋼板進行連接，并擰好絲帽，確保方鋼板固定牢固，不因混凝土振搗、澆筑而受擾動。

3.6 附著層頂板模板支設及澆筑

1）為確保立柱2上部法蘭盤與方鋼板連接部位樓板厚度，在立柱2頂部與方鋼板中間焊接4根110 mm高（板厚）的鋼筋頭。

2）立柱2頂部在混凝土澆筑前預埋2根長1 500 mm直徑18 mmHRB400鋼筋進行加固。

3.7 附著桿安裝

1）塔吊附著裝置所在樓層頂板混凝土強度達到設計強度的85%后方可安裝附著桿[3]。

2）在塔身安裝附著裝置時，確保附著框架、附著桿、錨固裝置連接梁在同一水平面內，傾斜角≤10°。

4 質量控制要點

半成品構件加工質量要求[4]

1）主立柱、斜支撐、連接梁、附著桿、卡箍等鋼構件進場后應組織驗收，材質單、合格證等證明材料齊全，半成品加工符合規范要求，下料尺寸允許偏差見表1。

表1 下料切割尺寸允許偏差 mm

2）半成品構件加工放樣時應根據施工詳圖及尺寸，并考慮構件焊接收縮余量及切割余量。構件采用砂輪切割機下料，焊接為角焊縫，焊縫表面無裂紋、無焊瘤、無焊渣、無氣孔、無飛濺物、無弧坑等，焊縫允許偏差見表2。

表2 焊縫允許偏差[5] mm

3）半成品出廠前必須做除銹防腐處理。

4）附著錨固裝置安裝位置符合圖紙設計要求，安裝質量允許偏差見表3。

表3 附著錨固裝置安裝質量允許偏差 mm

5）塔吊附著裝置安裝完畢后，復測塔機兩個方向的垂直度，要求附著以下部分的垂直度≤2‰，附著以上部分垂直度≤4‰。

5 結語

本文通過對漯河市鋼管束組合結構高層住宅建筑中的塔吊附著錨固裝置研究，采用理論驗算、實踐檢驗，應用結果表明研制的塔吊附著裝置安全可靠。鑒于設置的鋼立柱受力情況與結構整體保持一致的特點，塔吊附著裝置的水平及豎向安裝位置均不受限制，布置靈活，有利于塔吊布置及群塔作業。同時，該裝置各部件間連接均采用螺栓連接，安拆便捷，從而實現可周轉重復使用，綜合成本低；并且，區別于傳統塔吊附著裝置，本項目研制的塔吊附著裝置安裝位置處無需在結構上開洞及后期封堵，規避了結構受力隱患及滲漏風險。