行走式塔式起重機施工技術研究與分析

王開發/WANG Kaifa

(中核華興達豐機械工程有限公司，上海 200331)

隨著建筑工地施工順序的復雜多變，使得施工現場部件的吊裝變得更加困難。目前，吊裝距離遠、制作固定基礎的塔機后期拆除困難等特點在大型施工現場變得十分常見。為解決上述問題，可采用行走式塔機實現長距離吊裝的難題。行走式塔機一般多用于施工現場的設備與材料堆場處，用以長距離運輸物料。

1 行走式塔機的適用條件

行走式塔機相較于固定基礎塔機，對場地的要求更高（圖1）。

圖1 行走式塔機

安裝行走式塔機時，一般場地應滿足以下3個條件：①行走區域內應平整，無坡度，若場地行走區域內長度存在坡度，則需消除坡度，平整場地；②行走式塔機的行走區域內的地耐力需滿足要求，若地耐力無法滿足，需采取行走區域內的場地進行開挖回填夯實或者回頂等相關措施；③若在樓面或者地下室頂板上安裝行走式塔機，此時就需要對行走軌道下方的已有建筑結構承載力進行復核，確保建筑結構承載力滿足行走式塔機的最大輪壓。

2 行走式塔機軌道輪壓計算分析

行走式塔機與固定基礎塔機不同，行走式塔機的基礎載荷中無豎向拔力，只存在豎向壓力及水平力。因此，在分析行走式塔機的基礎載荷時，需求解行走塔機的最大輪壓即可。

設計行走軌道時，根據現場實際情況計算輪壓。行走軌道的下方有混凝土枕，鋼枕等，其中混凝土軌道適用于承載力滿足要求的地面或者樓面上，而鋼梁枕則適用于地下室頂板等承載力無法滿足需求的建筑結構上。混凝土軌道與鋼梁軌道設計如圖2 所示。

圖2 兩種行走軌道設計圖

輪壓的大小與行走臺車滑輪間距、混凝土枕的高度寬度有關。

輪壓計算方法如式（1)所示。

式中，Fv為垂直荷載（豎直力包括壓重）；Mv為傾覆力矩；L為行走底架對角線長度；

以混凝土枕木為例，行走底架每個角1 個行走臺車，每個行走臺車2 個滑輪，滑輪間距a；混凝土軌枕高h1，寬b1（單位m），軌枕下方鋪設寬b2高h2的混凝土墊層，考慮輪壓沿軌道兩側45°方向斜向下傳遞至持力層，故每個瞬間每個臺車支點下受力面積

則，地面所受壓力為

式中，[Pb]為塔機基礎所在持力層地基承載力。

在確定行走塔機的單點最大壓力后，可根據最大壓力來選擇鋼軌，鋼軌的材質按照起重機用鋼軌YB／T 5055-2014《起重機用鋼軌》來進行選用。將設計的混凝土軌道應用于現場，行走式塔機與行走軌道如圖3 所示。

圖3 行走塔機限位器與混凝土軌道圖

3 特殊形式行走塔機軌道布置

3.1 鋼梁基礎軌道設計及施工

以某項目為例，由于場地的特殊性，塔機需要在地下室頂板上行走。基于此種情況，考慮借助地下室支柱來布置行走軌道。其中，地下室支柱之間橫向間距有8.4m 和12m 兩種規格，縱向間距為8m，使用塔機型號為永茂STL420A-25t動臂塔機，行走區域平面布置圖如圖4 所示。

圖4 地下室上方鋼軌鋪設平面圖

地下室支柱上方鋪設鋼梁，作為塔機行走軌道的基礎。此種方法無法采用預埋U 型螺栓的方式，需采用在鋼軌的兩側焊接壓板的方法固定鋼軌。當采用鋼梁基礎時，可采用有限元分析的方法對整個鋼梁基礎進行設計與復核。

軌道下方鋼梁的設計應根據最大輪壓來確定，其中鋼梁的強度與剛度應滿足使用需求，同時鋼梁內部筋板應均勻布置，在滿足構造要求的前提下，需注意筋板與筋板之間的距離不易過大。鋼梁的材料選用應不低于Q355，在考慮安全系數的情況下，若計算中材料的選用無法滿足計算要求，可將Q355 材料替換為Q420 等強度更高的材料，以滿足鋼梁的強度要求。

將設計好的鋼梁及鋼軌三維模型導入有限元分析軟件中，單點施加最大壓力后，可得到整個模型的變形量（圖5）。該行走式塔機的鋼梁基礎最大變形量約為3.3mm，滿足塔機安全使用要求。

圖5 鋼梁基礎變形云圖

在確保該基礎安全可靠后，還需對地下室支柱進行復核。鋼梁搭在地下室支柱上，地下室支柱承受豎向壓力與水平剪力，鋼梁與支柱的連接處采用焊接連接。當塔機型號較大，所受水平力較大時，在鋼梁與支柱的連接處應增加三角筋板，以保證整個鋼梁軌道的整體穩定性。隨后即可展開現場施工，現場施工照片如圖6 所示。

圖6 鋼梁基礎行走軌道

3.2 鋼梁基礎軌道施工注意事項

由于鋼梁基礎軌道無法制作混凝土聯系梁，就需要考慮采用其他辦法制作聯系梁。在鋼梁基礎中，采用最多的就是焊接或者鉸接的方法將鋼梁與鋼梁連接為一體。本項目采用焊接槽鋼的形式將2 個鋼梁軌道連接在一起，如圖7 所示。

圖7 鋼梁基礎軌道聯系梁

在焊接聯系梁的時候需注意，為更好減小塔機基礎載荷對鋼梁基礎帶來的影響，聯系梁的焊接位置應在鋼梁的中上部。

4 行走式塔機的特性及優點

當吊裝部件在塔機回轉半徑內無法滿足建筑結構施工時，此時就需考慮行走式塔機。此類建筑一般為網架結構，例如高空云廊，需多點吊裝，1 臺塔機無法滿足大型網架的施工（圖8）。由于行走式塔機左右兩側均有建筑物，在左右兩側建筑物上方需施工鋼網架云廊，采用行走式塔機可極大的解決物件吊裝運輸距離大的問題，1臺塔機就可以實現不同地方的鋼網架吊裝，較大的降低了生產成本。

圖8 行走式塔機大型網架施工現場

5 結論

本文以行走式塔機為例，詳細介紹了行走式塔機的適用條件，重點論述了行走式塔機的輪壓計算方法，并對非常規的鋼梁軌道的計算給出分析與校核思路，針對鋼梁基礎軌道無法預埋的特點，采用焊接的方式固定鋼軌，同時結合現場施工經驗，給出常規行走式塔機軌道與非常規行走式軌道施工時需注意的相關事項，為行走式塔機的推廣與應用起到了促進作用，也為行走式塔機及其軌道的設計施工提供一定的理論和實踐依據。