框—筒結(jié)構(gòu)超高層建筑塔吊附著探討

李艷偉

隨著城市用地逐漸緊張的趨勢不斷擴大，以及各級政府和大開發(fā)商的地標(biāo)情節(jié)愈演愈烈，國內(nèi)超高層建筑如雨后春筍般從地面拔地而起，超高層建筑已經(jīng)從一線城市走到二三級城市，甚至像華西村等一些經(jīng)濟發(fā)達的地區(qū)。超高層建筑的設(shè)計因為設(shè)計師的理念不同，結(jié)構(gòu)上也不盡統(tǒng)一，施工組織上也不盡相同。本文對鄂爾多斯市國泰商務(wù)廣場T4工程的塔吊選擇及附著問題做了方案設(shè)計，重點是在保證結(jié)構(gòu)安全下附著，用有限元對附著在鋼結(jié)構(gòu)上進行模擬驗算，通過采取一定措施，來滿足工期和安全需求，同時也對使用外附著塔吊和使用內(nèi)爬塔吊做了較詳細(xì)的經(jīng)濟對比。

1 工程概況

鄂爾多斯商務(wù)廣場Ⅱ區(qū)T4工程位于鄂爾多斯市康巴什新區(qū)。工程地下室3層，主樓地面上共41層，標(biāo)準(zhǔn)層層高4.2 m，建筑高度198 m，建筑面積12.5萬m2，為超高層建筑。

本工程主體結(jié)構(gòu)形式為型鋼混凝土框架—型鋼混凝土核心筒混合結(jié)構(gòu)，其中地下室、核心筒樓板為現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，地面以上塔樓核心筒之外區(qū)域為鋼—混凝土鋼筋桁架組合樓蓋結(jié)構(gòu)。

2 塔吊布置方案及經(jīng)濟上論證

2.1 塔吊布置方案

為滿足現(xiàn)場的實際需要、解決結(jié)構(gòu)施工的吊裝問題，經(jīng)過對施工組織設(shè)計的優(yōu)化和塔吊方案的比較選擇，決定塔樓采用兩臺性能相似的1號塔吊QTZ7052和2號塔吊K50/70，主要用于地下室及塔樓主體結(jié)構(gòu)施工材料運輸。1號和2號塔吊附著均布置在主樓外框柱上，1號塔離塔樓核心筒水平距離為16310 mm，離塔樓外框柱水平距離為6510 mm;2號塔離塔樓核心筒水平距離為16150 mm，離塔樓外框柱水平距離為6450 mm。采用固定外附墻形式。兩塔吊的附著均采用耳板與預(yù)埋件焊接形式，所以需提前將預(yù)埋件埋入相對應(yīng)的柱體內(nèi)，且預(yù)埋件需與鋼結(jié)構(gòu)焊接;其中1號塔吊TC7052共計7道附著，2號塔吊K50/70共計6道附著。塔吊布置見圖1。

2.2 與布置內(nèi)爬塔吊經(jīng)濟上的對比

本工程原投標(biāo)核心筒內(nèi)設(shè)計為兩臺M440D內(nèi)爬塔吊，工程進場后，根據(jù)本工程塔樓的結(jié)構(gòu)形式及鋼結(jié)構(gòu)特點，優(yōu)化成取消兩臺內(nèi)爬塔吊，更換成一臺QTZ7052和一臺K50/70外附著塔吊，其經(jīng)濟上對比如下:

計算內(nèi)容包括塔吊進出場費、安拆費、月租等，計算范圍及內(nèi)容涵蓋項目塔吊使用期絕大部分成本，具體數(shù)據(jù)見表1。

選用外附著塔吊方案節(jié)約成本544萬元，此項成本優(yōu)化比例達 47.4%。

圖1 塔樓塔吊平面布置圖

表1 外附著塔吊與內(nèi)爬塔吊費用上對比計算

3 塔吊附著方案的制定

根據(jù)總進度計劃安排，塔樓內(nèi)外筒施工鋼結(jié)構(gòu)高度差達3層～4層，塔樓核心筒鋼結(jié)構(gòu)與外框筒混凝土結(jié)構(gòu)高差達到5層～6層。當(dāng)核心筒鋼結(jié)構(gòu)安裝的高度達到1號，2號塔吊最大自由高度時，塔吊影響核心筒施工進度，須在塔樓外框柱上采取附著措施才能保證核心筒繼續(xù)施工。綜合考慮核心筒施工進度、外框筒施工進度和塔吊自由高度三者之間的關(guān)系，擬采用永久附著加臨時附著、控制塔樓內(nèi)核心筒進度的方法來進行1號，2號塔吊附著加節(jié)施工。另根據(jù)塔吊租賃公司提供的塔吊的附著計算書，塔吊附著點處勁性外框柱需承受較大的側(cè)向力，而隨高度增加框架柱柱截面逐漸變小，因此其受力情況隨高度增加愈為不利和危險，故需驗算外框柱強度，并進行設(shè)計對其加強。

3.1 塔吊附著基本要求

1號QTZ7052型塔吊是由長沙中聯(lián)建筑機械有限公司制造，起重臂最長為70 m，本工程安裝長度為70 m，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)規(guī)格2.5 m×2.5 m×5.95 m，一般情況下安裝最大高度280.05 m，無附著最大起升高度73 m，兩道附著間最大間距為41.65 m;2號K50/70型是由沈陽建筑機械有限公司制造，起重臂長度為70 m，本工程安裝長度為50 m，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)規(guī)格2.5 m×2.5 m×6 m，安裝最大總高度293.15 m，無附著最大起升高度60.9 m，兩道附著間最大間距為48 m，塔吊性能表見表2。

表2 K50/70和QTZ7052型塔吊附著基本性能表

3.2 塔吊附著的構(gòu)造

本工程1號，2號塔吊附著裝置均采用3根附著桿與外框筒鋼柱連接。鋼結(jié)構(gòu)柱安裝后根據(jù)塔吊附著點位置焊接固定預(yù)埋板，外框柱混凝土澆筑完成后焊接連接耳板，待框架柱混凝土強度達到C20以上時安裝塔吊附著。具體設(shè)計構(gòu)造圖如圖2～圖5所示，其中，QTZ7052兩邊均附著于 KZ3，MJ均為 MJ1，K50/70雙桿一端附著于KZ3，MJ為MJ1，單桿一端附著于KZ1，MJ為MJ2。構(gòu)件尺寸見表3，表4。

圖2 塔吊附著構(gòu)造示意圖

圖3 預(yù)埋件與鋼柱連接示意圖

圖4 MJ1大樣圖

圖5 MJ2大樣圖

表3 K50/70預(yù)埋件尺寸表

表4 QTZ7052預(yù)埋件尺寸表

3.3 塔吊附著及周轉(zhuǎn)規(guī)劃

根據(jù)機械性能和施工進度情況安排，1號QTZ7052塔吊需進行7次附著，其中6次永久附著，1次臨時附著。2號K50/70塔吊需進行7次附著，其中4道永久附著，3道臨時附著。根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)吊裝分段計劃，將1號、2號塔吊分別進行附著頂升。每個階段每次附著具體情況如表5，表6所示。

表5 QTZ7052塔吊附著點統(tǒng)計表

表6 K50/70塔吊附著點統(tǒng)計表

考慮到鋼結(jié)構(gòu)吊裝的起吊高度，塔吊大臂必須高于鋼結(jié)構(gòu)頂部不小于7 m。

4 方案執(zhí)行過程中遇到的問題及解決辦法

本工程主體結(jié)構(gòu)形式為型鋼混凝土框架—型鋼混凝土核心筒混合結(jié)構(gòu)，其中地下室、核心筒樓板為現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，地面以上塔樓核心筒之外區(qū)域為鋼—混凝土鋼筋桁架組合樓蓋結(jié)構(gòu)。核心筒采用液壓爬模施工，塔樓內(nèi)外筒施工鋼結(jié)構(gòu)高度差達3層～4層，塔樓核心筒鋼結(jié)構(gòu)與外框筒混凝土結(jié)構(gòu)高差達到5層～6層，當(dāng)核心筒鋼結(jié)構(gòu)安裝的高度達到1號，2號塔吊最大自由高度時，塔吊影響核心筒施工進度，須在塔樓外框柱上采取附著措施才能保證核心筒繼續(xù)施工，這里存在前期核心筒施工速度快(3 d一層)，外框筒水平結(jié)構(gòu)不能與核心筒同步的時候，選擇了外附著塔吊的弊端就出現(xiàn)了，即在外框筒不能滿足附著的情況下，核心筒就不能施工，進而出現(xiàn)窩工現(xiàn)象，為此我們考慮兩個方案:1)在外框筒柱子及水平鋼框架施工完后，在鋼柱及梁節(jié)點處附著的辦法;2)采用增加臨時附著的辦法解決，以下是兩種方案的論證及實施過程。

4.1 在鋼框架梁柱節(jié)點處直接做附著的論證

4.1.1 基本假定條件

1)所有節(jié)點剛接，附著層上部兩層水平鋼結(jié)構(gòu)施工完。2)核心筒為剛體。3)荷載為重力和塔吊荷載組合，總荷載=1.35重力荷載+1.35塔吊荷載。

4.1.2 應(yīng)用軟件

1)SAP200014.1。2)ANSYS 12.1。

4.1.3 計算結(jié)果比較

SAP2000所取的荷載系數(shù)為1.35，ANSYS計算的荷載系數(shù)為1。通過兩種軟件計算結(jié)果一致，誤差小于1%。

1)SAP2000計算結(jié)果:3層框架最大位移28.2 mm。各個桿件的應(yīng)力比，其中右上角的幾個桿件應(yīng)力比較高。2)ANSYS計算結(jié)果:總位移最大值達到22.7 mm。最大拉應(yīng)力達到149 MPa，最大壓應(yīng)力達到153.5 MPa。

經(jīng)過計算，水平鋼結(jié)構(gòu)位移變形不滿足要求，所以此方案行不通。

4.2 采用加密臨時附著的辦法

鑒于上述辦法行不通，為保證工程進度，經(jīng)研究決定，加快水平結(jié)構(gòu)的施工速度，并采用加密臨時附著的辦法，同時附著預(yù)埋件也采用加鋼牛腿的辦法，提前附著時間，具體的做法如下。

4.2.1 加密臨時附著

1)最終附著道數(shù)不變，投入的附著桿件數(shù)量不變，原24 m(4個標(biāo)準(zhǔn)節(jié))臨時附著改為18 m(3個標(biāo)準(zhǔn)節(jié))一臨時附著。2)附著后相當(dāng)于每48 m增加了一次附著，每臺塔吊總共增加了3次臨時附著，每次附著費用1萬元，總計6萬元。

4.2.2 埋件采用鋼牛腿

1)采用埋件增加鋼牛腿直接與“十”字鋼骨柱焊接，在混凝土澆筑完成后24 h后即可進行附著焊接，時間提前1 d，為滿足工期需要創(chuàng)造了條件。

2)采用鋼牛腿與鋼骨柱焊接后，在混凝土澆筑完成后，塔吊附著系統(tǒng)與外框水平鋼結(jié)構(gòu)隱框架也形成了一個整體，大大減少了對混凝土的損壞，特別是避免了混凝土裂縫的產(chǎn)生。

5 結(jié)語

目前該工程已經(jīng)主體結(jié)構(gòu)封頂，通過對外附著塔吊選用及附著方案的多方面考慮及論證，并針對與工程工期矛盾之處的分析，進而采取一定的措施，雖花費一小部分費用，但是和選擇內(nèi)爬塔吊比較而言，減少主體封頂后拆除的麻煩，還大大的降低了工程的成本，且1號塔吊QTZ7052為全覆蓋塔吊，又能實現(xiàn)主體封頂后早拆2號K50/70塔吊的目的，進而結(jié)余一定成本，達到節(jié)能目的，對附著的安全系數(shù)進行了加強，也保護了主體混凝土結(jié)構(gòu)的安全，最后也實現(xiàn)了3 d一層的工期要求。目前這種外附著塔吊對250 m以內(nèi)高度的超高層都比較經(jīng)濟適用。

[1]呂文斌.關(guān)于塔吊基座變形的加固處理方案[J].山西建筑，2010，36(4):340-341.