淺析高層建筑施工垂直運(yùn)輸設(shè)備使用及其發(fā)展

楊建良

摘要：對(duì)于現(xiàn)代化程度越來(lái)越高的中國(guó)來(lái)說(shuō)，超高層建筑終將如小康生活一樣普及，動(dòng)臂式塔機(jī)也必將伴隨著中國(guó)的現(xiàn)代化進(jìn)程得到長(zhǎng)足的發(fā)展，在建筑起重機(jī)械大家族，大型動(dòng)臂式塔機(jī)定會(huì)持續(xù)獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷。

關(guān)鍵詞：高層建筑施工 垂直運(yùn)輸設(shè)備 使用 發(fā)展

中圖分類(lèi)號(hào)：U615.38 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1.大型垂直運(yùn)輸設(shè)備發(fā)展背景

改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)以大國(guó)崛起的經(jīng)濟(jì)發(fā)展形勢(shì)向全世界詮釋著“中國(guó)速度”，伴隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展是中國(guó)城鎮(zhèn)化進(jìn)程的不斷加快，越來(lái)越擁擠的城市空間制約著國(guó)內(nèi)城市向都市化前進(jìn)的腳步，和世界其他許多發(fā)達(dá)城市一樣，中國(guó)也開(kāi)始向天空尋找方向，隨之而來(lái)的是國(guó)內(nèi)高層建筑如雨后春筍般在中國(guó)大地上一座座拔地而起，上海環(huán)球金融中心、南京紫峰大廈、深圳京基大廈、廣州西塔等均為名副其實(shí)的超高層區(qū)域性地標(biāo)，包括公司在建的武漢中心項(xiàng)目以438米的設(shè)計(jì)高度引領(lǐng)華中之先。當(dāng)然，作為建筑人，我們更關(guān)注的是他們崛起的歷程，歷數(shù)國(guó)內(nèi)超高層建筑，無(wú)一例外的，大家都驚人一致的選擇了大型動(dòng)臂式內(nèi)爬塔機(jī)作為施工保障的生命線(xiàn)。高層建筑中超重結(jié)構(gòu)單元的吊裝對(duì)起重設(shè)備的大起重量、大起升高度、大起升速度均提出了嚴(yán)格的要求，這就使得具備這些優(yōu)勢(shì)的大型動(dòng)臂式塔機(jī)成為典型超高層工程施工的首選，甚至是唯一選擇。作為華中地區(qū)率先開(kāi)建的地標(biāo)——武漢中心，其主塔樓施工所引進(jìn)的中昇1250及法?？薓900D看似無(wú)意實(shí)則必然，華中建筑機(jī)械行業(yè)將因此步入一個(gè)跨越式發(fā)展的全新領(lǐng)域。

2.高層建筑垂直運(yùn)輸設(shè)備的使用

2.1 高層建筑垂直運(yùn)輸設(shè)備的選型分析

2.1.1 性能參數(shù)符合高層施工需要

（1）大起重量。現(xiàn)代大型建筑工程基本都采用了鋼或鋼、混凝土組合結(jié)構(gòu)，吊裝單元的重量大大提高，例如武漢中心項(xiàng)目巨型鋼柱有的重達(dá)36噸，水平臂塔機(jī)起重量和起重力矩都很難達(dá)到要求，而武漢中心引進(jìn)的兩臺(tái)動(dòng)臂式塔機(jī)起重量都達(dá)到64噸，滿(mǎn)足施工需要。

（2）大起升高度。采用了特殊的爬升體系，內(nèi)爬或者外掛式支承，起重機(jī)可隨建筑結(jié)構(gòu)整體爬高，起升高度大幅度提高，完全規(guī)避掉了平臂式塔機(jī)增高就必須加節(jié)、附墻的繁瑣工序以及由于過(guò)高而衍生的安全問(wèn)題。

（3）大起升速度。動(dòng)臂塔機(jī)普遍采用內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力拖動(dòng)方案，全液壓無(wú)級(jí)調(diào)速，帶負(fù)荷起升速度一般超過(guò)100m/min，運(yùn)行平穩(wěn)，有效解決能源緊張，規(guī)避了高層用電壓降等問(wèn)題，同時(shí)杜絕偶發(fā)性斷電帶來(lái)的安全隱患。

2.1.2 結(jié)構(gòu)特性適合高層施工

（1）作業(yè)空間限制?，F(xiàn)代城市建筑空間越來(lái)越擁擠，傳統(tǒng)的平臂式塔機(jī)大臂經(jīng)常覆蓋到城市道路或存在碰撞相鄰建筑物的風(fēng)險(xiǎn)，而動(dòng)臂式塔機(jī)通過(guò)臂架俯仰可有效解決空間制約的難題。

（2）吊臂起伏角度大，尾部回轉(zhuǎn)半徑小。一般動(dòng)臂式塔機(jī)的俯仰角度允許在15°～85°之間，相對(duì)于平臂式塔機(jī)，吊臂的大仰角相當(dāng)于增加了塔身的高度，有效工作范圍得到極大擴(kuò)展。

（3）吊臂穩(wěn)定性好，安裝幅度范圍大。動(dòng)臂式塔機(jī)吊臂設(shè)計(jì)基本采用“桿”結(jié)構(gòu)，相對(duì)于平臂式塔機(jī)的“梁”結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性更好，吊臂占整機(jī)結(jié)構(gòu)重量比例更小，而最大起重量則更大。

2.2 大型動(dòng)臂式內(nèi)爬塔機(jī)的安全使用

2.2.1 支撐系統(tǒng)的安全

以武漢中心項(xiàng)目ZSL1250及M900D塔機(jī)為例，兩臺(tái)塔機(jī)內(nèi)爬支承系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理相同，均由三套結(jié)構(gòu)尺寸相同的支承鋼梁配套而成，其中兩套組成結(jié)構(gòu)支撐體系。下支撐抵抗垂直載荷，上、下支撐抵抗等效水平載荷，其平面投影重合，構(gòu)成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)支撐體系。該套支撐系統(tǒng)穩(wěn)定性好，力傳遞流為：爬升梯——鋼大梁——牛腿——附墻件——墻結(jié)構(gòu)，最終將力傳導(dǎo)到建筑主體結(jié)構(gòu)上，穩(wěn)定性的關(guān)鍵在于牛腿與附墻件的連接及附墻件與墻之間的連接可靠性問(wèn)題，上海環(huán)球金融中心施工方式采用外掛式支承，與武漢中心形式不同，但承力關(guān)鍵要素同樣是附墻系統(tǒng)的可靠性問(wèn)題，支撐系統(tǒng)安全控制工作的本質(zhì)相同。

2.2.2 風(fēng)標(biāo)效應(yīng)

動(dòng)臂式塔機(jī)當(dāng)臂架由最大幅度變化到最小幅度時(shí)，其吊臂迎風(fēng)面積將增加3～4倍，而當(dāng)其臂架達(dá)到最大仰角時(shí)，風(fēng)力的影響會(huì)大幅增加其臂架向后傾覆的危險(xiǎn)。在使用中必須有針對(duì)大仰角工作狀態(tài)的應(yīng)對(duì)措施，有相應(yīng)的風(fēng)力測(cè)試儀，風(fēng)力達(dá)到一定程度時(shí)，限制塔機(jī)的仰角或停止工作。而在非工作狀態(tài)下，臂架按廠家使用說(shuō)明書(shū)的要求置于一定的角度，使塔機(jī)有一定的迎風(fēng)面積，產(chǎn)生風(fēng)標(biāo)效應(yīng)，盡量減小風(fēng)載荷對(duì)于塔機(jī)的影響，保證安全。

3.大型動(dòng)臂式內(nèi)爬塔機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)

3.1 發(fā)展歷程

動(dòng)臂式塔機(jī)是歷史上最早出現(xiàn)的塔機(jī)型式之一， 20世紀(jì)60年代，大中型塔機(jī)中，動(dòng)臂式塔機(jī)的市場(chǎng)份額占近70%左右。但從20世紀(jì)70年代開(kāi)始，以中國(guó)為代表的發(fā)展中國(guó)家開(kāi)始加快城鎮(zhèn)化的建設(shè)，低成本、粗放型經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式使得成本低、靈活、快速、高效的小車(chē)變幅塔機(jī)取得絕對(duì)的統(tǒng)治地位。

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，建筑樓群的密集，使塔機(jī)的工作空間受限，迫使人們?cè)僖淮胃淖冇^念，從小車(chē)變幅改變?yōu)楸奂芨┭觯瑸樗C(jī)作業(yè)創(chuàng)造有利空間，越來(lái)越擁擠的城市將再一次為動(dòng)臂式內(nèi)爬塔機(jī)的復(fù)興帶來(lái)絕佳的發(fā)展契機(jī)。

3.2 發(fā)展趨勢(shì)

3.2.1 模塊化、緊湊化及簡(jiǎn)捷化設(shè)計(jì)

動(dòng)臂塔機(jī)在高層建筑中雖然有著不可替代的諸多優(yōu)勢(shì)，但其昂貴的成本、大尺寸的結(jié)構(gòu)以及復(fù)雜的安裝程序還是會(huì)讓使用者大傷腦筋，所以盡量使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，減少體積，提高結(jié)構(gòu)可靠性，改善加工工藝，降低制造成本是全世界所有塔機(jī)廠家不可避免應(yīng)該考慮的設(shè)計(jì)方向。模塊化的設(shè)計(jì)將大幅簡(jiǎn)化安拆流程，以達(dá)到降低成本的目的。

3.2.2 性能優(yōu)化設(shè)計(jì)

對(duì)動(dòng)臂塔機(jī)而言，當(dāng)動(dòng)臂變幅時(shí)，由此會(huì)產(chǎn)生附加靜載力矩，想辦法平衡這一力矩會(huì)大大提高塔機(jī)的起重能力，有效解決此問(wèn)題對(duì)大幅提升動(dòng)臂塔機(jī)的起重性能極具意義。在機(jī)械方面的解決方法是移動(dòng)配重，即當(dāng)臂架向上變幅時(shí)，配重向接近塔身的方向移動(dòng)，而當(dāng)臂架向下變幅時(shí)，配重向遠(yuǎn)離塔身的方向移動(dòng)，這一設(shè)計(jì)極大地改善了塔身受力狀況，提高起重性能。

3.2.3 安全優(yōu)化設(shè)計(jì)

對(duì)于動(dòng)臂式塔機(jī)，制造商們一般允許臂架角度在15°～85°之間變化，隨著臂架的加長(zhǎng)，要達(dá)到塔身周邊區(qū)域時(shí)臂架的仰角非常大，有時(shí)仰角甚至達(dá)到87°，這在有風(fēng)的工況下臂架極易發(fā)生傾覆危險(xiǎn)，但是如果將臂架下鉸點(diǎn)布置在回轉(zhuǎn)中心線(xiàn)后2米，在同樣的臂長(zhǎng)和最小幅度時(shí)，臂架的仰角可以減小到83°，這樣就大大減小了臂架后翻的危險(xiǎn)。當(dāng)然這一優(yōu)化設(shè)計(jì)的前提是塔身結(jié)構(gòu)能夠承受足夠的彎矩，不過(guò)日本的IUKV700K動(dòng)臂式塔機(jī)已將這一設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)為現(xiàn)實(shí)。

3.2.4 人性化設(shè)計(jì)

人性化設(shè)計(jì)是一種全新的設(shè)計(jì)理念，它是為了在設(shè)計(jì)文化的范疇中，提升人的價(jià)值，尊重人的自然屬性和社會(huì)需求，對(duì)于動(dòng)臂式塔機(jī)來(lái)說(shuō)一般指司機(jī)室按人機(jī)工程理念設(shè)計(jì)，塔機(jī)裝有超重限位、超高限位、超幅度限位、保護(hù)制動(dòng)器等多種安全保護(hù)裝置，整套系統(tǒng)由PLC（可編程邏輯控制器）監(jiān)控，配合司機(jī)室內(nèi)人機(jī)界面（觸摸式顯示屏），可以實(shí)時(shí)顯示吊重、吊鉤高度、幅度、風(fēng)速等數(shù)據(jù)，自動(dòng)化程度高，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)保護(hù)及故障查找。

4.結(jié)語(yǔ)

目前，世界第一高樓迪拜塔于2010年就已由動(dòng)臂式內(nèi)爬塔機(jī)構(gòu)造完成，使用四臺(tái)法?？藙?dòng)臂塔機(jī)的在建中國(guó)第一高樓上海中心也早已突破了500米高度，我們有理由相信，只要建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠達(dá)到的高度，大型動(dòng)臂塔機(jī)也一定能夠達(dá)到。武漢中心，國(guó)產(chǎn)的大型動(dòng)臂塔機(jī)中昇1250起重主參數(shù)已經(jīng)達(dá)到12500KN·m，我們更有理由相信，只要國(guó)外產(chǎn)品能夠達(dá)到的性能指標(biāo)，中國(guó)產(chǎn)品也一定能夠達(dá)到！

參考文獻(xiàn)：

[1] 夏大勇,練柳君,張輝.亭子口纜機(jī)運(yùn)行效率提高的工作研究[J]. 水力發(fā)電. 2013(06)