大型行走式塔吊在工程中的應(yīng)用

中建八局鋼結(jié)構(gòu)工程公司 上海 200125

1 工程概況

杭州國際博覽中心工程，占地面積約19萬 hm2，位于鵬起路與奔競二路交匯處，南鄰七甲河，西距錢塘江800 m，總建筑面積約85萬 m2。鋼結(jié)構(gòu)總質(zhì)量約為14萬 t，鋼構(gòu)件總數(shù)量約6.2 萬件。工程建成后，將在錢塘江南岸形成以體育、會展功能為主，集商務(wù)、旅游、休閑、文化、居住功能于一體，體現(xiàn)“精致和諧、開放大氣”的城市新區(qū)。

本工程由會議會展、上蓋物業(yè)、屋頂花園、地下商業(yè)、地下車庫及機房共五大功能區(qū)組成。設(shè)計平面劃分為9 個區(qū)：I區(qū)為會議部分（0-8軸～2軸），Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ區(qū)為會展部分（2～5軸、5～7軸、7～9軸、9～10軸），Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ區(qū)為上蓋物業(yè)A、B、C塔樓，Ⅸ區(qū)為下沉廣場（0-0～0-8軸），如圖1所示。本工程±0.00 m以下為一整體，不設(shè)永久縫，±0.00 m以上根據(jù)建筑使用功能、結(jié)構(gòu)體系、溫度區(qū)段的要求，將Ⅰ區(qū)、Ⅱ～Ⅲ區(qū)、Ⅳ～Ⅴ區(qū)、Ⅵ區(qū)和Ⅶ～Ⅷ區(qū)分為結(jié)構(gòu)的獨立單元，各結(jié)構(gòu)單元之間設(shè)防震縫。

本工程地上主體鋼結(jié)構(gòu)總質(zhì)量逾13萬 t，約5.5 萬件（含桁架分段），主要分布于44 m標(biāo)高以下的會議會展的5 個區(qū)域、約54萬 m2的結(jié)構(gòu)平面上（圖2），其中核心筒、Ⅰ區(qū)、Ⅱ～Ⅲ區(qū)C軸以北、主體結(jié)構(gòu)B7軸以南等區(qū)域為6 層鋼結(jié)構(gòu)，Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ會展區(qū)域C～B7軸間為3 層鋼結(jié)構(gòu)，其中Ⅴ區(qū)3 層為無柱展廳。屋面鋼結(jié)構(gòu)設(shè)置于Ⅱ區(qū)，由城市客廳球殼、屋面飄帶網(wǎng)架等部分組成。

圖1 功能分區(qū)

結(jié)構(gòu)主要是18 m×27 m、36 m×27 m跨。其中平面鋼桁架共計667 榀，總質(zhì)量逾4萬 t，約占總用鋼量的25%。主要分布于會展區(qū)域的15.77 m、29.77 m、43.80 m標(biāo)高及會議區(qū)域的27.00 m標(biāo)高及屋頂（圖 3）。

圖2 鋼結(jié)構(gòu)分布示意

本工程地上主體鋼結(jié)構(gòu)施工周期只有8 個月，平均每月要完成1.6萬 t、每天要完成540 t構(gòu)件的安裝，工期緊、任務(wù)重。如何保證在這么短的施工周期內(nèi)完成施工任務(wù)是保證工程工期的關(guān)鍵。

圖3 鋼結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意

2 施工關(guān)鍵技術(shù)

2.1 方案的選擇

根據(jù)本工程的結(jié)構(gòu)特點及工期要求，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ五個施工段構(gòu)件的吊裝必須按設(shè)計分區(qū)按由北向南（C軸→B軸）的順序倒退，施工時Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ三個區(qū)先行同時施工，3 個月后Ⅰ、Ⅴ區(qū)再展開施工。如圖4、圖5所示。

圖4 Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ區(qū)施工階段塔吊布置

圖5 Ⅰ、Ⅴ區(qū)施工階段

鑒于上述原因，我公司對相關(guān)方案進行了如下比較：

1）方案一：采用履帶吊或汽車吊吊裝[1]。

（1）優(yōu)點：機動性好。

（2）缺點：需不斷轉(zhuǎn)車和裝車，工作效率低；車型選擇困難，且現(xiàn)場空間受限； 結(jié)構(gòu)加固困難，且加固量大，成本太高。

2）方案二：采用大型固定式動臂塔吊吊裝[2]。

（1）優(yōu)點：便于吊裝，可以為現(xiàn)場提供加大空間；施工效率高，滿足工期要求。

（2）缺點：因吊裝距離大，移位頻繁，吊車數(shù)量需求較大； 后期拆除很難，同時影響Ⅱ區(qū)頂部結(jié)構(gòu)安裝。

3）方案三：采用大型行走式動臂塔吊吊裝[3]。

（1）優(yōu)點：吊裝半徑大，可以為現(xiàn)場提供加大空間；施工效率高，滿足工期要求；拆除方便。

（2）缺點：因構(gòu)件吊裝半徑大、個別構(gòu)件噸位較大，要選用較大噸位塔吊；須做大量加固。

根據(jù)本工程的實際需要，我公司選用方案三采用大型行走式動臂塔吊吊裝。

2.2 設(shè)備的選型

根據(jù)本工程的實際情況，綜合考慮制作、運輸、吊裝等綜合情況，最終將構(gòu)件的最大單重鎖定在45 t以內(nèi)，最大吊裝半徑鎖定在50 m。

根據(jù)行走式動臂塔吊的吊裝性能，本工程選用中昇11 000 kN·m型塔吊，能夠滿足本工程的實際吊裝需要。其荷重性能曲線見圖6。

圖6 塔吊的荷重性能

2.3 吊裝設(shè)備布置

根據(jù)結(jié)構(gòu)特點及構(gòu)件布置，C軸及以南區(qū)域塔吊分別布置于1-1～1-3軸間、1-5～1-7軸間、 3-1～3-3軸間、3-5～3-7軸間、5-1～5-3軸間、5-5～5-7軸間、7-1～7-3軸間、7-5～7-7軸間和9-1～9-3軸間、9-5～9-7軸間，軌道梁間距18 m，如圖7所示。

圖7 施工階段塔吊布置

2.4 塔吊軌道及支撐系統(tǒng)設(shè)置

2.4.1 塔吊軌道及軌道梁

塔吊軌道梁間距選取18 m，界面選取500 mm×700 mm，在每區(qū)的±0.00 m結(jié)構(gòu)平面的設(shè)計軸線上鋪設(shè)布置，以對應(yīng)地下室混凝土梁柱結(jié)構(gòu)，軌道梁兩端支撐在混凝土柱頭上，其間距為設(shè)計柱距9 000 mm，同時在跨中采用1 500 mm×1 500 mm或600 mm×880 mm的格構(gòu)柱進行支撐，不通過樓板及混凝土梁本身承受塔吊施工荷載，直接通過混凝土柱將施工荷載傳遞至混凝土大底板上，軌道需用QU100重型鋼軌，如圖8～圖10所示。

2.4.2 支撐系統(tǒng)設(shè)置

在設(shè)計柱距9 000 mm的跨中采用1 500 mm×1 500 mm或600 mm×880 mm格構(gòu)式支撐架對地下結(jié)構(gòu)進行加固，位置位于設(shè)計軸線上，如圖11、圖12所示。

圖8 塔吊軌道布置

圖9 軌道梁標(biāo)準(zhǔn)節(jié)示意

圖10 軌道梁截面

圖11 塔吊軌道支撐體系設(shè)置

圖12 格構(gòu)式支撐架

2.5 塔吊支撐系統(tǒng)的驗算

為保證安全性能，需要對塔吊支撐體系進行驗算，驗算內(nèi)容包含塔吊軌道梁、支撐系統(tǒng)和基礎(chǔ)底板3 部分。

計算軟件采用通用有限元計算分析軟件ANSYS13.0，結(jié)構(gòu)構(gòu)件采用Beam188空間梁單元模擬，千斤頂采用link10只壓單元模擬，受拉時失效。

計算中利用了Ansys單元生死的功能以模擬施工過程，計算時，首先殺死未安裝的單元以模擬未安裝的桿件，當(dāng)完成上一施工步進行下一施工步時，激活將要安裝的單元，以此來考慮安裝過程中由于桿件變形鎖定的內(nèi)力和變形的累積效應(yīng)。

計算方法采用二階彈性大變形算法，考慮了鋼構(gòu)件幾何非線性的影響，因而考慮了鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的彈性穩(wěn)定性。

荷載取值：1.2×G（自重），系數(shù)1.2系考慮節(jié)點加勁及構(gòu)造措施的影響。吊裝時的施工荷載較大，為防止混凝土結(jié)構(gòu)破壞，保證混凝土結(jié)構(gòu)的安全，沿3～5軸、3～7軸（共8 條軸線）軌道下鋪設(shè)箱型梁，兩端支撐在混凝土柱頭上，其柱距為9 000 mm，同時在跨中采用1 500 mm×1 500 mm或600 mm×880 mm的格構(gòu)柱進行支撐，不通過樓板及混凝土梁本身承受塔吊施工荷載，直接通過混凝土柱將施工荷載傳遞至混凝土大底板上。從整個施工過程看，只需對箱型梁的受力情況、格構(gòu)柱承載力以及基礎(chǔ)底板的抗沖切進行驗算。

3 應(yīng)用效果

1）將整體工期縮減至8 個月，縮短了2 個月的施工時間，節(jié)約了吊車臺班及施工人工。

2）以最短的工期內(nèi)完成了工程的整體施工，得到了業(yè)界、建設(shè)單位、監(jiān)理單位的好評，為公司在浙江進一步開拓市場打下了良好的基礎(chǔ)。

4 結(jié)語

隨著鋼結(jié)構(gòu)在建筑工程中的應(yīng)用規(guī)模越來越大，對鋼結(jié)構(gòu)的施工要求也越來越高。但施工成本卻越來越低，大規(guī)模、集群化、機械化施工成為必然的趨勢，也是提高施工效率、降低施工成本的重要途徑，軌道式大型行走式塔吊也將成為鋼結(jié)構(gòu)施工中的一種重要施工機具[4-6]。