內(nèi)爬塔機(jī)支撐體系轉(zhuǎn)換及倒運(yùn)裝置的設(shè)計(jì)研究

張 鵬/ZHANG Peng

（北京永茂建工機(jī)械制造有限公司，北京 113126）

1 工程概況

?？谒怯梢粭澦呛臀挥谄鋬蓚?cè)的裙樓組成的超高層建筑，總建筑面積為38萬m2，其中塔樓地上94層，高度428m。塔樓核心筒在-4F～65F階段為“菱形井字”結(jié)構(gòu)，在66F以上階段為“中空”結(jié)構(gòu)（圖1），核心筒墻體厚度自下而上逐漸縮小，其中外墻厚度由1600mm收縮至600mm，內(nèi)墻厚度由800mm收縮至500mm。

圖1 海口塔核心筒結(jié)構(gòu)平面圖

2 塔機(jī)選型及布置

根據(jù)核心筒結(jié)構(gòu)變化以及吊重需求等因素，該項(xiàng)目使用三臺(tái)動(dòng)臂內(nèi)爬式塔機(jī)進(jìn)行施工，塔機(jī)選型及數(shù)量見表1，塔機(jī)平面布置見圖2。

表1 海口塔塔機(jī)選型、數(shù)量及基本參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

圖2 塔機(jī)平面布置圖

塔機(jī)布置原則：塔機(jī)盡可能一直爬升至工程結(jié)束；盡量減少塔機(jī)移位次數(shù)；如果塔機(jī)位于核心筒內(nèi)，則塔機(jī)所在位置必須滿足塔身和爬升時(shí)的空間要求；塔身盡量避免與結(jié)構(gòu)發(fā)生干涉；塔機(jī)平衡臂之間決不能發(fā)生干涉情況；塔機(jī)間距離可以實(shí)現(xiàn)塔機(jī)的互裝和互拆；塔機(jī)位置也要便于頂模（或爬模）系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和爬升。

3 塔機(jī)支撐體系設(shè)計(jì)

塔機(jī)支撐體系的設(shè)計(jì)要綜合考慮核心筒結(jié)構(gòu)的形式和變化、塔機(jī)的位置特點(diǎn)和支撐體系的構(gòu)造形式等因素。以2#塔機(jī)STL2400C為例，為保證塔機(jī)可以在不移位的前提下爬升至工程結(jié)束，并且還要適應(yīng)核心筒結(jié)構(gòu)的變化，同時(shí)更要考慮支撐體系倒運(yùn)的效率性以及核心筒結(jié)構(gòu)的補(bǔ)強(qiáng)難易性，所以確定該STL2400C塔機(jī)支撐體系的結(jié)構(gòu)形式是內(nèi)爬式+外掛式，此種設(shè)計(jì)形式尚屬國(guó)內(nèi)首次。

此種設(shè)計(jì)適應(yīng)核心筒結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，諸如結(jié)構(gòu)整體變化、墻體厚度變化及塔機(jī)所在空間范圍等，同時(shí)還考慮到了轉(zhuǎn)換時(shí)的操作便易性和效率性。

支撐體系在-4F～65F階段使用內(nèi)爬式，在66F以上階段使用外掛式（圖3），兩種支撐體系的轉(zhuǎn)換在塔機(jī)第15次爬升之后，逐套將內(nèi)爬式支撐體系改造成外掛式支撐體系（圖4）。內(nèi)爬式與外掛式支撐體系的轉(zhuǎn)換可以在施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行。承重梁轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)示意圖見圖5。

圖3 STL2400C塔機(jī)支撐體系結(jié)構(gòu)示意圖

圖4 支撐體系轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)

支撐體系計(jì)算使用有限元軟件ANSYS，并采用二階彈性大變形算法，同時(shí)考慮了鋼構(gòu)件幾何非線性的影響及鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的彈性穩(wěn)定性。由于支座反力的分配與塔機(jī)起重臂轉(zhuǎn)動(dòng)的角度有關(guān)，因此根據(jù)塔機(jī)起重臂的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，選取具有代表性的八種工況計(jì)算，其中最不利工況為工況三（圖6）。另，各工況均考慮風(fēng)荷載作用，風(fēng)荷載的作用方向從塔機(jī)平衡臂指向塔機(jī)臂架的方向。塔機(jī)受力計(jì)算模型參見圖7。

表2 STL2400C塔機(jī)內(nèi)爬反力參數(shù)

通過對(duì)比，計(jì)算值＜許用值，符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

4 塔機(jī)倒運(yùn)裝置

內(nèi)爬塔機(jī)的爬升是影響超高層施工進(jìn)度的一個(gè)非常重要環(huán)節(jié)，而支撐體系的倒運(yùn)則是塔機(jī)爬升過程中的核心。通過配備專用倒運(yùn)裝置，可在不影響塔機(jī)作業(yè)的前提下，實(shí)現(xiàn)支撐體系的倒運(yùn)。倒運(yùn)過程如圖9、圖10所示，當(dāng)塔機(jī)具備爬升條件之后，使用倒運(yùn)裝置將支撐體系C由待拆位置（即圖中最下部）吊運(yùn)至安裝位置（即圖中最上部），倒運(yùn)裝置除具備基本的提升功能之外，還具有換向、微動(dòng)、便于操作等特點(diǎn)。

圖5 承重梁轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)示意圖

圖6 塔機(jī)計(jì)算工況示意圖

圖7 塔機(jī)受力計(jì)算模型示意圖

圖8 倒運(yùn)空間平面示意圖

圖9 倒運(yùn)距離示意圖

5 塔機(jī)爬升方案編制簡(jiǎn)述

內(nèi)爬塔機(jī)爬升方案是整個(gè)超高層建筑豎向施工的重要方案依據(jù)，其方案除可以直接反映出內(nèi)爬塔機(jī)每道預(yù)埋件的豎向標(biāo)高之外，還統(tǒng)籌了塔機(jī)、爬模體系、核心筒鋼結(jié)構(gòu)及其他各項(xiàng)設(shè)備或工序的豎向關(guān)系，也是上述設(shè)備或工序方案之間的重要結(jié)合部。

塔機(jī)爬升方案主要編制依據(jù)是塔機(jī)爬升規(guī)劃、爬模體系立面設(shè)計(jì)及爬升步距、核心筒鋼結(jié)構(gòu)分段高度。

通過圖9可以分析出，由于塔機(jī)每次具備爬升條件的前提為支撐體系C安裝完畢，而支撐體系C安裝的前提則是本道支撐體系的預(yù)埋件從爬模體系中漏出，即位置A，此后爬模體系繼續(xù)向上爬升，直至爬升至位置E，此時(shí)塔機(jī)必須爬升，否則將因爬模體系的干擾而無法回轉(zhuǎn)，致使塔機(jī)無法作業(yè)。對(duì)于核心筒鋼結(jié)構(gòu)而言，吊裝至位置D時(shí)，也要求塔機(jī)必須爬升，否則將因核心筒鋼結(jié)構(gòu)的干擾而無法回轉(zhuǎn)，致使塔機(jī)無法作業(yè)。參見圖11。

綜上，編制塔機(jī)爬升方案時(shí)，應(yīng)綜合并統(tǒng)籌考慮塔機(jī)、爬模體系、核心筒鋼結(jié)構(gòu)各自的施工方案，以保證相互間的有效配合。

圖11 塔機(jī)、爬模體系、核心筒鋼結(jié)構(gòu)示意圖

6 結(jié) 語

通過對(duì)內(nèi)爬塔機(jī)支撐體系的構(gòu)造形式、設(shè)計(jì)原則和參考依據(jù)的分析和總結(jié)，并結(jié)合項(xiàng)目實(shí)例，實(shí)現(xiàn)了在不更換支撐體系主要桿件的前提下，兩種內(nèi)爬支撐體系之間的轉(zhuǎn)換，解決了該工程因核心筒結(jié)構(gòu)變化帶來的各種問題。同時(shí)倒運(yùn)裝置設(shè)計(jì)應(yīng)用，可以在不影響塔機(jī)正常吊裝作業(yè)的情況下顯著提高支撐體系的倒運(yùn)效率，將來可作為內(nèi)爬塔機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)配置加以推廣。

[1]張 楨，黃豪華，黃國(guó)健.內(nèi)爬式塔機(jī)的外掛支承架的設(shè)計(jì)計(jì)算與測(cè)試[J].建筑機(jī)械化，2015，(4)：77-81.

[2]劉文華，王善科，周樹軍.動(dòng)臂內(nèi)爬塔機(jī)倒梁裝置[J].建筑機(jī)械化，2014，(12)：83-85.