超高層外掛塔機(jī)支撐體系優(yōu)化與安裝施工技術(shù)

蒲 偉，龍開定，張?zhí)飸c PU Wei， LONG Kai-ding， ZHANG Tian-qing

（中國(guó)建筑第二工程局有限公司，北京 100160）

外掛式動(dòng)臂塔機(jī)在超高層施工的垂直運(yùn)輸中起著重要作用，其支撐體系的高精度、高效率安裝是施工得以順利開展的保證。特別是超高層建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)越發(fā)多樣化，以致動(dòng)臂塔機(jī)標(biāo)準(zhǔn)C型梁無法直接安裝與使用，增加了動(dòng)臂塔機(jī)支撐體系結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，加大了動(dòng)臂塔機(jī)支撐體系的施工難度，如何確保非標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)條件下動(dòng)臂塔機(jī)支撐體系的順利安裝和安全使用是超高層建筑施工的重要內(nèi)容。本文依托昆明西山萬達(dá)廣場(chǎng)項(xiàng)目，介紹了外掛動(dòng)臂塔機(jī)受核心筒門洞影響，對(duì)塔機(jī)支撐體系進(jìn)行了優(yōu)化與改進(jìn)。

1 工程概況

昆明萬達(dá)廣場(chǎng)項(xiàng)目（圖1）為城市綜合體項(xiàng)目（包含大商業(yè)、超五星酒店、高端寫字樓、城市商業(yè)街及配套設(shè)施）。項(xiàng)目分為東西2個(gè)地塊，總建筑面積約713 800m2。其中B地塊南、北側(cè)各有一幢超高層甲級(jí)寫字樓。南、北超高層寫字樓地下室3層，地上66/67層，建筑高度316m，標(biāo)準(zhǔn)層層高4.1m，結(jié)構(gòu)形式為型鋼鋼筋混凝土核心筒+鋼管混凝土柱鋼梁框架，共有5個(gè)加強(qiáng)層，分別為10層、22層、34層、46層、58層，其中10層設(shè)置腰桁架，22層、34層、46層、58層設(shè)置伸臂桁架和腰桁架。核心筒內(nèi)型鋼柱62根，鑄鋼件最大重量53t，外框圓管柱共計(jì)16根，最大直徑2.4m，樓板為鋼筋混凝土壓型鋼板組合樓板。

圖1 昆明萬達(dá)廣場(chǎng)項(xiàng)目結(jié)構(gòu)效果圖

2 動(dòng)臂塔機(jī)布置

通過對(duì)超高層核心筒結(jié)構(gòu)形式、構(gòu)件重量、平面位置、吊次等因素綜合考慮分析，確定超高層塔機(jī)數(shù)量、型號(hào)及平面布置（圖2）：南超高層核心筒東側(cè)、西側(cè)各設(shè)置1臺(tái)ZSL1250動(dòng)臂式塔機(jī)，核心筒南側(cè)設(shè)置1臺(tái)ZSL750動(dòng)臂式塔機(jī)；北超高層核心筒東側(cè)、西側(cè)各設(shè)置1臺(tái)M760DX動(dòng)臂式塔機(jī)，核心筒北側(cè)設(shè)置1臺(tái)M440D動(dòng)臂式塔機(jī)。

圖2 南超高層動(dòng)臂塔機(jī)平面布置圖

外掛式動(dòng)臂塔機(jī)支撐體系（圖3）由兩道支撐梁組成，支撐梁間隔14～22m設(shè)置，支撐梁包括2根支撐主梁、2根垂直撐桿、2根水平撐桿、2根連桿及C型梁。第一道支撐梁位于塔身底部，作為塔機(jī)底框，主要承受豎向荷載；第二道支撐梁位于塔身標(biāo)準(zhǔn)節(jié)位置，作為塔機(jī)附框，主要承受水平荷載。塔機(jī)爬升前，安裝第三道支撐梁，第三道支撐梁位于第二道支撐梁上部，第三道支撐梁安裝完成，檢查驗(yàn)收合格后開始爬升動(dòng)臂塔機(jī)，塔機(jī)爬升完成后，拆除原第一道支撐梁，以備下次塔機(jī)爬升使用。

圖3 塔機(jī)支撐梁構(gòu)件組成示意圖

3 塔機(jī)支撐體系的優(yōu)化與改進(jìn)

3.1 支撐體系的優(yōu)化與改進(jìn)

本工程外掛塔機(jī)支撐體系受到工程結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的影響（核心筒門洞較大），支撐主梁間距為塔機(jī)標(biāo)準(zhǔn)C型梁長(zhǎng)度時(shí)，支撐主梁位于核心筒結(jié)構(gòu)門洞口位置，支撐主梁無法與核心筒結(jié)構(gòu)有效連接，為了使支撐主梁與核心筒結(jié)構(gòu)有效連接需增大支撐主梁間距，以致支撐主梁間距大于塔機(jī)標(biāo)準(zhǔn)C型梁的長(zhǎng)度，塔機(jī)標(biāo)準(zhǔn)C型梁無法安裝（圖4）。

圖4 C型梁無法安裝示意圖

通常情況下，塔機(jī)標(biāo)準(zhǔn)C型梁無法安裝時(shí)，一般采用增加轉(zhuǎn)換梁的常規(guī)方式（C型梁+疊合梁）進(jìn)行處理（圖5），支撐體系為支撐主梁+轉(zhuǎn)換支座+轉(zhuǎn)換梁+轉(zhuǎn)換支座+標(biāo)準(zhǔn)C型梁。

由于“C型梁+疊合梁”的常規(guī)支撐體系梁疊合梁、連接構(gòu)造復(fù)雜、受力轉(zhuǎn)換次數(shù)多、受力性能不好、用鋼量大、加工制作費(fèi)用高、并且安裝、倒運(yùn)困難，效率低下，施工周期長(zhǎng)，針對(duì)性地將“C型梁+疊合梁”的常規(guī)支撐體系優(yōu)化為“支撐主梁+轉(zhuǎn)換支座+改進(jìn)C型梁”（圖6）。

圖5 C型梁+疊合梁常 圖6 優(yōu)化后支撐體系規(guī)支撐體系

3.2 支撐體系的優(yōu)化設(shè)計(jì)及加工制作

3.2.1 支撐體系的優(yōu)化設(shè)計(jì)

1.2.4 MLPA檢測(cè) 采用SALSA MLPA probemix P266-B1 CLCNKB試劑盒(MRC Holland， Amsterdam，Holland)檢測(cè)大片段的缺失和重復(fù)。該試劑盒包含了29個(gè)探針：14個(gè)探針分別位于CLCNKB基因各個(gè)外顯子上(4、7、9、12、16、20號(hào)外顯子除外)，2個(gè)探針分別位于CLCNKA基因5和10號(hào)外顯子上，2個(gè)探針位于CLCNKB基因上游區(qū)段，以及11個(gè)對(duì)照探針分別位于不同的常染色體區(qū)域，以上結(jié)果由邁基諾醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)所提供技術(shù)支持。

根據(jù)動(dòng)臂塔機(jī)型號(hào)，確定爬升支撐體系計(jì)算荷載大小，同時(shí)按最不利情況考慮風(fēng)荷載影響，即風(fēng)荷載的作用方向從塔機(jī)背部指向塔機(jī)吊臂的方向。

采用有限元軟件ANSYS將塔機(jī)及爬升支撐體系整體建模分析計(jì)算，根據(jù)塔機(jī)吊臂的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，選取具有代表性的8種工況（圖7）分別計(jì)算塔機(jī)爬升支撐體系構(gòu)件的應(yīng)力、變形和支座反力，根據(jù)支撐體系的變形情況確定預(yù)拱度。

取最不利的支座反力對(duì)預(yù)埋件進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，并對(duì)主體結(jié)構(gòu)承載力計(jì)算驗(yàn)算，確定爬升支撐體系構(gòu)件的相關(guān)參數(shù)，最后根據(jù)計(jì)算確定的爬升支撐體系的相關(guān)參數(shù)繪制出爬升支撐體系設(shè)計(jì)圖紙。圖8為支撐主梁應(yīng)力分布圖，圖9為斜撐桿和聯(lián)系桿的應(yīng)力分布圖，圖10為改進(jìn)C型梁應(yīng)力分布圖。

圖8 支撐主梁應(yīng)力分布圖

圖9 斜撐桿和聯(lián)系桿的應(yīng)力分布圖

圖10 改進(jìn)C型梁應(yīng)力 分布圖

3.2.2 支撐體系的加工制作

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙確定的構(gòu)件尺寸、大小、材料的規(guī)格型號(hào)和材質(zhì)、焊縫厚度等相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)，由專業(yè)單位對(duì)爬升支撐體系進(jìn)行加工制作。

4 外掛塔機(jī)支撐體系的安裝

4.1 預(yù)埋件的安裝

按照塔機(jī)爬升支撐體系預(yù)埋件平面位置、尺寸大小、標(biāo)高等設(shè)計(jì)要求，將預(yù)埋件深化設(shè)計(jì)在核心筒型鋼暗柱上，預(yù)埋件在工廠與核心筒型鋼暗柱焊接加工成整體，型鋼暗柱安裝完畢，預(yù)埋件亦安裝完畢。省去預(yù)埋件現(xiàn)場(chǎng)安裝、校正、焊接的時(shí)間，有利于保證焊接質(zhì)量，提高安裝精度。

4.2 安裝工具式操作平臺(tái)

工具式操作平臺(tái)（圖11）為可拆卸外掛式，在塔機(jī)爬升支撐體系預(yù)埋件上或者外框架型鋼梁預(yù)埋件上焊接懸掛吊耳，塔機(jī)將工具式操作平臺(tái)（圖12）吊到安裝位置后，采用固定螺栓將工具式操作平臺(tái)與懸掛吊耳連接。

圖11 工具式操作平臺(tái)實(shí)況圖

圖12 工具式操作平臺(tái)立面 效果圖

4.3 安裝預(yù)埋件連接耳板及定位固定點(diǎn)

采用全站儀、水準(zhǔn)儀、鋼卷尺等測(cè)量?jī)x器，將外部控制軸線、高程控制水準(zhǔn)點(diǎn)引測(cè)到埋件附近的墻面上，并通過軸線及高程控制線確定出每個(gè)預(yù)埋件銷軸的豎向中心線和水平中心線，通過每個(gè)埋件銷軸豎向中心線和水平中心線確定出連接耳板和加勁肋的位置。

4.3.2 定位固定點(diǎn)的設(shè)置

通過每個(gè)預(yù)埋件上連接耳板和加勁肋的平面位置，確定出定位校正固定點(diǎn)位置，并將定位校正固定點(diǎn)焊接在塔機(jī)爬升支撐體系預(yù)埋件上，以方便支撐梁構(gòu)件就位。支撐主梁預(yù)埋件采用單側(cè)連接耳板及下部擋鐵作為定位校正固定點(diǎn)，垂直撐桿、水平撐桿預(yù)埋件采用下部擋鐵及側(cè)面擋鐵作為定位校正固定點(diǎn)。

4.4 組合單元體的安裝

4.4.1 組合單元體的拼裝

在地面上將支撐主梁及其連接耳板和銷軸、垂直撐桿及其連接耳板和銷軸拼裝成整體，再將垂直撐桿的自由端采用5t手動(dòng)葫蘆及鋼絲繩懸掛于支撐主梁下方，形成2個(gè)吊裝組合體。組合吊裝方法減少了塔機(jī)吊次，提高施工效率，保證安裝時(shí)支撐梁構(gòu)件的臨時(shí)穩(wěn)定性和安裝質(zhì)量，降低因高空作業(yè)施工帶來的安全風(fēng)險(xiǎn)。

4.4.2 組合體的安裝

組合體安裝示意圖如圖13所示，用塔機(jī)分別將組合體吊裝到安裝位置后，調(diào)整組合體標(biāo)高及平面位置，使支撐主梁銷軸與預(yù)埋件上已焊接耳板連接，校正主梁標(biāo)高及平面位置，點(diǎn)焊固定另一側(cè)連接耳板；通過手動(dòng)葫蘆調(diào)節(jié)垂直撐桿的位置，使垂直撐桿自由端連接耳板與其預(yù)埋件上標(biāo)識(shí)位置重合，點(diǎn)焊固定垂直撐桿連接耳板；再通過掛設(shè)在塔機(jī)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)上的10t手動(dòng)葫蘆及定位槽鋼臨時(shí)固定組合體，釋放輔助塔機(jī)吊鉤，二次調(diào)整支撐主梁標(biāo)高及平面位置直至滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)焊接所有連接耳板及加勁肋，有效節(jié)約輔助塔機(jī)的使用時(shí)間，提高塔機(jī)的施工效率。

圖13 組合體安裝示意圖

4.5 安裝水平撐桿、連桿、C型梁

用塔機(jī)將水平撐桿吊到安裝位置，調(diào)整水平撐桿位置及標(biāo)高，使水平撐桿與支撐主梁采用銷軸連接，再調(diào)節(jié)水平撐桿自由端，使水平撐桿連接耳板與預(yù)埋件上標(biāo)識(shí)位置重合，焊接連接耳板。

水平撐桿安裝完畢后，安裝支撐主梁之間的連桿，使兩道支撐主梁形成整體。

最后將塔機(jī)C型梁安裝在支撐主梁的連接支座上，至此塔機(jī)支撐梁安裝完成（圖14）。

圖14 支撐梁安裝完成后照片

5 支撐梁的檢查驗(yàn)收

焊縫采用開剖口等強(qiáng)焊接，焊縫均為一級(jí)焊縫，無損檢測(cè)合格才可進(jìn)行下道工序。

C型梁與支撐主梁連接支座的平面位置最大誤差不超過3mm。

為了控制支撐梁受力后的下?lián)?，挑出端比根部?0mm。

6 結(jié) 論

外掛式動(dòng)臂塔機(jī)在超高層施工的垂直運(yùn)輸中起著重要作用，對(duì)于支撐主梁間距大于塔機(jī)標(biāo)準(zhǔn)C型梁的長(zhǎng)度，塔機(jī)標(biāo)準(zhǔn)C型梁無法直接安裝與使用時(shí)，通常采用增加轉(zhuǎn)換梁的方式進(jìn)行受力傳遞。該體系梁疊合梁、連接構(gòu)造復(fù)雜、受力轉(zhuǎn)換次數(shù)多、受力性能不好。

將“C型梁+疊合梁”的常規(guī)支撐體系優(yōu)化為“支撐主梁+轉(zhuǎn)換支座+改進(jìn)C型梁”，使支撐主梁可結(jié)合結(jié)構(gòu)特點(diǎn)靈活布置，降低了支撐體系的復(fù)雜程度，易于安拆，

安裝時(shí)采取預(yù)埋件與型鋼柱工廠焊接、組合構(gòu)件單元整體吊裝、利用自身構(gòu)件進(jìn)行吊裝校正等一系列施工方法，簡(jiǎn)化操作，在保證施工質(zhì)量的前提下也提高了施工效率，降低了高空作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，有力地確保了安全生產(chǎn)。