內(nèi)爬式動(dòng)臂塔機(jī)內(nèi)爬鋼梁提升系統(tǒng)研究

陳吉申，李孟華，王全利，何思明，許 政，廉成虎

(中鐵建設(shè)集團(tuán)北京工程有限公司，北京 100043)

隨著城市建設(shè)的快速發(fā)展，超高層建筑項(xiàng)目如雨后春筍般遍地開(kāi)花。內(nèi)爬式動(dòng)臂塔機(jī)因其起重臂可以俯仰變化，群塔作業(yè)抗干擾能力強(qiáng)。且塔機(jī)利用上、下兩道內(nèi)爬支撐體系固定在建筑物上，完成內(nèi)爬頂升作業(yè)，無(wú)須額外的標(biāo)準(zhǔn)件，節(jié)約了資源，因此在超高層建筑施工領(lǐng)域大放異彩。但其結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜，內(nèi)爬過(guò)程技術(shù)難度大，對(duì)施工單位自身技術(shù)能力提出了較高的要求。

本文以南京德基世貿(mào)中心A 棟項(xiàng)目為例，設(shè)計(jì)了一套新型內(nèi)爬式動(dòng)臂塔機(jī)的剛梁提升系統(tǒng)，利用塔機(jī)自身吊裝能力，倒運(yùn)內(nèi)爬支撐梁，降低勞動(dòng)力資源投入，提升工作效率，進(jìn)而滿足了施工現(xiàn)場(chǎng)工期要求。

1 工程概況與塔機(jī)使用情況

南京德基世貿(mào)中心A 棟項(xiàng)目，建筑高度343.1m，建筑面積15.3 萬(wàn)m2。結(jié)構(gòu)形式為鋼框架-鋼混核心筒結(jié)構(gòu)，建筑寬度46.9m×46.9m，核心筒寬度24.8m×24.8m，地下3 層，地上67 層。

塔機(jī)的布置因主體結(jié)構(gòu)、吊裝要求的不同，型式也會(huì)有所不同。根據(jù)本工程施工特點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)采用2 臺(tái)中聯(lián)重科L500-32 型內(nèi)爬式動(dòng)臂塔機(jī)，2 臺(tái)塔機(jī)對(duì)角布置在核心筒外側(cè)，見(jiàn)圖1，塔機(jī)可以有效覆蓋全部鋼柱，塔機(jī)起重量能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)要求，雙塔互不干擾，調(diào)運(yùn)效率高，核心筒內(nèi)梁板可隨外框同時(shí)施工，又能夠有效節(jié)省工期。合理的塔機(jī)布置可以提高吊裝效率，節(jié)約施工成本，塔機(jī)性能概況如表1 所示。

表1 塔機(jī)性能概況

圖1 塔機(jī)定位布置圖

2 工程的難點(diǎn)和特殊要求

南京德基世貿(mào)中心A 棟項(xiàng)目施工現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地狹小，設(shè)置了東、西2 個(gè)料場(chǎng)，用于鋼結(jié)構(gòu)、水泥、周轉(zhuǎn)材料等的堆放和周轉(zhuǎn)。建筑層高標(biāo)準(zhǔn)層4.4m，避難層5.6m、爬架高度17.5m，建筑總高343.1m，地上67 層，主體結(jié)構(gòu)計(jì)劃6 天1 層，現(xiàn)場(chǎng)工期較為緊張。內(nèi)爬動(dòng)臂塔機(jī)首次安裝至核心筒9 層，此時(shí)二次結(jié)構(gòu)、機(jī)電安裝等各專業(yè)分包已進(jìn)場(chǎng)施工，現(xiàn)場(chǎng)存在多工序交叉作業(yè)。

1#、2#塔機(jī)是現(xiàn)場(chǎng)唯一的垂直運(yùn)輸設(shè)備，承擔(dān)現(xiàn)場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)吊裝、材料調(diào)運(yùn)、部分混凝土澆筑等重要施工任務(wù)，每臺(tái)塔機(jī)需要爬升15 次。內(nèi)爬鋼梁是內(nèi)爬支撐體系最重要組成部分，每次內(nèi)爬前都要先進(jìn)行提升倒運(yùn)，其提升效果的好壞是影響整個(gè)塔機(jī)內(nèi)爬工作的關(guān)鍵。

按照傳統(tǒng)方式，現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)爬鋼梁提升可以采取兩種方案。一種是依靠人工利用葫蘆吊配進(jìn)行內(nèi)爬支撐梁的提升工作，此種方式造成內(nèi)爬支撐梁的提升工作間較長(zhǎng)，人員勞動(dòng)強(qiáng)度大，內(nèi)爬工作整體效率低下。另一種方式是現(xiàn)場(chǎng)1#、2#塔機(jī)相互配合，利用1#塔機(jī)提升2#塔機(jī)的內(nèi)爬鋼梁，2#塔機(jī)提升1#塔機(jī)的內(nèi)爬鋼梁，此種方式能夠降低人員勞動(dòng)強(qiáng)度，但任意一臺(tái)塔機(jī)內(nèi)爬鋼梁提升時(shí)必須全部占用現(xiàn)場(chǎng)的塔機(jī)設(shè)備，現(xiàn)場(chǎng)其他垂直運(yùn)輸工作全部停止。

上述兩種方案各有弊端，因此迫切需要一種既能夠降低人員勞動(dòng)強(qiáng)度，提升內(nèi)爬工作效率，又能降低對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工影響的施工方案。通過(guò)設(shè)計(jì)一種新型內(nèi)爬鋼梁提升系統(tǒng)，利用塔機(jī)自身起升鋼絲繩完成內(nèi)爬支撐鋼梁的倒運(yùn)，成功解決了上述問(wèn)題。

3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理

3.1 動(dòng)臂塔機(jī)正常工作時(shí)的缺陷

動(dòng)臂塔機(jī)正常工作狀態(tài)時(shí)起重臂最大工作仰角為α（一般α 為85°），吊鉤垂直中心線與塔身垂直中心距離的最小距離（Lmin）為塔機(jī)的工作盲區(qū)，參照塔機(jī)概況表可知現(xiàn)場(chǎng)1#塔機(jī)的工作盲區(qū)大于2#塔機(jī)的工作盲區(qū)，為7.4m?，F(xiàn)場(chǎng)1#塔機(jī)支撐體系示意圖見(jiàn)圖2，內(nèi)爬鋼梁吊點(diǎn)距塔身垂直中心距離L1（現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量L1=2.3m，見(jiàn)圖2(b)）。在正常工作狀態(tài)下的Lmin大于L1，且差距較大。吊鉤位置距離內(nèi)爬鋼梁的吊點(diǎn)位置較遠(yuǎn)，無(wú)法直接使用塔機(jī)自身進(jìn)行內(nèi)爬鋼梁的提升吊運(yùn)工作。

想要利用塔機(jī)起升吊鉤提升內(nèi)爬鋼梁，必須使起升吊鉤中心點(diǎn)與內(nèi)爬鋼梁吊點(diǎn)位置重合，即起升吊鉤中心線Lmin至塔機(jī)中心線的距離與內(nèi)爬鋼梁吊點(diǎn)位置至塔機(jī)中心線距離L1相等。

圖2 內(nèi)爬動(dòng)臂塔機(jī)支撐體系示意圖

3.2 新型內(nèi)爬鋼梁提升系統(tǒng)的工作原理

通過(guò)在塔身安裝輔助變幅裝置，使起升吊鉤中心點(diǎn)到塔機(jī)中心線的距離減小，從而減小塔機(jī)的最小工作幅度。當(dāng)塔機(jī)起升吊鉤中心點(diǎn)移動(dòng)至內(nèi)爬鋼梁吊點(diǎn)正上方時(shí)，利用塔機(jī)自身起升吊鉤完成內(nèi)爬支撐梁提升工作。

1# 塔機(jī)1 倍率時(shí)設(shè)計(jì)最小工作幅度Lmin=7.4m，其內(nèi)爬鋼梁吊點(diǎn)位置距離塔機(jī)回轉(zhuǎn)中心線為L(zhǎng)1。通過(guò)輔助變幅裝置，1#塔機(jī)的最小工作幅度由Lmin變?yōu)長(zhǎng)1，此時(shí)起升鋼絲繩與豎直面夾角4°，內(nèi)爬鋼梁及吊索具總重量為G=5.9t，此時(shí)起升鋼絲繩傾斜段受力為F1=G/cos4°=5.914（t），小于額定載荷16t，輔助變幅牽引水平力F2=G/tan4°=0.437t，用2t 低速電動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)作為輔助變幅機(jī)構(gòu)動(dòng)力可以滿足要求。

3.3 新型內(nèi)爬鋼梁提升系統(tǒng)的組成

新型內(nèi)爬鋼梁提升系統(tǒng)主要由內(nèi)爬塔機(jī)起升吊鉤、輔助變幅裝置組成，見(jiàn)圖3。

圖3 新型內(nèi)爬鋼梁提升系統(tǒng)

3.3.1 安裝程序

1）在上支座上安裝2t 卷?yè)P(yáng)機(jī)，用于提供輔助變幅動(dòng)力。

2）在平衡臂上安裝2t 定滑輪。用于改變2t卷?yè)P(yáng)機(jī)鋼絲繩的傳動(dòng)方向。2t 定滑輪安裝時(shí)，遠(yuǎn)離塔身中心一定距離，此距離大于塔機(jī)吊運(yùn)內(nèi)爬支撐梁作業(yè)幅度減少值（Lmin-L1）。從而實(shí)現(xiàn)L1距離滿足內(nèi)爬支撐梁倒運(yùn)要求。

3）2t 卷?yè)P(yáng)機(jī)繞出鋼絲繩經(jīng)2t 定滑輪后固定在上支座前端。

4）起升鋼絲繩安裝2t 滑車(chē)、2t 吊帶。

3.3.2 工作過(guò)程

使用本裝置時(shí)，塔機(jī)回轉(zhuǎn)使起重臂朝向內(nèi)爬支撐梁位置，起重臂俯仰至最大設(shè)計(jì)角度α，俯仰機(jī)構(gòu)制動(dòng)。牽引2t 吊帶上支座前端，將吊帶與2t 卷?yè)P(yáng)機(jī)鋼絲繩用2t 吊環(huán)連接。啟動(dòng)2t 卷?yè)P(yáng)機(jī)，緩慢收緊鋼絲繩，繃緊吊帶見(jiàn)圖3b。繼續(xù)收緊鋼絲繩，減小塔機(jī)的作業(yè)幅度至L1，工作狀態(tài)見(jiàn)圖3(c），利用塔機(jī)起升吊鉤提升內(nèi)爬鋼梁。使用完畢后，卷?yè)P(yáng)機(jī)緩慢放繩，打開(kāi)吊環(huán)還原塔機(jī)的至正常工作狀態(tài)，工作狀態(tài)見(jiàn)圖3(a）。

3.3.3 實(shí)現(xiàn)的效果

本系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)內(nèi)爬式動(dòng)臂塔機(jī)在較小幅度位置提升內(nèi)爬支撐梁的功能，擴(kuò)大了塔機(jī)提升內(nèi)爬支撐梁的幅度范圍。提升了塔機(jī)爬升工作的機(jī)械化程度，降低了人力投入，大幅提升了塔機(jī)爬升工作效率。此方法在使用過(guò)程中經(jīng)實(shí)際運(yùn)行檢驗(yàn)，塔機(jī)倒運(yùn)內(nèi)爬支撐梁導(dǎo)致的工藝停工時(shí)間，由原來(lái)的平均30h/次減少至平均6～8h/次，操作人員數(shù)量由8 人減少至4～5 人。方便快捷地解決了支撐梁的倒運(yùn)問(wèn)題，提高了生產(chǎn)效益。

4 總結(jié)

內(nèi)爬鋼梁提升是內(nèi)爬式塔機(jī)施工過(guò)程中的一項(xiàng)關(guān)鍵工序。新型內(nèi)爬支撐梁提升系統(tǒng)，滿足了內(nèi)爬式動(dòng)臂塔機(jī)小幅度倒運(yùn)支撐梁的要求，有助于內(nèi)爬動(dòng)臂式塔機(jī)的推廣應(yīng)用，并產(chǎn)生良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。