花瓣型建筑群的集群塔吊的選型與布置

鮑馨

上海建工七建集團(tuán)有限公司 上海 200050

1 工程概況

上海君康金融廣場地處上海市浦東新區(qū)后灘板塊核心區(qū)域，黃浦江沿岸的世博園區(qū)內(nèi)。項目總建設(shè)用地面積22280.9m2，總建筑面積105798.3m2。地上建筑面積56353.5m2，地下室建筑面積49444.8m2。項目地下三層，上部由五棟9～11層塔樓和2層的裙房組成，建成后為集辦公、商業(yè)一體的綜合體建筑。

2 花瓣型建筑群的項目特點(diǎn)

（1）本工程A#～D#五棟主樓采用鋼筋混凝土框架-核心筒體系，建筑高度41-50m。裙房以上主樓樓層平面呈花瓣狀沿環(huán)形布置，主樓4～9層外側(cè)立面逐層外挑，外裝飾面主要采用玻璃幕墻，造型新穎、美觀。各棟主樓間均有空中鋼結(jié)構(gòu)連廊相連接，將五棟主樓形成環(huán)形的整體。（圖1）

圖1 建筑平面布置圖

（2）本工程地下室共三層，基坑總面積16732m2，基坑周長約為516m，深度14.78～15.28m。主體基坑采用800mm厚“兩墻分離”地下連續(xù)墻作為基坑圍護(hù)體系，內(nèi)設(shè)三道鋼筋混凝土圓環(huán)支撐體系。

（3）本工程鋼結(jié)構(gòu)主要包括五棟主樓勁性柱和勁性梁的安裝、E樓裙房局部鋼結(jié)構(gòu)以及主樓間的鋼結(jié)構(gòu)連廊。每棟主樓外框架采用勁性柱，3層頂板以上部分勁性柱與核心筒采用鋼梁連接。鋼結(jié)構(gòu)連廊與兩側(cè)主樓均采用滑動連接，連廊采用鋼梁和鋼模板自承式樓板。

（4）本工程建筑用地面積為22280.9m2，基坑面積為16732m2，基坑北側(cè)圍護(hù)緊貼用地紅線，另三側(cè)距離紅線均只有12m左右，施工現(xiàn)場場地狹小?；油鈧?cè)場地考慮搭設(shè)辦公、倉庫等必要臨設(shè)之外，現(xiàn)場無多余場地，基坑周邊無法形成環(huán)通的施工便道。因此地下室及上部結(jié)構(gòu)施工階段的場內(nèi)道路及材料堆場均設(shè)置在棧橋上或已完成的地下室頂板上。

3 塔吊選型、布置考慮要素

3.1 地下室面積影響塔吊選型及布置

為滿足基坑面積16732m2、深度達(dá)15.28m的深基坑施工要求，且綜合考慮基坑施工階段場地狹小、基坑周邊無法形成環(huán)通施工便道、汽車吊難以停放配合吊運(yùn)等因素，本項目布置的塔吊需全面覆蓋整個基坑，以滿足支撐棧橋施工階段及地下室結(jié)構(gòu)施工階段材料運(yùn)輸?shù)男枨蟆?/p>

根據(jù)基坑面積及形狀，擬布置3臺臂長50～60m的塔吊對地下室進(jìn)行全覆蓋，并形成有效的交叉區(qū)域以供材料的調(diào)運(yùn)。塔吊選型時應(yīng)同時注意考慮材料堆場在棧橋面或地下室頂板上的布置，需滿足塔吊對材料吊點(diǎn)的要求?？紤]到地下室結(jié)構(gòu)施工時，底板鋼筋規(guī)格較大，擬初步選定大型塔吊QTZ63等型號。

3.2 上部結(jié)構(gòu)形式影響塔吊選型及布置

本工程上部結(jié)構(gòu)包括五棟主樓和裙房，地下室出±0.00后即進(jìn)行上部結(jié)構(gòu)施工。各主樓上部結(jié)構(gòu)外側(cè)兩個立面在4～9層采用6根勁性斜柱的形式進(jìn)行逐層外挑，6根斜柱傾角為9～16度，每樓層柱頂和柱腳投影距離分別為700mm，800mm和1300mm。相應(yīng)樓層的樓板也逐層外挑擴(kuò)大至屋面，最大外挑幅度達(dá)到2630mm。（圖2）

圖2 主樓平面結(jié)構(gòu)圖

因上部結(jié)構(gòu)施工時塔吊需沿用地下室階段的塔吊，故根據(jù)各主樓高度及基坑深度，各塔吊安裝高度均超過最大獨(dú)立高度，需要設(shè)置附墻。因此塔吊盡量避免布置在各主樓結(jié)構(gòu)外擴(kuò)一側(cè)，以免附墻桿件過長。

各主樓形成花瓣型建筑群，主樓單層面積約1148m2，單體間距較近。為滿足塔吊最優(yōu)的全面覆蓋，并避免群塔回轉(zhuǎn)半徑盡可能互不影響，初步選擇在A#、C#及D#主樓側(cè)各布置一臺塔吊，能滿足五棟主樓及裙房的上部結(jié)構(gòu)全覆蓋，也能滿足上部結(jié)構(gòu)施工時材料吊運(yùn)量的要求。

考慮實(shí)際可選用的塔吊機(jī)械型號，擬定塔吊選型及布置如下：

上部結(jié)構(gòu)施工時材料堆場的設(shè)置亦在塔吊的覆蓋范圍內(nèi)，同時3臺塔吊的有效交叉區(qū)域能滿足材料接力運(yùn)輸及調(diào)轉(zhuǎn)的需求。

3.3 鋼結(jié)構(gòu)的吊運(yùn)影響塔吊選型及布置

本工程鋼結(jié)構(gòu)主要包括主樓勁性柱和勁性梁、E樓裙房局部鋼結(jié)構(gòu)以及主樓間的鋼結(jié)構(gòu)連廊（圖3）。因本項目場地狹小，大型汽車吊在棧橋上停放難度大且需對地下室頂板進(jìn)行加固，因此塔吊選型及布置時盡可能最大程度滿足采用塔吊吊運(yùn)鋼結(jié)構(gòu)的需求，減少采用汽車吊吊裝對空間的占用。

圖3 鋼構(gòu)件三維透視圖

（1）主樓勁性柱和勁性梁的吊裝需求

地下室共含有3層勁性柱，按每層一節(jié)進(jìn)行分段。標(biāo)高為-14.4至-1.6m，每節(jié)鋼柱長4.2m，重1.3t。鋼柱為5個單體區(qū)域，每個區(qū)域含有12根。

地上部分鋼結(jié)構(gòu)主要有勁性柱和勁性梁，1到10層地上鋼柱為5個單體區(qū)域，每個區(qū)含有10根Φ1000勁性圓柱，按每層一節(jié)進(jìn)行分段，每節(jié)鋼柱長4.5m，重1.4t。3層頂板以上部分勁性柱與核心筒采用鋼梁連接，鋼梁單根一節(jié)，最重構(gòu)件約 0.87t。

綜合考慮本工程鋼結(jié)構(gòu)分布情況、構(gòu)件重量、場地條件等因素，對照QTZ63塔吊及H5810塔吊性能表參數(shù)，考慮主樓勁性柱、勁性梁均可采用擬定的3臺塔吊進(jìn)行吊裝。其中H5810型塔吊（半徑58m）1臺，端部吊重1.0t；QTZ63（半徑50m）塔吊2臺，端部吊重1.3t。各鋼構(gòu)件吊裝時作業(yè)半徑為8.8～52.76m，滿足吊裝需求。

（2）鋼結(jié)構(gòu)連廊的吊裝需求

本工程鋼連廊分布于 F2、F3、F8、F9、F10、F11 六個樓層位置，共計 22 榀。鋼連廊主要由箱型、H 型鋼梁和鋼承板組成。箱型鋼梁最大截面口 800x500x40x40，H鋼梁最大截面 H550x300x12x20。連廊吊裝工程單個最大構(gòu)件為連接兩個區(qū)域的魚腹式箱梁，單個構(gòu)件長 14m，最大重量約10.7t。

連廊施工擬采用散拼散裝的施工工藝，因塔吊起重量無法滿足現(xiàn)場吊裝需求，則吊裝擬采用格構(gòu)式獨(dú)釣桅桿裝置及塔吊配合吊裝方案。桅桿布置于已完結(jié)構(gòu)的屋面層上，主梁構(gòu)件均采用格構(gòu)式獨(dú)釣桅桿裝置進(jìn)行雙機(jī)抬吊進(jìn)行吊裝作業(yè)。其余次梁、懸挑梁構(gòu)件及鋼筋桁架樓承板，最重的次梁僅約1t左右，在擬定的3臺塔吊起重能力半徑范圍內(nèi)，則可以利用塔吊進(jìn)行吊裝作業(yè)。

另外，格構(gòu)式獨(dú)釣桅桿裝置的安裝需要利用現(xiàn)場塔吊將桅桿各節(jié)吊裝至各主樓屋面進(jìn)行組裝。桅桿裝置截面為400mm×400mm，由6段2m長的格構(gòu)柱組成，桅桿單節(jié)約100kg，均在塔吊端部吊重1噸的起重范圍內(nèi)。

故以上鋼結(jié)構(gòu)連廊的各種吊裝需求也應(yīng)在本項目塔吊選型時提前進(jìn)行策劃，并予以充分的考慮。

3.4 項目成本影響塔吊的選型及使用

本項目為綜合性商辦樓項目，總工期960天，其中結(jié)構(gòu)階段工期486天，因此塔吊使用周期較長。塔吊作為結(jié)構(gòu)施工時的大型機(jī)械設(shè)備，其安裝及使用的費(fèi)用對項目成本造成很大的影響。

項目施工需要做好內(nèi)部項目成本的管控，而前期策劃時合理地確定塔吊基礎(chǔ)形式、塔吊數(shù)量及選型，是項目目標(biāo)成本得以實(shí)現(xiàn)的重要的環(huán)節(jié)。塔吊選型時需要綜合考慮各型號塔吊參數(shù)及使用費(fèi)用，既能滿足施工現(xiàn)場的吊運(yùn)要求，又能節(jié)約成本，達(dá)到經(jīng)濟(jì)合理的最優(yōu)平衡點(diǎn)。

因此，從節(jié)約成本角度出發(fā)，對本項目地下室施工階段擬定的3臺塔吊使用周期進(jìn)行優(yōu)化。由于支撐、棧橋施工時的材料吊運(yùn)量及頻次低于地下室結(jié)構(gòu)施工時，且汽車吊零星使用的費(fèi)用小于塔吊費(fèi)用，故前期土方開挖階段無需3臺塔吊同時投入使用，采用2臺塔吊及1臺汽車吊配合即可滿足支撐及棧橋施工材料運(yùn)輸需求。為便于駁運(yùn)材料，預(yù)先安裝的2臺塔吊必須覆蓋鋼筋加工場地及主要材料堆場。待后期地下室結(jié)構(gòu)施工前再增設(shè)1臺塔吊，達(dá)到地下室全面覆蓋。

3.5 塔吊基礎(chǔ)的設(shè)置影響塔吊的布置

為滿足本項目地下室的施工進(jìn)度需要，前期投入使用的1#、2#塔吊基礎(chǔ)形式采用樁+格構(gòu)柱+砼承臺形式，塔吊在土方開挖及支撐棧橋施工前即安裝完畢。樁基選用φ800 鉆孔灌注樁，格構(gòu)柱截面尺寸460mm×460mm，承臺基礎(chǔ)尺寸4m×4m×1.35m。

后期地下室結(jié)構(gòu)施工前安裝的3#塔吊基礎(chǔ)可進(jìn)行經(jīng)濟(jì)優(yōu)化，擬定直接利用800mm厚基礎(chǔ)底板作為塔吊基礎(chǔ)，區(qū)域尺寸為10.70m×6.3m×1.35m，并對該區(qū)域底板加厚至1350mm處理。

鑒于以上塔吊基礎(chǔ)設(shè)置方案，選擇合適的位置時需注意以下要點(diǎn)：1）塔吊樁位置選擇時應(yīng)考慮與工程樁至少保持1倍樁徑距離，避免塔吊樁對工程樁造成影響。2）選擇作為塔吊基礎(chǔ)區(qū)域的基礎(chǔ)底板應(yīng)盡量避開地下室墻體、設(shè)備機(jī)房、人防密閉空間等。

3.6 塔吊的拆除影響塔吊的布置

本項目各主樓之間因連廊的連接形成花瓣型建筑群，待主體結(jié)構(gòu)建成后，各塔吊均不具備塔吊自行降高條件。施工現(xiàn)場場地狹小，拆除機(jī)械落腳就位空間相對狹小，大噸位汽車吊只能在消防車道上行駛、停放，需對地下室頂板進(jìn)行驗算及加固。由此可見，本項目塔吊拆除面臨較多困難。如何能在塔吊使用完畢后順利拆除，是本項目塔吊布置時亦需要重點(diǎn)關(guān)注的問題。

主要從以下幾點(diǎn)進(jìn)行綜合考慮：1）各塔吊拆除高度；2）拆除時大臂和平衡臂的朝向；3）拆除時受外腳手架的影響情況，避免外腳手架的拆除及二次搭設(shè)；4）根據(jù)塔吊各部件重量選擇拆除時的汽車吊型號、行走路線及停放位置；5）汽車吊行走及停放時地面承載力的要求，是否需要對地下室進(jìn)行加固。

綜合考慮以上因素后，本項目3臺塔吊擬采用較大噸位汽車吊（160t）擴(kuò)大起重吊裝半徑后進(jìn)行空中拆除，并采用多機(jī)位分拆吊裝，較小噸位汽車吊（50t）配合拆除，從而避開無法停靠部位，保證塔吊拆除工作順利進(jìn)行。

塔吊拆除情況表如下：

QTZ63型塔吊拆卸設(shè)備選用160t汽車吊。160t汽車吊停放位置為消防車道，行車路線為地下車庫頂板上的消防車道，地下室頂板未覆土?xí)r的消防車道承載能力滿足要求。

H5810型塔吊拆卸設(shè)備選用 160t汽車吊拆除配重、起重臂、塔冠和回轉(zhuǎn)總成，50t汽車吊拆除標(biāo)準(zhǔn)節(jié)。160t汽車吊停放位置為室外總體地面，50t汽車吊停放位置為250mm厚地下室頂板。

4 塔吊布置的二次精確優(yōu)化

塔吊的選型及初步位置選擇好以后，需對塔吊位置進(jìn)行精確定位，主要根據(jù)主體結(jié)構(gòu)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)、附墻件、群塔施工等綜合因素考慮進(jìn)行細(xì)化。

4.1 避開結(jié)構(gòu)框架、剪力墻、后澆帶區(qū)域

塔吊布置平面位置進(jìn)一步優(yōu)化，分析地下及上部結(jié)構(gòu)圖紙，盡量避開結(jié)構(gòu)柱、主梁、剪力墻等重要構(gòu)件部位，避開地下室后澆帶區(qū)域，減少塔吊拆除后后期結(jié)構(gòu)修補(bǔ)的工作。

4.2 避開環(huán)形支撐及棧橋區(qū)域

塔吊平面布置需避開本項目的環(huán)形支撐及棧橋區(qū)域，盡量避免對環(huán)形支撐的受力體系造成影響或?qū)騾^(qū)域的道路環(huán)通造成阻礙。如塔吊位置對棧橋造成影響，跟設(shè)計溝通確認(rèn)后對棧橋出土碼頭進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。

4.3 避開鋼結(jié)構(gòu)連廊區(qū)域

項目鋼結(jié)構(gòu)連廊在各主樓主體結(jié)構(gòu)施工完成后進(jìn)行，各鋼構(gòu)件吊裝需要塔吊配合進(jìn)行，塔吊平面布置需滿足鋼連廊的吊裝要求。

4.4 與主樓保持合適的距離

本項目塔吊安裝高度55.286m～74.887m，擬定設(shè)置兩道扶墻。塔身需與主樓結(jié)構(gòu)外側(cè)保持合適的距離，既不能太近而影響主樓外腳手架的搭設(shè)，又不能距離太遠(yuǎn)，以免造成附墻桿件太長增加風(fēng)險，且需專家論證。

4.5 給人貨電梯預(yù)留空間位置

由于各主樓的上部五邊形結(jié)構(gòu)有兩條邊均逐層向外挑出，另兩條邊連接鋼連廊，因此各主樓上部結(jié)構(gòu)階段施工時人貨電梯只能設(shè)置在五棟主樓形成的環(huán)形整體的內(nèi)側(cè)，擬在五棟主樓的內(nèi)側(cè)各布置1臺雙籠人貨電梯。由于人貨電梯可選擇的布置位置有限，塔吊布置時要給人貨電梯預(yù)留出空間位置。

4.6 保證群塔施工作業(yè)安全

本項目基坑面積較大且五棟主樓要求同步進(jìn)行上部結(jié)構(gòu)施工，擬定的3臺塔吊需同步進(jìn)行場地內(nèi)的材料運(yùn)輸作業(yè)，各塔機(jī)的作業(yè)平面存在相互重疊。作業(yè)面相互重疊必然會導(dǎo)致相互中的干擾，運(yùn)行中就可能存在作業(yè)碰撞，因此，塔吊布置時要合理布置各塔吊之間的作業(yè)平面重疊區(qū)域，以保證群塔施工中的相互運(yùn)行安全，減少安全事故，同時又盡可能地滿足施工需要。

相鄰塔吊需滿足如下要求：低位塔吊起重臂端部與另一臺塔吊的塔身之間距離不小于2m，高位塔吊最低位置的部件與低位塔吊中處于最高位置部件之間的垂直距離不小于2m。

三臺作業(yè)平面相互重疊的塔吊初始安裝高度不一，相互錯開高度。另外隨著主樓結(jié)構(gòu)逐層往上施工，塔吊隨之升節(jié)，作業(yè)面相互重疊的兩臺塔吊之間保證一定的高度差。最終結(jié)構(gòu)封頂，各塔吊最終的安裝高度也保持高度差。

5 塔吊最終選型、布置及運(yùn)行情況

綜合考慮以上所有要素后，本項目三臺塔吊的選型與布置如圖4所示。通過以上塔吊的精確布置，滿足了現(xiàn)場施工全過程的材料垂直與水平運(yùn)輸要求，塔吊的運(yùn)輸效率高且運(yùn)行狀態(tài)良好，確保了項目施工進(jìn)度的順利完成，為今后類似工程的施工積累了寶貴的經(jīng)驗。

圖4 塔吊平面布置圖