樓面塔式起重機(jī)在鋼結(jié)構(gòu)施工中的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

朱雯清

0 引言

近年來，高鐵建設(shè)成為新一輪基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的新引擎，鐵路站房作為高鐵建設(shè)中集軌道、市政、地鐵為一體的綜合交通樞紐，成為設(shè)計(jì)新趨勢。

鐵路站房因其面積大，層高低，跨度大的特點(diǎn)，屋蓋結(jié)構(gòu)多數(shù)采用鋼結(jié)構(gòu)桁架或網(wǎng)架形式。作為運(yùn)輸?shù)闹匾O(shè)備，塔吊因其作輻射面廣、成本易控，可同時(shí)進(jìn)行垂直、水平運(yùn)輸，成為工程建設(shè)中的首選機(jī)械，但在屋蓋鋼結(jié)構(gòu)施工中因?yàn)樗醯睦寐实?，塔吊拆卸難題，建設(shè)中普遍采用汽車吊作業(yè)。本工程通過大、小塔的配置方式，在樓面設(shè)置塔吊基礎(chǔ)，解決了塔吊拆卸難題和吊次不足，利用率低的問題，充分發(fā)揮了塔吊優(yōu)勢，取得良好的效果。

1 工程概述

朝陽站站房總建筑面積182 300m，鋼結(jié)構(gòu)用量約13 000t。屋蓋造型為古建歇山頂形式。結(jié)構(gòu)形式為管桁架和箱型鋼梁組合屋蓋+斜向V 型斜柱+兩側(cè)的鋼管柱結(jié)構(gòu)。站房屋蓋東、西長為247m，南北寬為180m，最大跨度72m，檐口懸挑長為18m。其中中央站房區(qū)長度為196m，西站房長51m。鋼結(jié)構(gòu)屋蓋剖面見圖1。

圖1 屋蓋桁架剖面示意圖

2 鋼屋蓋整體施工方案

朝陽站屋蓋鋼結(jié)構(gòu)位于9.8m 混凝土結(jié)構(gòu)高架層上，在鋼桁架屋蓋下方，中央站房南側(cè)夾層和西站房為混凝土結(jié)構(gòu)，北側(cè)為鋼結(jié)構(gòu)。

根據(jù)鋼桁架屋蓋鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)、綜合場地受限的條件及施工難易度，制定高架站房和東站房采用整體提升方案，西站房擬定累積滑移動的整體施工思路。其中高架站房和東站房鋼結(jié)構(gòu)屋蓋整體劃分為三個分區(qū)，采用整體提升，西站房鋼結(jié)構(gòu)屋蓋采用累積滑移施工。

西站房58m,長170m,地面到屋架位置38m,由于工期緊，場地不具備大型履帶吊使用條件，西站房鋼結(jié)構(gòu)屋架施工時(shí)安裝2 臺M75/125 固定基礎(chǔ)塔吊，輔助1 臺TC5610 固定基礎(chǔ)塔吊進(jìn)行結(jié)構(gòu)安裝。TC5610 塔吊設(shè)置在西站房9.8m 層高架結(jié)構(gòu)樓面上。樓面塔布置見圖2。

圖2 樓面塔布置圖

3 樓面塔式起重機(jī)的方案設(shè)計(jì)

為了滿足現(xiàn)場鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件吊裝需求，通過分析站房結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，計(jì)劃安裝1 臺中聯(lián)產(chǎn)TC5610 塔機(jī)，塔機(jī)設(shè)置于8～9 軸和Ⅱ-D～Ⅱ-E 軸間使用Q345 H 型鋼做支架，將力分別傳遞到8～9 軸混凝土框架梁上，混凝土梁跨距12m，上部使用鋼梁組成井字梁（鋼支架）過渡。鋼支架采用三層H 型鋼，頂層鋼梁采用2 根H 900mm×300mm×16mm×18mm 型鋼，二層鋼梁采用4 根H 700mm×300mm×13mm×24mm 型鋼，底層鋼梁采用4 根H 700mm×300mm×13mm×24mm 型鋼。樓面塔機(jī)基礎(chǔ)布置形式及位置見圖3。

圖3 樓面塔基基礎(chǔ)布置形式及位置圖

3.1 樓面塔式起重機(jī)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

塔吊基礎(chǔ)主要由三部分組成：塔吊連接梁和塔吊轉(zhuǎn)換梁、支座墊板、對拉螺桿組成。塔吊標(biāo)準(zhǔn)節(jié)通過高強(qiáng)螺栓與連接梁栓接。連接梁通過轉(zhuǎn)換梁在支座墊板作用下轉(zhuǎn)換受力到混凝土結(jié)構(gòu)梁上。

塔吊基礎(chǔ)連接梁和轉(zhuǎn)換梁構(gòu)件截面形式均為焊接H型鋼。塔機(jī)基礎(chǔ)載荷如表1，荷載工況如表2 所示。

表1 塔機(jī)基礎(chǔ)載荷

表2 荷載工況（單位：kN）

3.2 塔式起重機(jī)對樓面混凝土結(jié)構(gòu)影響分析

塔式起重機(jī)荷載通過轉(zhuǎn)換梁傳遞給混凝土框架梁，為保障塔吊基礎(chǔ)的穩(wěn)定性和安全性，使用MIDAS/Gen 計(jì)算軟件進(jìn)行分析計(jì)算，考慮到轉(zhuǎn)換梁架設(shè)在混凝土結(jié)構(gòu)上，因此建立混凝土鋼結(jié)構(gòu)整體模型進(jìn)行分析計(jì)算。需要對混凝土框架梁承載力和結(jié)構(gòu)樓板的抗裂性進(jìn)行驗(yàn)算。以塔吊非吊裝狀態(tài)下最不利工況驗(yàn)算。

3.2.1 計(jì)算模型

計(jì)算采用MIDAS Gen 2019 軟件。按重要性分類，型鋼支架重要性系數(shù)為0.9，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)為1.1。恒載與活載按規(guī)范取值，施工活荷載取值1.5kN/m，其中負(fù)值表示向上拔力，正值表示向下壓力，單位：kN，a、b、c、d，位置見圖3。荷載組合見表3 與表4，其中DL 為恒載，其中樓面荷載取3.9 KN/m（150mm 厚樓板），3.12KN/m（120mm 厚樓板），LL 為施工活荷載，取1.5KN/m，F(xiàn)i 為塔機(jī)在i 工況下荷載，i=1，2，3，…，8，取值見圖4。

圖4 塔吊基礎(chǔ)荷載圖

表3 型鋼支架荷載組合表

表4 混凝土結(jié)構(gòu)荷載組合表

3.2.2 塔吊基礎(chǔ)H 型鋼驗(yàn)算

TC5610 塔吊位于I-14～I(xiàn)-15/II-E～I(xiàn)I-D 軸的9.8m 高架層板上，其塔吊的中心距II-E 軸為2.5m，距I-14 和I-15 軸分別為6m，由于塔吊坐落在9.8m 高架層板上，考慮到采用I-14和I-15 軸的橫梁來承受該塔吊的自重以及產(chǎn)生的彎矩，故該塔吊基礎(chǔ)采用三層H 型鋼將塔吊作用于9.8m 高架層板的作用力轉(zhuǎn)換為對I-14 和I-15 軸的橫梁的作用力。在Midas 軟件中整體計(jì)算結(jié)果見下圖5（a）～（e）。支架應(yīng)力比都在0.7 以下，滿足設(shè)計(jì)要求。

圖5 H 型鋼不同工況下的最大應(yīng)力比

在Midas 軟件中變形計(jì)算結(jié)果見下圖6（a）～（e），支架最大變形為16.0mm，小于l/250，滿足設(shè)計(jì)要求。

圖6 H 型鋼不同工況下的變形

3.2.3 混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算

依據(jù)Midas 2019 梁單元內(nèi)力計(jì)算結(jié)果，塔機(jī)下在I-9軸的II-E 和II-F 軸間以及I-14 軸的I-E 和I-F 軸間的混凝土框架梁的最大裂縫計(jì)算值為0.289mm，接近限值0.3mm，建議從基礎(chǔ)筏板底至混凝土結(jié)構(gòu)梁底設(shè)置鋼管支撐。設(shè)置標(biāo)高為-0.0800m～9.800m。經(jīng)驗(yàn)算，在施工活荷載不大于1.5kN/mm條件下，鋼管支撐應(yīng)力比和變形滿足要求，混凝土框架梁經(jīng)加固滿足規(guī)范要求，混凝土柱最大軸壓比為0.21，鋼短柱最大應(yīng)力比0.60，均滿足設(shè)計(jì)要求。

4 施工過程檢測

（1）結(jié)構(gòu)撓度變形的監(jiān)測：監(jiān)測在塔式起重機(jī)荷載自重及施工荷載作用下，塔式起重機(jī)基礎(chǔ)與相交混凝土梁的撓度位移變化。

（2）塔吊基礎(chǔ)反力加固螺栓的檢查：在安裝完成后一周，每天不少于2 次的塔吊加固螺栓檢查。

（3）塔吊垂直度和塔吊基礎(chǔ)水平度的檢測。在安裝完成后的一周內(nèi)，每天不少于2 次的塔吊監(jiān)測。

5 結(jié)論

通過在樓面板上設(shè)計(jì)非標(biāo)準(zhǔn)塔吊基礎(chǔ)并應(yīng)用，樓面上型鋼疊加的塔吊的基礎(chǔ)形式是可行的，塔吊使用過程中基礎(chǔ)轉(zhuǎn)換梁變形和塔吊的垂直度、水平度都滿足塔式起重機(jī)規(guī)范要求?；炷两Y(jié)構(gòu)應(yīng)力未產(chǎn)生較大變化。采用安裝樓面塔機(jī)的方案避免了配重塔機(jī)增加樓面荷載的弊端，解決了鋼結(jié)構(gòu)吊裝吊次不足的難題，節(jié)省了工期，對類似工程的施工提供了參考借鑒，同時(shí)針對特殊工況下的塔吊基礎(chǔ)設(shè)計(jì)提供了新的設(shè)計(jì)思路。采用“用型鋼轉(zhuǎn)換梁+對拉螺桿”塔吊基礎(chǔ)設(shè)計(jì)技術(shù)，結(jié)構(gòu)安全可靠，穩(wěn)定性強(qiáng)，對于大型工程在新建、改造過程中塔吊無法附著、吊裝盲區(qū)、吊次不足等工況下，非標(biāo)固定塔式基礎(chǔ)設(shè)計(jì)具有較大的應(yīng)用空間。