動臂式塔機在超高層建筑施工中的應(yīng)用研究

肖 季/XIAO Ji

（上海建工二建集團有限公司，上海 200093）

在超高層建筑施工中，塔機是提供垂直運輸?shù)闹饕O(shè)備。2 臺塔機在同一作業(yè)面施工的情況屢見不鮮，內(nèi)爬塔機與外附塔機相結(jié)合的形式能夠很好地發(fā)揮其優(yōu)勢，也為之后內(nèi)爬塔機的拆除打下基礎(chǔ)。

1 工程概況

上海船廠(浦東區(qū)域2E5-1）地塊總建筑面積達43 萬m2，其中地上建筑面積超31 萬m2，地下建筑面積約12 萬m2。包括一個4 層的地下室及地上的T1、T2、T3 三個部分，其中T1、T2 為55 層（建筑高度248m）、52 層（建筑高度238m）的辦公塔樓，T3 為4～8 層的商業(yè)裙房。T1 塔樓、T2 塔樓為現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架—核心筒結(jié)，其中T1 在34 層以下為型鋼混凝土柱，T2在30 層以下為型鋼混凝土柱，T3 裙房及地下室均為現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。

本文以T1 塔樓為例進行介紹，T1 塔樓高248m，地下室深19.8m。安裝1 臺JCD500 動臂式塔機，安裝高度53.3m，安裝臂長40m，先采用支腿固定式，隨著樓層升高轉(zhuǎn)為內(nèi)爬式。外附式安裝1 臺JCD260 動臂式塔機，最終安裝高度270m（90 個標準節(jié)），安裝臂長50m。在塔機安裝前，根據(jù)工況需求，更換JCD260 塔機的鋼絲繩卷揚機以容繩量，增加加強型標準節(jié)個數(shù)。

2 塔機基礎(chǔ)的設(shè)置

2 臺塔機的基礎(chǔ)承臺均設(shè)置在地下室底層承臺板上，混凝土強度等級不小于C35。鋼筋捆扎好后澆注混凝土，確保固定底腳四角上平面度偏差≤1/1 000。由于此工程為超高層建筑，基礎(chǔ)要埋于大底板之內(nèi)，基礎(chǔ)內(nèi)有高低坡度，為滿足塔機基礎(chǔ)安裝，由于塔機埋件形式的不同，JCD500需在基礎(chǔ)內(nèi)設(shè)置馬凳，如圖1 所示。

圖1 馬凳示意圖

3 塔機的布置

塔機平面布置時應(yīng)充分考慮最重物體（鋼結(jié)構(gòu)立柱）的吊重、回轉(zhuǎn)半徑、力矩等，還應(yīng)考慮到以后拆除過程中鎖死動臂塔機拆除狀態(tài)下的回轉(zhuǎn)情況，如圖2 所示。

圖2 塔機總布置圖

3.1 JCD260塔機附墻設(shè)計

JCD260 塔機由于超高固附墻拉桿需要重新設(shè)計論證塔機高度:由于建筑高度達到248m，根據(jù)JCD260 塔機產(chǎn)品說明書以及制造廠家建議，塔機安裝高度需達270m 以上才能滿足施工要求；根據(jù)現(xiàn)場工況及塔機性能參數(shù)，結(jié)合相關(guān)的設(shè)計規(guī)范以及專家論證后，得出3 根附著拉桿的長度距離分別為：1 號拉桿豎向距離3.52m，橫向距離3.3m；1 號拉桿到2 號拉桿的距離9m，如圖3?？紤]成本及使用經(jīng)驗等，拉桿采用已經(jīng)比較成熟的槽鋼加綴板的形式，附著道數(shù)按產(chǎn)品使用說明書要求15 道。

圖3 JCD260塔機附著布置圖

在塔機使用過程中，建筑物的承載力非常關(guān)鍵，由于塔機為上回轉(zhuǎn)型式，往往最上面一道附墻最受力，我們以此為關(guān)鍵點進行計算。塔機與建筑物的連接為剛性連接，其風載公式如 下Wk=W0μZμSβZ，根 據(jù)GB 50009-2012《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》得出塔機最大的傾覆力矩為7 032kNm。此塔機附著型式為三拉桿，分別計算得出3 根拉桿拉力和壓力為同一數(shù)值：1 號拉桿為963.02kN、2 號拉桿為267.88kN、3 號拉桿為813.62kN?？紤]空載的情況下，其本身拉桿受到的拉力和壓力均為同一數(shù)值：1號拉桿為734.55kN，2號拉桿為24.93kN，3號拉桿為752.50kN，經(jīng)過計算該拉桿滿足要求。

撐桿耳板與封口板處焊縫長度為l=180×2+80×2=520mm；焊縫長度取值510mm，為45°坡口焊，焊高h為20mm，軸向受力N取最大值963.02kN，則σ=N/hl=94MPa<100MPa，滿足要求。

3.2 JCD500塔機內(nèi)爬鋼梁設(shè)計

JCD500 塔機內(nèi)爬鋼梁設(shè)置如圖4，內(nèi)爬鋼梁所用鋼材均為Q345B，拉伸、壓縮、彎曲許用應(yīng)力值[σ]=230MPa，剪切許用應(yīng)力值[τ]=130MPa，彈性模量E=206×109N/m2，塔機的動載荷系數(shù)?=1.33，箱型截面的延展系數(shù)γx=1.05。

圖4 JCD500內(nèi)爬鋼梁設(shè)置

鋼梁樣式圖如圖5。圖中，長度l=10.2m，凈截面面積A=0.0728m2，慣性矩IX=12.53×10-3m4，Iy=1.9×10-3m4，抗彎截面系數(shù)WX=22.78×10-3m3；Wy=9.5×10-3m3。

圖5 鋼梁樣式圖

頂升工況的力矩計算簡圖如圖6。G1=G2==842kN，通過支反力可解得R1=1 195kN，R2=490kN。

圖6 頂升工況力矩簡圖

梁最大彎矩Mx=2719.5kNm，最大剪切力Vx=1195kN，正應(yīng)力鋼梁和支座的接觸點面積矩S=0.01368m3。

4 群塔作業(yè)的技術(shù)難點

超高層建筑施工的群塔作業(yè)，在頂升兩部塔機時候應(yīng)考慮兩個問題：①兩部塔機是否避開高差范圍；②塔機頂升作業(yè)是否要影響到施工作業(yè)。選用動臂式塔機可以解決塔機高差問題，即使在同一平面情況下，只需要抬起各自大臂就可以避開對方，這是平臂塔機無法比擬的優(yōu)點。第二個問題需要分解工期，在主體施工時業(yè)主要求4 天1 個標準樓層的進度，工期緊張。外附式塔機頂升作業(yè)需要占用2 個半天工作時間，內(nèi)爬式塔機需要占用2 個半天1 個全天的工作時間。因此，考慮使用泵送混凝土和養(yǎng)護的間隙來提升塔機，混凝土泵送加養(yǎng)護一般需要1 個半天，一般為4～5 個樓層頂升1 次。根據(jù)內(nèi)爬式塔機和外附式塔機的特點，相互錯開頂升高度，同時又不影響主體施工的工期。

5 塔機的拆卸

如使用兩臺內(nèi)爬塔機組合施工的話，則需由1 臺塔機拆卸另外1 臺塔機后，再安裝1 臺屋面吊拆卸。經(jīng)濟上產(chǎn)生額外費用，且拆除塔機之后的內(nèi)爬鋼梁無法整體吊出，只能割成小塊，無法重復使用；從技術(shù)安全角度，安裝屋面吊要求在屋面布置鋼結(jié)構(gòu)，且屋面吊基礎(chǔ)為非標件需要論證；從施工角度分析，屋面吊自身動作比較緩慢，無法覆蓋的死角較多，會影響拆卸速度，對于后期封閉屋面產(chǎn)生較多影響。如果采用兩臺外附塔機則在前期施工過程中會產(chǎn)生施工死角，且在塔機布置階段產(chǎn)生較大的難度。

在本工程中，先用外附塔機拆卸內(nèi)爬塔機，還可以整體吊出內(nèi)爬鋼梁后重復使用，然后自己降節(jié)后拆卸。由于動臂式塔機離建筑物有一定距離，在拆卸附墻拉桿時不需要斜拉。

6 結(jié)語

實踐證明，本超高層項目施工中，通過對于塔機的基礎(chǔ)馬凳設(shè)置，塔機的平面、立體布置，不同附墻型式的運用，群塔作業(yè)特點和塔機拆除的情況分析，結(jié)合現(xiàn)場情況，及時修正在施工過程中發(fā)現(xiàn)的問題，使超高層建筑施工中的塔機發(fā)揮最大作用，項目施工達到最優(yōu)化方案，具有較高的經(jīng)濟、安全、施工價值，可為其他超高層施工提供一定幫助和借鑒的作用。