外爬式動臂塔吊可周轉(zhuǎn)牛腿組件設(shè)計與應用

田喜勝 文方仁 王 軍 廖 繼

中建三局第三建設(shè)工程有限責任公司 湖北 武漢 430074

1 技術(shù)背景

目前建筑施工中大型機械設(shè)備通常使用混凝土預埋件作為承力結(jié)構(gòu)，這種承力結(jié)構(gòu)由錨筋、錨板與耳板或牛腿焊接而成，其中錨筋、錨板預埋在混凝土中，牛腿或耳板與預埋板焊接后作為承力連接件[1-3]。然而這種承力結(jié)構(gòu)由于其錨筋、錨板預埋在混凝土結(jié)構(gòu)中，無法取出周轉(zhuǎn)使用，增加了施工成本；而且其焊接工序較多，焊接周期較長，影響工期，焊接質(zhì)量也難以保證，焊接過程中不可避免地產(chǎn)生廢物、廢氣，污染環(huán)境。

以重慶萬科超高層二、三期項目為例，項目主塔樓采用3臺動臂塔吊，2臺為內(nèi)爬式動臂塔吊，1臺為外爬式動臂塔吊，項目針對外爬式動臂塔吊爬升焊接安裝傳統(tǒng)牛腿等問題，采用了一種可周轉(zhuǎn)預埋組件，簡稱“可周轉(zhuǎn)牛腿組件”。該牛腿組件具有可周轉(zhuǎn)使用、施工高效且污染小等特點，已成功應用在重慶萬科超高層二、三期項目外爬式動臂塔吊上。

2 可周轉(zhuǎn)組件設(shè)計說明

M440F外爬塔吊傳統(tǒng)支撐系統(tǒng)如圖1所示。使用錨筋＋錨板形式預埋，外部連接件采用全焊接方式連接，塔吊標準節(jié)與箱梁通過C形框進行連接，主梁和水平斜撐處于同一平面。

圖1 M440F傳統(tǒng)支撐架（俯視）

針對M440F支撐架形式，設(shè)計一種可周轉(zhuǎn)混凝土預埋件及外部調(diào)節(jié)機構(gòu)，整體包括主梁附著件、水平斜撐附著件及豎向斜撐附著件等（圖2），附著件由可取出預埋件及連接件組成，其中可取出預埋件由預埋螺桿、抗沖切板及定位板組成（圖3）。

圖2 可周轉(zhuǎn)混凝土附著件

圖3 附著件組成

改變錨筋形式設(shè)計了一種螺旋式混凝土預埋螺桿（圖4、圖5），混凝土澆筑前埋設(shè)在墻體內(nèi)，既能滿足外部連接附著件受力要求，又具有可拆卸周轉(zhuǎn)使用的性能，預埋形式不會對其附著的墻體造成結(jié)構(gòu)影響，亦不會對后期施工造成影響。

圖4 預埋螺桿示意

圖5 預埋螺桿實物

2.1 可取出預埋螺桿設(shè)計

預埋螺桿采用類似于自攻螺桿的外形，總長501 mm，最大外徑為98 mm，內(nèi)螺紋規(guī)格M56，螺距5.5 mm國標粗牙，材質(zhì)為42CrMo，調(diào)質(zhì)10.9級。

為最大限度承受外部水平載荷，預埋螺桿大螺紋段應盡量深入混凝土內(nèi)部，但整個長度需小于剪力墻厚度。

2.2 連接螺桿設(shè)計

連接螺桿用于連接外部的（雙耳）連接件和預埋螺桿，外部連接件承受的荷載通過連接螺桿傳遞至預埋螺桿。連接螺桿螺紋規(guī)格為M56，螺距5.5 mm，材質(zhì)為42CrMo，調(diào)質(zhì)10.9級。

2.3 混凝土結(jié)構(gòu)附著件設(shè)計

對外部附著件進行建模分析，三維模型為Pro/E5.0Creo實體建模，導出.igs格式，再導入到ABAQUS 6.12.3作為分析模型。定義材料為Q390B，彈性模量為2.1 GPa，泊松比為0.3。

計算結(jié)果表明，預埋螺桿及3種形式的附著件受力滿足承載要求，并根據(jù)現(xiàn)場混凝土墻體施工實際情況，設(shè)計試驗方案。

3 現(xiàn)場應用

外爬式動臂塔吊可周轉(zhuǎn)組件于重慶萬科超高層二、三期項目首次使用，安裝流程簡易快捷。使用可周轉(zhuǎn)預埋組件代替?zhèn)鹘y(tǒng)外爬式動臂塔吊預埋鋼筋錨板，每套支撐架安裝可節(jié)省工期約5 h，安裝效率提高了2倍以上，同時，推動了可周轉(zhuǎn)預埋組件在外爬式動臂塔吊中的應用。

3.1 施工工藝流程

主塔樓采用“造樓機”進行主體結(jié)構(gòu)的修建，“造樓機”采用大鋼模作為主體施工模板，大鋼模具有“一層滿配、一模到底”的特點，項目針對新型爬模提出新型的安裝技術(shù)。

可周轉(zhuǎn)附著件安裝施工流程為：定位放線→鋼筋綁扎→模架提升→預埋件組裝與包裹→預埋件安裝→混凝土澆筑→拆模、養(yǎng)護→預埋質(zhì)量檢測→牛腿安裝→支撐架安裝。

3.2 安裝關(guān)鍵技術(shù)

3.2.1 定位放線與鋼筋綁扎

預埋件的測量定位控制線必須單獨設(shè)置，各個埋件的控制線從結(jié)構(gòu)控制軸線單獨引測。預埋件在安裝前做好中心定位標記，便于安裝時的測量校正。

一般情況下暗柱區(qū)域豎向鋼筋及箍筋較密，鋼筋綁扎時，豎向鋼筋應避開埋件螺桿位置。如圖6所示，橫豎紅線交點為螺桿預埋中心位置。

圖6 螺桿預埋定位

3.2.2 模架提升

提升頂模架系統(tǒng)，將模板提升至預埋位置，合模后通過鋼模上預留的螺桿孔洞固定預埋螺桿（圖7、圖8）。

圖7 鋼模深化預留孔

圖8 現(xiàn)場預留孔

3.2.3 預埋件組裝

將預埋螺桿與定位板通過鎖緊螺帽固定，用黃油等具有潤滑隔離作用的材料涂抹螺桿，并用保鮮膜或熱縮膜包裹，防止螺桿被混凝土污染，便于螺桿取出（圖9）。

圖9 可取出預埋件塑料薄膜包裹

3.2.4 預埋件安裝

通過鋼模上深化的螺桿孔洞安裝預埋螺桿，螺桿位置調(diào)整完畢后將整塊組件用螺釘固定在鋼模上，即為完成1根螺桿安裝。

3.2.5 混凝土施工及拆模

混凝土施工中的具體要求如下：

1）混凝土不得直接在可取出預埋件上方進行澆筑，且不得一次澆筑大量混凝土，以免混凝土的沖擊力造成預埋件偏移?；炷列鑿木嚯x埋件30～40 cm處，由振搗棒引至埋件處。

2）混凝土振搗時，振搗棒注意避開預埋螺桿及預埋板，振搗時需小心謹慎，邊振搗邊觀察預埋件，及時校正預埋件的位置，保證不產(chǎn)生過大位移。

3）混凝土振搗時間控制在20～30s ，不得漏振、少振或過振?；炷脸跄白龆握駬v，保證混凝土澆筑質(zhì)量。

4）混凝土成形后，需加強混凝土的養(yǎng)護，防止混凝土干縮變形引起的預埋件內(nèi)空鼓。

拆模后及時對混凝土外觀及預埋件進行檢查。重點檢查混凝土與埋板結(jié)合部位，混凝土是否有空鼓、開裂、蜂窩、返砂等影響埋件受力的質(zhì)量缺陷。

3.2.6 主梁、豎向斜撐牛腿組件安裝

可周轉(zhuǎn)組件使用可焊接承力面板，面板使用連接螺桿固定在預埋螺栓上。安裝面板前需使用止旋板固定水平位置的2根螺桿，防止對預埋螺桿產(chǎn)生擾動而影響受力狀態(tài)；面板安裝完畢后使用扭矩扳手對連接螺桿進行初擰，單塊面板完成初擰后調(diào)節(jié)扭矩扳手力矩完成終擰；螺桿終擰結(jié)束后在螺桿及面板上畫一條輔助線供后期巡查對比，發(fā)現(xiàn)螺桿松動應及時進行復擰。

3.2.7 水平斜撐牛腿組件安裝

針對外爬式動臂塔吊可周轉(zhuǎn)組件，設(shè)計了一種應用于外爬式動臂塔吊可周轉(zhuǎn)支撐結(jié)構(gòu)的可調(diào)絲桿機構(gòu)，調(diào)節(jié)范圍在0～10 cm，可滿足各類支撐架的使用長度。安裝方法如下：

1）根據(jù)支撐架預先調(diào)節(jié)水平斜撐長度。

2）安裝承力牛腿組件。

3）水平斜撐安裝。

4 結(jié)語

本文對可取出混凝土預埋螺桿和外附連接件組合而成的混凝土結(jié)構(gòu)附著件進行了分析，該附著件結(jié)構(gòu)形式合理，受力可靠，通過現(xiàn)場安裝得出以下結(jié)論：

1）相較于傳統(tǒng)的錨筋錨板形式，該混凝土結(jié)構(gòu)附著件具有完全可取出的優(yōu)勢，實現(xiàn)了預埋件的全部周轉(zhuǎn)使用，節(jié)約了成本。

2）通過現(xiàn)場安裝測算，一套可周轉(zhuǎn)附著件的安裝時間為5 h，傳統(tǒng)牛腿的焊接時間為10～12 h，安裝效率提高2倍以上，降低勞動力投入，節(jié)約成本。

3）外附連接件采用螺桿進行組裝，無需焊接和氧割作業(yè)，節(jié)約了大量焊接勞動力，避免了焊接缺陷可能引發(fā)的安全風險，實現(xiàn)了綠色、高效施工。

4）通過經(jīng)濟測算，與傳統(tǒng)焊接式牛腿相比，可周轉(zhuǎn)牛腿組件節(jié)約成本高達58%，經(jīng)濟效益顯著。