鋼管束組合結(jié)構(gòu)高層住宅塔吊附著錨固裝置施工研究

李芒原，張 黎，曹維存，余海洋，夏忠安，楊朋輝

（中建七局第一建筑有限公司，北京 102600）

目前鋼管混凝土束組合結(jié)構(gòu)作為新型結(jié)構(gòu)形式已在多地高層住宅領域展開推廣應用。在鋼管束組合結(jié)構(gòu)施工過程中，附著式塔吊起著非常重要的作用，要同時承擔材料的垂直運輸、鋼構(gòu)件的現(xiàn)場堆放等任務，從而對塔吊的吊重要求非常高。在結(jié)構(gòu)施工過程中，塔吊需隨著結(jié)構(gòu)的層高進行頂升，以滿足塔吊施工高度，同時為保證塔吊的穩(wěn)定性，減少塔身內(nèi)力，提高起重能力，需對塔吊與結(jié)構(gòu)進行附著錨固。

鋼管束組合結(jié)構(gòu)有以下4點特殊性：①構(gòu)件自重較大，考慮塔吊最遠處吊裝范圍，塔吊位置多處于單體長向中心，導致塔吊附著位置受限，多為短肢墻（承重弱）或附著角度不合理。②單節(jié)構(gòu)件3層高度為9 m，豎向構(gòu)件節(jié)與節(jié)間現(xiàn)場焊接處為薄弱點，附著樓層應避開節(jié)間連接層。附著點處對于混凝土強度要求為達到設計強度的85%以上，考慮強度周期及進度需求，附著處以上至少保證兩節(jié)（6層以上）高度，可保證進度不受影響。因此塔吊豎向附著樓層受到限制。③標準層鋼管束墻體厚為130 mm，壁厚為4 mm，大型塔吊附著點處受力荷載較大，墻體存在變形風險。④在鋼管束墻體上預留附著洞，易產(chǎn)生偏差擴孔現(xiàn)象，墻體自身開洞處屬于薄弱處，同時鋼結(jié)構(gòu)墻體上洞口后期封堵困難，極易造成滲漏風險。因此對現(xiàn)場鋼管束組合結(jié)構(gòu)塔吊施工造成了很大的難題。

本文選取河南省漯河市鵬宇秦相府高層住宅項目作為實施對象，應用設計研發(fā)的新型塔吊附著錨固裝置，解決在鋼管束組合結(jié)構(gòu)領域中附著裝置帶來的難題，降低施工風險。

1 工程概況

某項目共計10棟高層住宅，總建筑面積約17萬m2，為鋼管混凝土束組合結(jié)構(gòu)，塔吊采用TC7020-10E塔型，依據(jù)建筑高度、塔吊高度及群塔作業(yè)，每棟單體需安裝3道附著錨固裝置。

2 塔吊附著裝置的設計與研究

2.1 塔吊附著裝置設計

塔吊附著裝置設計如圖1所示。

圖1 塔吊附著裝置

本工藝區(qū)別于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)塔吊附著形式，通過設置定型鋼立柱，底部斜支撐與樓板進行栓接固定，頂部與上層樓板固定，實現(xiàn)將附著荷載通過鋼柱傳遞至樓板+鋼梁+鋼管束墻體實現(xiàn)整體受力[1]。

附著裝置共包含6個主要部件組成：主立柱1、主立柱2、斜支撐1、斜支撐2、連接梁、方鋼板。每個方鋼板設有4個螺栓孔。通過螺栓使主立柱與錨固層的上下樓層鋼筋混凝土樓板進行連接，兩道斜撐與主立柱及錨固層樓板連接。在房間窗口位置設置1道與主立柱水平連接的連接梁，以實現(xiàn)塔吊附著拉桿與立柱連接梁端部的耳板進行連接固定，立柱上下兩段對接及斜支撐與立柱連接均采用高強螺栓連接。

塔吊附著桿反力、風荷載等荷載通過定型鋼立柱把力傳遞到上下層結(jié)構(gòu)樓板、H型鋼梁、鋼管束/箱型柱上。其中連接梁與主立柱連接方式采用焊接。

2.2 荷載取值

塔吊附著點處荷載值為FX=±284 kN，F(xiàn)Y=±450 kN，分成以下4種：①X+Y+：FX=284 kN，F(xiàn)Y=450 kN；②X+Y-：FX=284 kN，F(xiàn)Y=-450 kN；③X-Y+：FX=-284 kN，F(xiàn)Y=450 kN；④X-Y-：FX=-284 kN，F(xiàn)Y=-450 kN。

2.3 模型建立

1）單元類型：鋼梁、鋼柱采用梁單元模擬，墻采用板單元模擬，樓板采用板單元模擬，其截面形式均依據(jù)提供圖紙采用構(gòu)件實際截面進行建模[2]，整體計算模型如圖2所示。

圖2 計算模型

2）材料屬性：材料為彈性體，主體結(jié)構(gòu)鋼梁采用Q345B鋼，附著鋼架采用Q235B鋼，彈性模量E=2.06×105MPa，泊松比υ=0.3，樓板和墻混凝土采用C40。

3）邊界條件：①荷載：考慮自重，在附著點處施加相應的力；②約束：底部節(jié)點與地面的連接為固接，鋼架與樓板采用共節(jié)點形式耦合。

4）分析方法：荷載分析為結(jié)構(gòu)受力情況和變形情況。

5）計算軟件：使用Midas軟件和YJK軟件進行計算分析。

2.4 整體結(jié)構(gòu)驗算

2.4.1 應力云圖

工況下梁單元應力云圖如圖3所示。

圖3 工況下梁單元應力云圖

2.4.2 位移云圖

工況下各軸向位移如圖4所示。

圖4 工況下軸向位移

2.5 鋼架計算結(jié)果

使用Midas進行計算，選取4個工況鋼架的應力云圖和位移云圖。

2.5.1 鋼架應力云圖

鋼架應力云圖如圖5所示。

圖5 工況應力云圖

2.5.2 鋼架軸向位移云圖

鋼架軸向位移云圖如圖6所示。

圖6 工況下軸向位移云圖

通過應力云圖及位移云圖及整體驗算，均滿足要求。

3 施工工藝流程

施工準備→主立柱1安裝→斜支撐1安裝→斜支撐2安裝→整體校正→立柱2安裝→附著層頂板模板支設及混凝土澆筑→混凝土強度滿足要求后附著桿安裝。

3.1 施工準備

施工前活動式門式腳手架、電扳手、電焊機等安裝工具應配備齊全，施工前作業(yè)層周邊均應防護到位，并經(jīng)驗收合格。

3.2 主立柱1安裝

1）在附著層底板上彈出立柱定位線，立柱1底部法蘭盤尺寸為500 mm×500 mm×20 mm，然后將主立柱1放在定位墨線框內(nèi)，位置復核合格后再對應位置上畫出4個M28螺栓孔，立柱1安裝節(jié)點如圖7所示。

2）采用4根M28高強螺栓與樓板底部方鋼板進行連接。

3.3 斜支撐安裝

首先把斜支撐上部與立柱1的一端采用螺栓進行臨時連接，另一端采用螺栓與樓板連接，斜支撐安裝節(jié)點如圖7所示。

圖7 主立柱1及斜支撐1安裝圖

3.4 整體校正

主立柱1、斜支撐1、斜支撐2安裝完成后首先校正主立柱1的垂直度，然后校正主立柱上端部與連接梁的水平度，如圖8所示。

圖8 主立柱2及斜支撐2安裝圖

3.5 立柱2安裝

立柱2底部與立柱1上部法蘭盤采用4根螺栓進行連接。立柱2頂部采用4根螺栓與頂板上部方鋼板進行連接，并擰好絲帽，確保方鋼板固定牢固，不因混凝土振搗、澆筑而受擾動。

3.6 附著層頂板模板支設及澆筑

1）為確保立柱2上部法蘭盤與方鋼板連接部位樓板厚度，在立柱2頂部與方鋼板中間焊接4根110 mm高（板厚）的鋼筋頭。

2）立柱2頂部在混凝土澆筑前預埋2根長1 500 mm直徑18 mmHRB400鋼筋進行加固。

3.7 附著桿安裝

1）塔吊附著裝置所在樓層頂板混凝土強度達到設計強度的85%后方可安裝附著桿[3]。

2）在塔身安裝附著裝置時，確保附著框架、附著桿、錨固裝置連接梁在同一水平面內(nèi)，傾斜角≤10°。

4 質(zhì)量控制要點

半成品構(gòu)件加工質(zhì)量要求[4]

1）主立柱、斜支撐、連接梁、附著桿、卡箍等鋼構(gòu)件進場后應組織驗收，材質(zhì)單、合格證等證明材料齊全，半成品加工符合規(guī)范要求，下料尺寸允許偏差見表1。

表1 下料切割尺寸允許偏差 mm

2）半成品構(gòu)件加工放樣時應根據(jù)施工詳圖及尺寸，并考慮構(gòu)件焊接收縮余量及切割余量。構(gòu)件采用砂輪切割機下料，焊接為角焊縫，焊縫表面無裂紋、無焊瘤、無焊渣、無氣孔、無飛濺物、無弧坑等，焊縫允許偏差見表2。

表2 焊縫允許偏差[5] mm

3）半成品出廠前必須做除銹防腐處理。

4）附著錨固裝置安裝位置符合圖紙設計要求，安裝質(zhì)量允許偏差見表3。

表3 附著錨固裝置安裝質(zhì)量允許偏差 mm

5）塔吊附著裝置安裝完畢后，復測塔機兩個方向的垂直度，要求附著以下部分的垂直度≤2‰，附著以上部分垂直度≤4‰。

5 結(jié)語

本文通過對漯河市鋼管束組合結(jié)構(gòu)高層住宅建筑中的塔吊附著錨固裝置研究，采用理論驗算、實踐檢驗，應用結(jié)果表明研制的塔吊附著裝置安全可靠。鑒于設置的鋼立柱受力情況與結(jié)構(gòu)整體保持一致的特點，塔吊附著裝置的水平及豎向安裝位置均不受限制，布置靈活，有利于塔吊布置及群塔作業(yè)。同時，該裝置各部件間連接均采用螺栓連接，安拆便捷，從而實現(xiàn)可周轉(zhuǎn)重復使用，綜合成本低；并且，區(qū)別于傳統(tǒng)塔吊附著裝置，本項目研制的塔吊附著裝置安裝位置處無需在結(jié)構(gòu)上開洞及后期封堵，規(guī)避了結(jié)構(gòu)受力隱患及滲漏風險。