高層建筑塔吊布設(shè)位置及對(duì)附墻的影響分析

賀陽,劉甲 （中國建筑第二工程局有限公司華東分公司，上海 200135）

0 引言

近年來隨著國內(nèi)大中小城市的快速發(fā)展，大中型房地產(chǎn)住宅開發(fā)項(xiàng)目越來越多，使得市場(chǎng)對(duì)大型機(jī)械的需求也越來越大，有效、經(jīng)濟(jì)地布設(shè)大型機(jī)械的位置、角度等對(duì)提高現(xiàn)場(chǎng)施工效率、減少現(xiàn)場(chǎng)施工周期、提高現(xiàn)場(chǎng)施工安全有著積極作用。本項(xiàng)目結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況制定出多項(xiàng)塔吊布設(shè)方案，形成多項(xiàng)施工技術(shù)，有效地保證了工程項(xiàng)目的順利竣工。

1 工程概況

項(xiàng)目總建筑面積約為200717.10m2，其中地上部分為154061.13m2、地下部分為46655.97m2。工程地面上主要由5棟高層住宅、2棟商業(yè)組成。8#樓西單元、9#樓東單元為54 層高層住宅樓，建筑高度為169.45m；8#樓東單元、9#樓西單元為47 層高層住宅樓，建筑高度為146.7m；10#、11#樓為47 層住宅樓，建筑高度為146.7m；12#樓東單元為23層住宅樓，建筑高度為79.3m，西單元為24 層住宅樓，建筑高度為82.2m；13#、14#樓為4 層商業(yè)，建筑高度為23.0～25.2m。地下為兩層，層高為3.6m，防水等級(jí)一級(jí)，耐火等級(jí)一級(jí)，抗震設(shè)防烈度為6 度，結(jié)構(gòu)安全等級(jí)二級(jí)，地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)甲級(jí)。

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙及現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)需要工程共布設(shè)了5 臺(tái)中聯(lián)重科塔吊（其中TC5610 三臺(tái)、TC6012 兩臺(tái)），綜合各方面因素，項(xiàng)目明確了塔吊布設(shè)位置需滿足以下要求：滿足塔吊覆蓋面和供應(yīng)面的要求；滿足塔吊吊重要求；滿足行車路線要求；滿足塔吊與外架的安全距離，以免影響施工安全；滿足群塔施工作業(yè)安全距離，同時(shí)考慮現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)度線路與塔吊關(guān)系；滿足與輸電線、高壓線等危險(xiǎn)物體的安全距離；滿足塔吊和架空線邊線的最小安全距離；滿足塔吊基礎(chǔ)布設(shè)位置的要求；滿足塔吊附墻桿的位置和尺寸與說明書一致要求，否則應(yīng)聯(lián)系廠家進(jìn)行受力驗(yàn)算；滿足建設(shè)單位關(guān)于塔吊布設(shè)的特殊要求；滿足現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況；滿足塔吊拆除的要求。

考慮上述情況后，最終項(xiàng)目確定塔吊位置朝向，其中8#樓塔吊安拆及非工作時(shí)大臂朝北偏東42°方向，9#樓塔吊安拆及非工作時(shí)大臂朝東偏南42°方向，10#樓塔吊安拆及非工作時(shí)大臂朝正南方向，11#樓塔吊安拆及非工作時(shí)大臂朝正北方向，12#樓塔吊安拆及非工作時(shí)大臂朝西偏南20°方向。同時(shí)為保證群塔作業(yè)安全塔吊初裝、終裝及頂升加節(jié)安裝，相鄰塔吊高差始終在10m以上，如在頂升加節(jié)局部時(shí)間段內(nèi)不能保證高差，雙方塔吊將采取限位處理，限位范圍至少保證距離2m，且塔吊安拆時(shí)與之有交叉的塔吊停止作業(yè)，并將大臂限位在非交叉范圍內(nèi)。

塔吊布設(shè)還應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。

①防雷接地：根據(jù)規(guī)范要求，高度超過30m 時(shí)應(yīng)設(shè)置防雷接地，工程采用40×4 鍍鋅扁鐵連接防雷接地，安裝后測(cè)試接地電阻不大于4Ω方有效，否則檢查原因后重新安裝。

②塔吊穿地下室頂板臨時(shí)圍擋：預(yù)留頂板洞口周邊砌筑20cm 高的擋水墻水泥砂漿抹光，并在周邊加1200mm 高防護(hù)欄桿，護(hù)欄底部200mm 范圍加踢腳板，防護(hù)欄桿與踢腳板均涂黃黑相間的油漆。

圖1 塔吊臨時(shí)圍擋圖

③塔吊穿地下室頂板洞口封堵措施：預(yù)留孔洞四周采用快易收口攔斷，塔吊拆除后，用高一強(qiáng)度等級(jí)的微膨脹混凝土封閉；板、次梁鋼筋預(yù)留長度滿足伸至孔洞的另一邊，預(yù)留鋼筋在孔洞邊緣250mm 范圍內(nèi)向上或向下彎起以避開塔吊節(jié)；待塔吊拆除后，將彎起的預(yù)留板筋重新調(diào)整好，回彎鋼筋時(shí)，要做到鋼筋周圍的混凝土不受松動(dòng)和損壞；孔洞內(nèi)再加雙層雙向φ8@100 鋼筋，與原預(yù)留板筋綁扎牢固；因塔吊處預(yù)留孔封閉后，底板受力與實(shí)際設(shè)計(jì)狀況不同，為保證頂板安全，在封回洞口前，塔吊所在跨的頂板下架體不拆除。

④為防止塔吊地腳銹蝕塔吊基礎(chǔ)1m周圍處設(shè)置排水溝及集水坑，有利于塔吊基礎(chǔ)排水，保證施工安全。

2 高層建筑塔吊布設(shè)位置

2.1 塔吊基礎(chǔ)相對(duì)于地下室位置的布設(shè)

本工程8#、9#樓塔吊基礎(chǔ)在地下室基坑外，其他樓梯塔吊基礎(chǔ)在地下室基坑內(nèi)。

塔吊基礎(chǔ)在地下室內(nèi)：塔吊基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的頂標(biāo)高與地下室筏板頂標(biāo)高一致，這樣設(shè)計(jì)可以減少地下室筏板混凝土、鋼筋等工程量（塔吊后期拆除，塔吊基礎(chǔ)可當(dāng)做地下室筏板），同時(shí)需注意塔吊基礎(chǔ)配筋率需在塔吊基礎(chǔ)設(shè)計(jì)計(jì)算與地下室筏板鋼筋取大值，塔吊基礎(chǔ)的尺寸需滿足塔吊說明書及設(shè)計(jì)計(jì)算的要求。注意因塔吊基礎(chǔ)頂與地下室底板頂標(biāo)高一致，不穿地下室底板，故需在施工縫（塔吊基礎(chǔ)四周）位置預(yù)留止水鋼板。

確定塔吊位置后，安排挖土機(jī)進(jìn)場(chǎng)，按照測(cè)量員給定的放坡灰線進(jìn)行開挖，土方開挖時(shí)，塔吊周圍的土方應(yīng)分層對(duì)稱開挖，每次挖土深度不得超過2m，同時(shí)及時(shí)做好基坑周邊圍護(hù)。開挖過程中，測(cè)量員隨時(shí)監(jiān)測(cè)基礎(chǔ)開挖尺寸和基底標(biāo)高。土石方采用機(jī)械大開挖、人工清槽，超挖部分采用C15素混凝土澆筑、填平，高出部分人工用風(fēng)鎬或電鎬破碎后清除。所有挖出土石方全部用挖掘機(jī)裝土、自卸汽車運(yùn)至場(chǎng)外指定地點(diǎn)，之后進(jìn)行塔吊基礎(chǔ)的模板、防水、鋼筋、混凝土安裝、預(yù)埋件安裝等一系列工作。

塔吊基礎(chǔ)在地下室外：塔吊基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的頂標(biāo)高可與地下室筏板頂標(biāo)高一致，也可以低于地下室筏板頂標(biāo)高，但是不能高于地下室筏板頂標(biāo)高，否則后續(xù)地下室開挖時(shí)可能會(huì)造成塔吊基礎(chǔ)產(chǎn)生擾動(dòng)，從而增大安全隱患。塔吊基礎(chǔ)施工流程與塔吊基礎(chǔ)在地下室內(nèi)一致，需注意的是塔吊基礎(chǔ)及地下室施工完畢后，塔吊基礎(chǔ)周圍需設(shè)計(jì)擋土墻以保證塔吊基礎(chǔ)安全（地下室施工完成后周圍土方需回填，可能會(huì)造成塔吊基礎(chǔ)擾動(dòng)影響安全）。

為保證塔吊基礎(chǔ)設(shè)在地下室外的安全，項(xiàng)目給塔吊基礎(chǔ)設(shè)置了擋土墻，擋土墻為300mm 厚鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，擋土墻底部設(shè)計(jì)地基梁（尺寸為900mm×500mm），高度為塔吊基礎(chǔ)底至回填土完成面高度，混凝土強(qiáng)度等級(jí)設(shè)計(jì)為C40，待混凝土強(qiáng)度達(dá)到100%后才進(jìn)行土方分層回填，每次回填高度不超過500mm?；靥钪僚R時(shí)施工道路以下200mm時(shí)，再澆筑混凝土道路使新舊臨時(shí)道路結(jié)合，并在周圍設(shè)置明顯的限載標(biāo)識(shí)標(biāo)牌。

2.2 塔吊附墻桿布設(shè)于山墻處

本工程8#樓塔吊布設(shè)于山墻處，位于地下室基坑外，塔吊附墻桿固定在距離結(jié)構(gòu)面以上1.0m 的剪力墻上，經(jīng)對(duì)剪力墻的強(qiáng)度驗(yàn)算，滿足附墻要求。使用過程中有附墻安裝及定位方便快捷、不影響地下室結(jié)構(gòu)施工、有利于群塔作業(yè)塔吊布置、無須考慮地下室頂板預(yù)留洞口的封堵和滲漏問題的優(yōu)點(diǎn)。

使用過程中缺點(diǎn)為項(xiàng)目山墻處無外窗設(shè)計(jì)導(dǎo)致塔吊人行馬道安裝困難，主體結(jié)構(gòu)施工時(shí)馬道隨爬架提升，主體結(jié)構(gòu)完工后馬道置于屋面，塔吊拆除時(shí)無法安裝馬道，人員上下困難；另一端最遠(yuǎn)處由于塔吊吊重限制原因，爬架需豎向分段拆除才能滿足吊重要求，由此增加了拆除工期；對(duì)地下室覆蓋面積小，為保證地下室施工需汽車吊輔助施工，增加了施工成本。

2.3 塔吊附墻桿布設(shè)于陽臺(tái)處

優(yōu)點(diǎn)：附墻安裝及定位方便快捷；塔吊人行馬道設(shè)置安裝簡單快捷，極大改進(jìn)人員通行問題；主樓及周邊地下室覆蓋面積廣，提高施工效率；鋼筋、模板、鋼管等材料堆場(chǎng)及加工場(chǎng)布置范圍廣。

缺點(diǎn)：會(huì)影響此處二結(jié)構(gòu)施工進(jìn)度；需提前考慮施工電梯的布設(shè)位置；需考慮地下室頂板預(yù)留洞口的封堵、滲漏問題。

3 塔吊對(duì)附墻的影響

運(yùn)用workbench 仿真軟件對(duì)高層建筑塔吊對(duì)附墻結(jié)構(gòu)的影響進(jìn)行仿真模擬[5-6]，塔吊分別與高層建筑的6 層、12層、17 層、21 層進(jìn)行附墻連接。根據(jù)某高層建筑相關(guān)的數(shù)據(jù)構(gòu)建模型，33 層的總樓高（98m），每一層高度為2.9m。相關(guān)的模型材料參數(shù)如表1 所示。其中模型樓板、墻體設(shè)置的單元類型為Shell181，中梁、柱、塔吊設(shè)置的單元類型為Beam188，塔吊配重及重物設(shè)置的單元類型為Solid185，其余結(jié)構(gòu)統(tǒng)一設(shè)置單元類型為Link180。如圖2 所示，模型共75928個(gè)節(jié)點(diǎn)，54329個(gè)單元。

表1 模型材料參數(shù)

圖2 仿真模型

本次仿真過程中，對(duì)模型施加載荷曲線，對(duì)高層建筑在塔吊起吊動(dòng)荷載過程中進(jìn)行瞬態(tài)的分析。從圖3、圖4位移時(shí)程曲線可以得出，高層建筑頂部沿X向和Y 向位移幅值分別為7.901mm 和17.571mm，Y 方向的上位移明顯大于X方向上的位移；X、Y 向位移時(shí)程曲線，整體波動(dòng)大體相同。

圖3 高層建筑頂部X向位移時(shí)程曲線

圖4 高層建筑頂部Y向位移時(shí)程曲線

從圖5 有限元模擬某時(shí)刻結(jié)構(gòu)位移圖來看，可以非常直觀地觀察到高層建筑的扭轉(zhuǎn)變形，這說明塔吊起吊過程中對(duì)高層建筑有一定程度的影響。如果塔吊布置位置不當(dāng)，偏移位移幅度更大，這將會(huì)直接導(dǎo)致高層建筑出現(xiàn)明顯的扭轉(zhuǎn)晃動(dòng)，所以一定要合理的布設(shè)高層建筑塔吊位置。

圖5 某時(shí)刻高層建筑的位移云圖

4 結(jié)語

高層建筑施工中，考慮塔吊位置的布設(shè)需優(yōu)先考慮附墻桿位置，通過附墻桿在主樓不同位置的優(yōu)缺點(diǎn)來選擇項(xiàng)目最優(yōu)的塔吊布設(shè)方案，從而保證項(xiàng)目內(nèi)群塔作業(yè)的安全，本項(xiàng)目主樓塔吊附墻桿附著位置有陽臺(tái)、連廊、山墻、樓梯間，多樣的塔吊附墻桿附著位置保證了工程項(xiàng)目的順利竣工。如因場(chǎng)地等因素?zé)o法按規(guī)定架設(shè)塔吊時(shí)，應(yīng)評(píng)估塔吊對(duì)結(jié)構(gòu)的影響，采用對(duì)附墻連桿進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)等工程措施抑制結(jié)構(gòu)響應(yīng)。