新型可調(diào)式塔機(jī)抱柱附著支座應(yīng)用

陳一民，寇 磊，陳佰停，張仕橋

（中建二局第三建筑工程有限公司，北京 100070）

1 傳統(tǒng)附著支座存在的問題

塔機(jī)在高層、超高層建筑施工過程中，是目前常用、必備的垂直運(yùn)輸設(shè)備之一，在使用過程中，塔機(jī)需根據(jù)建筑高度和塔機(jī)使用說明書的要求設(shè)置附著，附著點(diǎn)往往設(shè)置在建筑物的結(jié)構(gòu)梁、結(jié)構(gòu)柱、剪力墻等結(jié)構(gòu)構(gòu)件上，結(jié)構(gòu)構(gòu)件必須滿足附著受力要求，如達(dá)不到要求，還應(yīng)采取增加加強(qiáng)鋼筋、增大結(jié)構(gòu)截面尺寸、提高混凝土標(biāo)號等加強(qiáng)措施。附著裝置與建筑物的傳統(tǒng)連接方式主要為2 種：①預(yù)埋螺桿連接支座；②采用后開孔或預(yù)埋套管，通過螺桿連接支座，但均存在以下幾個方面問題。

1）標(biāo)高控制 對于層高較大的建筑工程，在結(jié)構(gòu)梁上附著的方式難以適用。梁腹高可附著位置與標(biāo)準(zhǔn)節(jié)可附著位置往往會存在沖突，適應(yīng)性不高，難以滿足每道附著的位置要求。

2）定位控制 預(yù)埋施工定位好后，受后續(xù)模板加固、混凝土振搗等因素影響，有可能發(fā)生偏位現(xiàn)象，在預(yù)埋套管時較為嚴(yán)重且很難補(bǔ)救。

3）混凝土密實(shí)度 預(yù)埋件位置鋼筋、錨爪等過于集中，導(dǎo)致該位置混凝土振搗難度較大，混凝土密實(shí)度不好保證，進(jìn)而影響混凝土對埋件的握裹力，帶來安全風(fēng)險。

4）開孔長度 后期開孔、開洞時，首先需進(jìn)行鋼筋定位，在鉆孔時避免破壞受力鋼筋；其次受機(jī)器設(shè)備影響大，不適合長度較大的開孔施工。

為解決傳統(tǒng)做法存在的問題，同時結(jié)合本工程平面布置共6 臺塔機(jī)，塔機(jī)均采用最新智能化變頻起重機(jī)，其中4 臺塔機(jī)存在附著頂升的情況。塔機(jī)附著頂升情況：1#塔機(jī)附著在3#超高層結(jié)構(gòu)上，需進(jìn)行11 次附著頂升。6#塔機(jī)附著在4#樓結(jié)構(gòu)上，需進(jìn)行7 次附著頂升。3A#和5#塔機(jī)分別附著在5-1#商業(yè)樓、7#商業(yè)樓，需要進(jìn)行二次附著頂升。附著結(jié)構(gòu)形式為框架-核心筒結(jié)構(gòu)和框架結(jié)構(gòu)。

2 新型抱柱附著支座特點(diǎn)

新型的可調(diào)整、可周轉(zhuǎn)式塔機(jī)抱柱附著支座應(yīng)用技術(shù)，首先采用BIM 技術(shù)進(jìn)行設(shè)計和施工模擬，根據(jù)確定模擬結(jié)果進(jìn)行附著裝置支座的設(shè)計，根據(jù)設(shè)計模型再進(jìn)行安全驗(yàn)算，確定設(shè)計模型的結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸，以確保投入使用能達(dá)到安全穩(wěn)定性的要求。

1）提高施工質(zhì)量 此方法為后期附著時一次安裝完成，前期無須進(jìn)行預(yù)留預(yù)埋和二次結(jié)構(gòu)處理工作。解決了傳統(tǒng)附著預(yù)埋標(biāo)高、定位標(biāo)高難以控制，容易偏位，且偏位之后補(bǔ)救難度大等問題；同時避免了由于預(yù)埋件位置鋼筋過于集中，導(dǎo)致該位置混凝土振搗難度較大，混凝土密實(shí)度不好保證，預(yù)埋施工質(zhì)量難以保證等問題。

2）節(jié)省人工 整個裝置設(shè)置在結(jié)構(gòu)外部，減少了預(yù)留預(yù)埋的施工工序，且為后期一次安裝到位，減少了結(jié)構(gòu)施工期間塔機(jī)附著人員的配合工作。安拆便捷，拆除后無需對結(jié)構(gòu)進(jìn)行二次處理，節(jié)省工序，節(jié)省材料。

3）節(jié)約材料 相較于傳統(tǒng)塔機(jī)附著的做法，部分材料可以循環(huán)使用，節(jié)省了材料消耗。

3 設(shè)計原理

新型的可調(diào)整、可周轉(zhuǎn)式塔機(jī)抱柱附著支座，包括結(jié)構(gòu)柱體和固定調(diào)整組件，結(jié)構(gòu)柱體的背面設(shè)置有正面板，正面板與背面板的兩側(cè)均開設(shè)有螺孔，正面板與背面板的相對面兩側(cè)開設(shè)側(cè)面板，用于左右限位。正面板與背面板通過螺桿穿過螺孔并使用螺母箍筋貼合于結(jié)構(gòu)柱體的前、后兩面，此過程中側(cè)面板則為防止正面板與背面板左右滑移，有利于抵住正、背面鋼板使其牢牢貼合于結(jié)構(gòu)柱體的側(cè)面，從而使得該裝置可以緊密抱柱。抱柱附著支座平面圖詳見圖1。

圖1 抱柱附著支座

4 附著桿設(shè)計驗(yàn)算

附著裝置由附著框架、內(nèi)撐桿、附著桿、各連接件、附著支座等組成，附著桿采用格構(gòu)式鋼結(jié)構(gòu)，截面尺寸為0.20×0.20m；主肢選用5.6號角鋼b×d×r=56×4×6mm；綴條選用4 號角鋼b×d×r=40×3×5mm；主肢的截面力學(xué)參數(shù) 為A0=4.39cm2，Z0=1.53cm，Ix0=13.18cm4，Iy0=13.18cm4；綴條的截面力學(xué)參數(shù)為At=2.36cm2。計算參考依據(jù)T/CCMA0097-2020《塔式起重機(jī)附著安全技術(shù)規(guī)程》、GB50017-2017《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》。

4.1 附著桿截面的力學(xué)特性

圖2 為附著桿截面示意圖，主肢的截面力學(xué)參數(shù)為A0=4.39cm2，Z0=1.53cm，Ix0=13.18cm4，Iy0=13.18cm4；綴條的截面力學(xué)參數(shù)為At=2.36cm2。

圖2 附著桿截面示意圖

附著桿件的y-y軸截面總慣性矩

附著桿件的x-x軸截面總慣性矩

經(jīng)過計算得到

Ix=1312.49cm4；Iy=1312.49cm4

4.2 長細(xì)比計算

1）主肢的長細(xì)比計算公式

式中H——格構(gòu)柱的計算長度，取8.00m；

I——格構(gòu)柱的截面慣性矩，取，Ix=1312.49cm4，Iy=1312.49cm4；

A0——一個主肢的截面面積，取4.39cm2。

計算得λx=92.53，λy=92.53

根據(jù)換算長細(xì)比λ0x=93.34 ≤120，λ0y=93.34 ≤120，X方向、Y方向長細(xì)比驗(yàn)算均滿足要求!

4.3 附著桿整體穩(wěn)定性計算

在彎矩作用平面內(nèi)的整體穩(wěn)定性計算公式

式中N——軸心壓力的計算值（kN）；取N=215.00kN；

A——格構(gòu)柱橫截面的毛截面面積，取4×4.39cm2；

?——軸心受壓構(gòu)件彎矩作用平面內(nèi)的穩(wěn)定系數(shù)；查GB50017-2017《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》得?x=0.60，?y=0.60。

計算結(jié)果如下。

1）X方向 強(qiáng)度值為204.06N/mm2，小設(shè)計強(qiáng)度215N/mm2，所以滿足要求。

2）Y方向 強(qiáng)度值為204.06N/mm2，小于設(shè)計強(qiáng)度215N/mm2，所以滿足要求。

4.4 分肢的長細(xì)比驗(yàn)算

由于附著桿格構(gòu)形式分肢選取5.6 號角鋼b×d×r=56×4×6mm，其回轉(zhuǎn)半徑i=11.1mm。

長細(xì)比λ1=L/i=400/11.1=36.04，小于0.7×λ0x=65.335 且λ1＜40，所以滿足要求。

計算結(jié)果：通過塔機(jī)整體附著桿件結(jié)構(gòu)模型設(shè)計，同時進(jìn)行PKPM 分析軟件的安全驗(yàn)算，證明附著結(jié)構(gòu)設(shè)計均滿足安全使用要求。

5 技術(shù)應(yīng)用

施工工藝流程：施工準(zhǔn)備→現(xiàn)場定位防線→安裝正面鋼板→安裝對拉螺栓→安裝側(cè)面角鋼→安裝背面鋼板→組裝附著桿件→檢查驗(yàn)收。圖3為現(xiàn)場實(shí)施效果。

圖3 現(xiàn)場實(shí)施效果

施工注意如下。

1）保證支座鋼板緊密貼合框架柱結(jié)構(gòu)體，存在間隙可通過增設(shè)鋼板等措施處理，確保結(jié)構(gòu)受力安全可靠。

2）高強(qiáng)度對拉螺栓選用高強(qiáng)對拉螺栓，螺栓的緊固扭矩加強(qiáng)過程檢查，不得存在有松扣等現(xiàn)象。

6 結(jié)語

新型可調(diào)整、可周轉(zhuǎn)式塔機(jī)抱柱附著支座設(shè)計技術(shù)的應(yīng)用，通過技術(shù)方案模型設(shè)計和驗(yàn)算現(xiàn)場實(shí)施，附著裝置滿足現(xiàn)場要求，安全效果良好，前期無須進(jìn)行預(yù)留預(yù)埋和二次結(jié)構(gòu)處理工作。安裝過程簡單，節(jié)省工序，節(jié)省材料，安拆便捷，拆除后無需對結(jié)構(gòu)進(jìn)行二次處理。在結(jié)合國內(nèi)大部分工程為高層和超高層建筑，該技術(shù)的研究應(yīng)用，帶來了經(jīng)濟(jì)效益和社會效益明顯。為以后類似工程的施工提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)和可借的鑒施工技術(shù)，應(yīng)用前景較廣。