塔机屋面安装技术在超高层工程中的应用

刘文华，王善科，宫石垒，韩俊虎，王豪杰

LIU Wen-hua,WANG Shan-ke,GONG Shi-lei,HAN Jun-hu,WANG Hao-jie

（山东中建物资设备有限公司，山东 济南 250014）

随着国内外超高层建筑的不断发展，核心筒与钢框架组合结构被广泛应用。此类工程吊装构件重量大、吊次多、核心筒狭小，同时布置多台塔机困难且效率低，内爬和外挂式动臂塔机得以在此类工程中大展身手，但由于此类塔机以核心筒结构为支撑，或在核心筒内或挂在核心筒外，塔机爬升至最终位置后，受支撑架、塔身结构的干涉，建筑物核心筒或钢结构外框无法封闭，所以往往采取先大后小的拆除顺序，最后一台塔机通常采用屋面吊进行拆除，塔机拆完后用屋面吊完成主楼剩余构件及幕墙的吊装。

由于屋面吊属于小众机械，起重力矩较小，臂长较短，安全保险装置简陋，虽能勉强应用于超高层主楼结构施工，但在安装位置、吊装能力、作业半径、最大起升高度等方面受限较大，效率低，安全隐患大。

我公司在青岛海天中心工程施工中，将1 台ZSL380-32T 动臂塔机安装于主楼核心筒屋面顶，臂长50m，经过1 年的安全运行，现已拆除，此方案综合评价比屋面吊更加安全高效，为同类工程提供了新的吊装思路。现以本工程为例，对塔机屋面安装技术进行介绍。

1 工程概述及塔机配置方案

1.1 工程概况

青岛海天中心总建筑面积49.4 万m2，由3个塔楼组成。T1塔楼高210m，T2塔楼高369m，T3 塔楼度245m。始建时为山东半岛乃至黄海海岸线城市群的地标性建筑。T2 塔楼主体施工期间，安装1 台抚顺永茂STL1000C 动臂塔机（现场编号：1 号），1 台南京中昇ZSL850 动臂塔机（现场编号：2 号），均为外挂式安装；主体封顶后，按时间节点顺序安装1 台ZSL380 动臂塔机（现场编号：3 号），1 台ZSL120 屋面吊（现场编号：4 号），均为屋面安装，塔机布置如图1所示。

图1 青岛海天中心T2塔楼塔机布置图

1.2 塔机拆除顺序

主楼封顶后，根据施工进度，先用2 号ZSL850 塔机将1 号STL1000C 塔机拆除，然后用2 号塔机在楼顶屋面位置安装3 号ZSL380 塔机，塔身安装1 节6m 标准节，臂长50m，2 号塔机完成吊装任务后，用3 号塔机将2 号塔机拆除，3号塔机接近施工尾声时，在屋面安装4 号ZSL120屋面吊，用4 号屋面吊将3 号塔机拆除，4 号屋面吊自拆，由高区载客电梯运至地面。

2 屋面塔机安装整体思路及技术难点

2.1 安装整体思路

传统的固定式塔机需要将支腿埋在混凝土基础内，塔机安装在支腿上，通过基础消除重力、倾翻力矩、扭矩及水平力对塔机稳定性的影响。塔机在屋面安装时，采用支撑钢梁＋埋件的形式，代替混凝土基础来保证塔机工作状态及非工作状态的稳定性，钢梁支撑系统构成如图2所示。

图2 钢梁支撑系统构成示意图

2.2 技术难点

1）所选用塔机需具备满足施工要求的所有要素，并能方便地完成拆卸。

2）需根据厂家提供的受力，设计预埋件、支撑钢梁，并进行强度验算。

3）需根据钢梁支撑点的受力对建筑物结构进行验算和加固。

4）需对预埋件与钢梁间，钢梁与钢牛腿间焊缝进行计算，并进行严格的技术把控。

3 ZSL380塔机起重性能及受力模型

3.1 起重性能（50m臂长，图3）

图3 ZSL380塔机50m臂长起重性能

3 号ZSL380 塔机与2 号ZSL850 塔机中心距离为18m，ZSL380 采用单倍率吊装，18m 幅度额定起重量为19t，ZSL850 最重部件为爬升节，重15.5t，向地面吊运时，考虑2t 起升钢丝绳重量，吊物最大总重为17.5t，故满足拆塔吊装要求。在拆除ZSL850 塔机后，ZSL380 塔机需吊装的建筑物钢构、幕墙等构件最大重量为10t，最大半径为25m，在此幅度ZSL380 额定起重量最小为13.5t，在地面起吊考虑2t的钢丝绳重量衰减，故满足吊装要求。

3.2 ZSL380塔机（50m臂长）屋面安装受力模型

ZSL380 塔机50m 臂长受力模型如图4 所示。

图4 ZSL380塔机50m臂长受力模型

4 塔机屋面安装各种设计与验算

4.1 支撑钢梁

4.1.1 支撑钢梁现场布置和设计

根据厂家提供的受力，钢梁在塔吊钢牛腿位置受力T 值最大为149t，U 值最大为93t。钢梁布置如图5 所示。支撑钢梁设计如图6 所示。

图5 ZSL380 支撑钢梁布置图

图6 支撑钢梁设计图

4.1.2 支撑钢梁验算

根据ZSL380 塔机屋面位置采用有限元软件建立模型分如图7 所示。

图7 有限元分析模型

1）工况一 塔机起吊方向与钢梁呈45°。

2）工况二 塔机起吊方向与钢梁垂直。

塔机反力安全系数为1.4，钢梁采用800mm×400mm×40mm 箱型钢梁（Q345），通过应力图结果，钢梁最大应力为240MPa，满足计算要求。

钢梁节点最大反力Fz=1200kN，最大水平力Fx=50kN（标准值）。

4.2 墙体结构验算

支撑钢梁1、2 分别搭设在混凝土梁与墙上，受力薄弱点为钢梁1 端点处（图8），此端点处对型钢混凝土梁两个方向上的作用力分别是：竖向的压力Fz=1200kN，水平向力Fx=50kN，型钢混凝土梁弯矩剪力，如图9 所示。

图8 ZSL380 支撑钢梁支撑点受力图

图9 型钢混凝土梁弯矩剪力图

经设计院核算，支撑点薄弱点受力符合安全要求。

4.3 预埋件

4.3.1 预埋件设计图（图10）

4.3.2 预埋件验算

预埋件与焊缝在受拉力与剪力时为最不利工况，ZSL380 埋件最大拉力F=120kN，最大剪力V=50kN。

预埋件抗拉强度：fy=300N/mm2锚筋排数的影响系数：αr=0.85。

锚筋的受剪承载力系数αv=（4.0-0.08×d）×（fc/fy）×0.5=（4.0-0.08×20）×（14.3/300）×0.5=0.524

锚板的弯曲变形折减系数为

图10 预埋件设计图

根据公式

单根25 钢筋截面积为4.9cm2，采用12 根锚固，总面积As=58.8cm2，满足要求。

4.3.3 焊缝验算

钢梁与埋件焊接用hf=15mm 角焊缝，焊缝长 度2×400mm，计算焊缝长度lw=2×（400-2×10）=760mm。

σ=[N/（lwhe）＋M/W]=1200×103/（760×10.6）=148.9N/mm2≤ffw×βf=200N/mm2，满足要求。

τ=V/（lwhe）=50×103/（760×10.6）=6.2N/mm2≤ffw=200N/mm2，满足要求。

σz=[（σ/βf）2＋τ2]1/2=[（148.9/1）2＋6.22]1/2=149.03N/mm2≤ffw=200N/mm2，满 足要求。

5 结语

我公司已应用塔机屋面安装技术完成重庆来福士广场2 台STL460C，青岛海天中心1 台ZSL380、1 台TC5610 的安装，现塔机均安全、顺利地完成吊装任务并拆卸完成，充分证明了此技术的实用性和可靠性，具有很好地推广价值。