动臂式塔机在超高层建筑施工中的应用研究

肖 季/XIAO Ji

（上海建工二建集团有限公司，上海 200093）

在超高层建筑施工中，塔机是提供垂直运输的主要设备。2 台塔机在同一作业面施工的情况屡见不鲜，内爬塔机与外附塔机相结合的形式能够很好地发挥其优势，也为之后内爬塔机的拆除打下基础。

1 工程概况

上海船厂(浦东区域2E5-1）地块总建筑面积达43 万m2，其中地上建筑面积超31 万m2，地下建筑面积约12 万m2。包括一个4 层的地下室及地上的T1、T2、T3 三个部分，其中T1、T2 为55 层（建筑高度248m）、52 层（建筑高度238m）的办公塔楼，T3 为4～8 层的商业裙房。T1 塔楼、T2 塔楼为现浇钢筋混凝土框架—核心筒结，其中T1 在34 层以下为型钢混凝土柱，T2在30 层以下为型钢混凝土柱，T3 裙房及地下室均为现浇钢筋混凝土框架结构。

本文以T1 塔楼为例进行介绍，T1 塔楼高248m，地下室深19.8m。安装1 台JCD500 动臂式塔机，安装高度53.3m，安装臂长40m，先采用支腿固定式，随着楼层升高转为内爬式。外附式安装1 台JCD260 动臂式塔机，最终安装高度270m（90 个标准节），安装臂长50m。在塔机安装前，根据工况需求，更换JCD260 塔机的钢丝绳卷扬机以容绳量，增加加强型标准节个数。

2 塔机基础的设置

2 台塔机的基础承台均设置在地下室底层承台板上，混凝土强度等级不小于C35。钢筋捆扎好后浇注混凝土，确保固定底脚四角上平面度偏差≤1/1 000。由于此工程为超高层建筑，基础要埋于大底板之内，基础内有高低坡度，为满足塔机基础安装，由于塔机埋件形式的不同，JCD500需在基础内设置马凳，如图1 所示。

图1 马凳示意图

3 塔机的布置

塔机平面布置时应充分考虑最重物体（钢结构立柱）的吊重、回转半径、力矩等，还应考虑到以后拆除过程中锁死动臂塔机拆除状态下的回转情况，如图2 所示。

图2 塔机总布置图

3.1 JCD260塔机附墙设计

JCD260 塔机由于超高固附墙拉杆需要重新设计论证塔机高度:由于建筑高度达到248m，根据JCD260 塔机产品说明书以及制造厂家建议，塔机安装高度需达270m 以上才能满足施工要求；根据现场工况及塔机性能参数，结合相关的设计规范以及专家论证后，得出3 根附着拉杆的长度距离分别为：1 号拉杆竖向距离3.52m，横向距离3.3m；1 号拉杆到2 号拉杆的距离9m，如图3。考虑成本及使用经验等，拉杆采用已经比较成熟的槽钢加缀板的形式，附着道数按产品使用说明书要求15 道。

图3 JCD260塔机附着布置图

在塔机使用过程中，建筑物的承载力非常关键，由于塔机为上回转型式，往往最上面一道附墙最受力，我们以此为关键点进行计算。塔机与建筑物的连接为刚性连接，其风载公式如 下Wk=W0μZμSβZ，根 据GB 50009-2012《建筑结构荷载规范》得出塔机最大的倾覆力矩为7 032kNm。此塔机附着型式为三拉杆，分别计算得出3 根拉杆拉力和压力为同一数值：1 号拉杆为963.02kN、2 号拉杆为267.88kN、3 号拉杆为813.62kN。考虑空载的情况下，其本身拉杆受到的拉力和压力均为同一数值：1号拉杆为734.55kN，2号拉杆为24.93kN，3号拉杆为752.50kN，经过计算该拉杆满足要求。

撑杆耳板与封口板处焊缝长度为l=180×2+80×2=520mm；焊缝长度取值510mm，为45°坡口焊，焊高h为20mm，轴向受力N取最大值963.02kN，则σ=N/hl=94MPa<100MPa，满足要求。

3.2 JCD500塔机内爬钢梁设计

JCD500 塔机内爬钢梁设置如图4，内爬钢梁所用钢材均为Q345B，拉伸、压缩、弯曲许用应力值[σ]=230MPa，剪切许用应力值[τ]=130MPa，弹性模量E=206×109N/m2，塔机的动载荷系数∅=1.33，箱型截面的延展系数γx=1.05。

图4 JCD500内爬钢梁设置

钢梁样式图如图5。图中，长度l=10.2m，净截面面积A=0.0728m2，惯性矩IX=12.53×10-3m4，Iy=1.9×10-3m4，抗弯截面系数WX=22.78×10-3m3；Wy=9.5×10-3m3。

图5 钢梁样式图

顶升工况的力矩计算简图如图6。G1=G2==842kN，通过支反力可解得R1=1 195kN，R2=490kN。

图6 顶升工况力矩简图

梁最大弯矩Mx=2719.5kNm，最大剪切力Vx=1195kN，正应力钢梁和支座的接触点面积矩S=0.01368m3。

4 群塔作业的技术难点

超高层建筑施工的群塔作业，在顶升两部塔机时候应考虑两个问题：①两部塔机是否避开高差范围；②塔机顶升作业是否要影响到施工作业。选用动臂式塔机可以解决塔机高差问题，即使在同一平面情况下，只需要抬起各自大臂就可以避开对方，这是平臂塔机无法比拟的优点。第二个问题需要分解工期，在主体施工时业主要求4 天1 个标准楼层的进度，工期紧张。外附式塔机顶升作业需要占用2 个半天工作时间，内爬式塔机需要占用2 个半天1 个全天的工作时间。因此，考虑使用泵送混凝土和养护的间隙来提升塔机，混凝土泵送加养护一般需要1 个半天，一般为4～5 个楼层顶升1 次。根据内爬式塔机和外附式塔机的特点，相互错开顶升高度，同时又不影响主体施工的工期。

5 塔机的拆卸

如使用两台内爬塔机组合施工的话，则需由1 台塔机拆卸另外1 台塔机后，再安装1 台屋面吊拆卸。经济上产生额外费用，且拆除塔机之后的内爬钢梁无法整体吊出，只能割成小块，无法重复使用；从技术安全角度，安装屋面吊要求在屋面布置钢结构，且屋面吊基础为非标件需要论证；从施工角度分析，屋面吊自身动作比较缓慢，无法覆盖的死角较多，会影响拆卸速度，对于后期封闭屋面产生较多影响。如果采用两台外附塔机则在前期施工过程中会产生施工死角，且在塔机布置阶段产生较大的难度。

在本工程中，先用外附塔机拆卸内爬塔机，还可以整体吊出内爬钢梁后重复使用，然后自己降节后拆卸。由于动臂式塔机离建筑物有一定距离，在拆卸附墙拉杆时不需要斜拉。

6 结语

实践证明，本超高层项目施工中，通过对于塔机的基础马凳设置，塔机的平面、立体布置，不同附墙型式的运用，群塔作业特点和塔机拆除的情况分析，结合现场情况，及时修正在施工过程中发现的问题，使超高层建筑施工中的塔机发挥最大作用，项目施工达到最优化方案，具有较高的经济、安全、施工价值，可为其他超高层施工提供一定帮助和借鉴的作用。