超高层建筑施工塔机应用技术研究叶斌

超高层建筑施工塔机应用技术研究叶斌

叶斌

中国建筑第二工程局有限公司上海分公司上海200040

摘要：随着城市建设的快速发展，超高层建筑项目如雨后春笋般遍地开花。目前，国内超高层建筑普遍采用钢结构框架-钢混核心筒结构，工期紧、任务重、工序交叉面多，于是塔机的科学使用就成为了一个新课题，对塔机的应用技术也提出了新挑战。钢结构框架-钢混核心筒结构内允许布置塔机的位置较小，很多情况下，外附着式和内爬式塔机不能很好的满足超高层建筑施工要求，故采用核心筒外挂支撑系统，将塔机安装于支撑系统上，既能够发挥内爬式塔机起重能力强、吊装范围广、爬升高度不受限制等特点，又不占用核心筒内部结构，具有非常大的优越性。本文以天津国际金融中心项目为例，对外挂塔机的应用进行分析。

关键词：超高层；建筑施工；塔机技术

1工程概况

天津国际金融中心项目建筑高度343.1m，建筑面积15.3万m2。结构形式为钢框架-钢混核心筒结构，建筑宽度46.9×46.9m，核心筒宽度24.8×24.8m。塔楼地下3层，地上67层，其中1层层高为7.2m，2层层高为4.8m，避难层为9层、19层、29层、39层、49层、59层，层高为5.6m，其余均为标准层，标层高为4.4m。楼层外墙分别在第9层、11层、19层、21层、31层、40层、59层、61层，共计收坡8次，收坡量分别为100mm、150mm、200mm和250mm。

本工程特点：工程规模大；场地小，地下室已完工，周边裙楼结构已封顶；超高层建筑；工期紧，任务重；分包工程多，交叉作业面多；质量标准高。

2现场塔机选用

做好现场塔机施工方案，应对塔机选型、定位布置进行综合分析和考虑，根据工程的不同情况和施工要求，选择适合的塔机种类。首先，超高层建筑高度较高，如果考虑采用自升式塔机，需要配备较多的标准节、附着杆和锚固件。在大于200m高度宜采用内爬式塔机，通过依附塔楼核心筒液压起升装置循环进行安装，有利于实现塔机的使用。其次，现代城市建筑物逐渐向越来越密集的趋势发展，塔机回转吊装活动很大程度上会受到周围环境的干涉和限制，从保证施工安全和经济效益方面考虑，超高层建筑施工中宜选用动臂式塔机。再次，钢管—混凝土混合结构的超高层建筑，确定满足大型钢构件的起重吊运能力，应根据塔机起重量的合理范围，如确定起吊位置、安装部位、距塔中心距离，调整塔型使其满足吊重要求，在选用塔机方案时留有余地。

3塔机位置布置

3.1塔机安设现场要求

大型建筑构件的起重吊装及安装位置的选择对施工技术有较大的影响，在编制施工组织设计，绘制施工总平面图及制定现场方案时要充分考虑机械使用效率，进行科学分析，从而有效提高塔机利用率。1）塔机幅度与起重量均能适应基础及主体结构的施工需要，根据主要材料的存放场地，选择便于起吊，吊运过程中尽量减小塔臂转角，避免施工盲区，应留有充足的安全冗余量。2）现场设置环形通道，便于装卸辅助机械和运输车辆通畅进出施工现场。塔机置于建筑物内要提前考虑：方便拆塔；不影响结构施工；塔身穿越地下室应避免遇柱、梁和穿越人防顶板。3）现场装设两台或多台塔机时，注意工作面的划分和相互之间的协调配合，编制防碰撞作业方案并采取措施防止塔机与周围建筑物、架空输电线路发生干扰。

3.2塔机位置布置原则

1）主楼主要为钢柱，分布在塔楼的框架柱及核心筒内，满足此部分钢构件的吊装，应最大范围全覆盖塔楼，提高大型塔机使用效率。2）主塔机工作中构件荷载较大，如果布置在核心筒外，则不利于其受力，应尽可能设置到核心筒内，以削弱和减小核心筒负荷。3）所选塔机位置，应满足安拆塔机时起重设备的就位条件，根据现场实际条件选择好起重臂的方向，避免造成拆塔困难。

3.3塔机基础设置

基础关系到整机的安全使用，结合实际地质情况，依据施工现场平面图、吊装范围、工期等因素综合考虑，选择方便塔机安装的位置。设置时注意：安装于地下室基坑底部，要保证基础排水通畅，尤其在雨季施工要定期观测塔机基础沉降及塔身倾斜，以免发生安全隐患；设置于边坡上，按边坡支护方案局部加载设计，采取抗侧压措施，如进行锚杆处理或土钉防护等加固措施，以保证基础的安全稳定。

4外挂架安装

4.1外挂架结构

塔机外挂架由主梁、水平支撑、下支撑及爬升框组成。

主梁上有若干与内爬框连接用的螺栓孔，根据核心筒外墙厚度不同，爬升框可以通过高强螺栓安装在不同的螺栓孔上，从而保持塔机中心不变的情况下适应核心筒外墙厚度变化。水平支撑、下支撑与主梁均采用销轴连接形式。

主梁与预埋件通过钢牛腿连接，水平支撑与预埋件、下支撑与预埋件均采用耳座销轴连接。塔机的全部荷载作用在外挂架上，外挂架通过钢牛腿、耳座传递于核心筒墙体上，钢牛腿、耳座与预埋件的连接就显得尤其重要。目前大都采取现场焊接型式，焊前定位与焊接质量要求较高，而且是高空作业，受环境、设备、人员素质的影响较大，属于关键控制环节，需要管理者在人、机、料、法、环5大要素重点管控。

4.2外挂架安装

因为外挂架受塔身影响，根据塔机的使用方式不同，外挂架的安装型式也不同，分为整片式安装和半片式安装。整片式安装为外挂架、爬升框和下支撑整体吊装。半片式安装为两侧的主梁与下支撑组件分别进行安装，再使用高强螺栓将爬升框与主梁连接组成一个整体。

支腿固定式转外挂式使用时，外挂架全部为半片式安装。首次立塔直接外挂式使用时，外挂架首次采用整片式安装，后续全部为半片式安装。

本工程为首次立塔直接外挂式，塔机安装前首先要安装第1、2道外挂架，采用整片式安装。后续塔机爬升时，采用半片式安装。

外挂架安装的测量控制是关键点，主梁的平面水平度、竖向垂直度直接影响塔机安装的质量和运行稳定性。

整片式外挂架安装流程如下：

（1）安装前的检查。塔机外挂架零部件进场后，按设计图纸对其数量、尺寸、外观质量等进行复检，合格后方可进行下一步的外挂架拼装。

（2）现场拼装。外挂架的现场拼装主要包括主梁与爬升框、下支撑的拼装。在地势平坦的混凝土地面上测设出框架的边缘线，并对拼装外挂架的胎架进行找平。按照测设的边缘线由内向外进行拼装，过程中复核外挂架各部分的尺寸和高差。爬升框与主梁之间的高强螺栓70%预紧力初紧。为了便于安装，还需要进行水平支撑与主梁的拼装检查，避免空中安装时出现干涉而无法安装的情况发生。

（3）钢牛腿定位安装。根据已测设出的预埋件的中心轴线和中心标高，测设出钢牛腿的定位线。将钢牛腿定位之后进行复测，控制两侧钢牛腿水平度≤1/1000，高差≤2mm，复测合格后再进行现场焊接。

（4）主梁、爬升框及下支撑的安装。将主梁在钢牛腿上的控制线测设出，按照测设出的控制线整体吊装主梁、爬升框及下支撑预就位，保持吊钩稳定。调节爬升框左右两侧高差≤2mm，主梁保持适当上翘，上翘量1/1000，主梁与钢牛腿焊牢。调节下支撑张角直至下支撑支座与预埋件贴紧，然后现场焊接固定。爬升框与主梁之间的高强螺栓100%预紧力复紧。

（5）水平支撑的安装。吊装水平支承至安装位置，与主梁销轴连接，保持水平支撑水平，另一端与预埋件贴紧后现场焊接固定。

半片式外挂架安装流程与整片式安装的不同之处在于两侧主梁与下支撑分别安装。主要流程如下：

（1）首先吊装A侧主梁与下支撑、部分爬升框预就位，使用挂在塔身上的葫芦拉紧。

（2）再吊装B侧主梁与下支撑、剩余爬升框预就位，使用挂在塔身上的葫芦拉紧。

（3）连接爬升框与主梁之间的高强螺栓，70%预紧力初紧。调节爬升框左右两侧高差≤2mm，主梁保持适当上翘，上翘量1/1000，主梁与钢牛腿焊牢。调节下支撑张角直至下支撑支座与预埋件贴紧，然后现场焊接固定。爬升框与主梁之间的高强螺栓100%预紧力复紧。

（4）水平支撑的安装同整片式安装。

结论

本工程规模大、超高层、专业分包多、工期紧，影响进度的因素纷繁复杂，施工进度计划的执行呈现出可变性和不均衡性等特点，这也决定了塔机工作的特点，与测量、钢筋分包、爬模分包、脚手架分包、土建分包、钢构分包交叉作业，进度控制、质量控制、安全管理、组织协调等管理工作尤其重要。

参考文献：

[1]李迪，王朝阳，蒋官业.超高层建筑施工中塔吊的合理应用[J].工业建筑，2012，42（12）：7681.

[2]李艳.论超高层建筑施工中塔吊的选型和定位[J].山西建筑，2012，38（6）：242244.