塔机屋面安装技术在超高层工程中的应用

塔机屋面安装技术在超高层工程中的应用

李学乾, ,杨国营

天元建设集团有限公司  山东临沂 276000

摘要：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。

关键词：塔机屋面安装技术；超高层工程应用

引言

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。我公司在本项目工程施工中，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

本项目总建筑面积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。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1T2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。

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。

3ZSL380塔机起重性能及受力模型

3.1起重性能（50m臂长，图3）

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。

3.2ZSL380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。

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。

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。

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，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。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

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αb=0.6+0.25×30/20=0.975

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。

结语

目前，公司已应用塔机屋面安装技术完成2台STL460C,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。

参考文献

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