一种超长塔吊附墙设计及施工技术

一种超长塔吊附墙设计及施工技术

陈凯波，侯静，杨刚，赵文达，花磊

中国建筑第八工程局有限公司　　上海市　　200082

摘要：塔吊是房屋建筑工地最常用的大型起重机械，其顶升到一定高度时需要设置附墙杆件与建筑的框架柱相连增加塔吊的稳定性和安全性，一般附墙杆件不超过10m。在一些特殊情况下，例如大跨度悬挑或吊挂体系的结构，往往附墙会超过10m，是一种非标准的附墙杆件。本文介绍了一种超长的塔吊附墙设计及施工技术，用于解决一些特殊情况下常规附墙杆件无法附着的问题，最长可达20.1m。

关键词：超长塔吊附墙；吊挂体系；结构加固；施工验算

0引言

塔吊是房屋建筑工地最常用的大型起重机械，主要用于施工中物料的垂直和水平输送及建筑构件的安装。当塔机超过它的独立高度的时候要架设附墙装置，以增加塔机的稳定性。

在一些特殊情况或者一些造型奇特的建筑下，常规长度的塔吊附墙无法满足附着要求，需要采用一种非标准的超长塔吊附墙杆件。例如某项目三栋塔楼为混凝土核心筒+钢结构外框架混合结构，因其独特的鲁班锁造型，外钢框架存在许多吊挂结构体系，结构最外侧的结构柱多为钢吊柱，通过斜柱在上部相连从而吊住下部结构，其强度不足以作为塔吊附墙的附着点。

为解决此类吊挂结构体系下塔吊附墙的问题，本文提出了一种超长塔吊附墙的设计及施工技术，使得附墙杆件可以附着于更靠近楼层内侧的框架柱上，其最长距离可达到20.1m。

1工程概况

某项目总建筑面积21.92万㎡，地下6万㎡，地上15.92万㎡。地上共6个单体，其中三栋主楼为混凝土核心筒-钢结构外框架混凝土结构，外框靠外一圈为吊挂结构体系，L5层开始有斜钢柱呈向外发散状，斜柱内侧与外框钢柱相连，外侧下吊钢柱、钢梁。

图1 主楼斜柱、吊柱效果图

每栋塔楼布置两台STT553塔吊，臂长50m，最终高度121m，最大吊重24吨，满足钢结构构件吊装需求。塔楼采用“不登高同步攀升”施工方法，及钢筋混凝土核心筒施工记进度领先钢结构外框4-5层，结合现场塔吊布置情况和附墙要求，需在第5层开始布置第一道附墙，此后每隔2-3层布置一道附墙。

2工程重难点

因塔楼9F以下由于最外侧的钢柱均为吊柱，在塔吊附着时均未形成完成的结构体系（其支座位于9F与斜柱相连处），下部仅靠胎架临时支撑，加上其自身截面尺寸、壁厚及钢材强度较小，不足以承担塔吊附着后对其产生的反力，所以项目提出了两种方案：

（1）对钢吊柱进行加固，通过增加钢柱和与之相连的钢梁尺寸、壁厚、钢材强度等，从顶板设置梁上钢柱与吊柱相连，使吊柱满足附着时的承载力验算；

（2）研究一种超长的塔吊附墙杆件，选择楼层内侧的钢框柱或钢斜柱作为附着点，此类柱子一般自身设计承载力较大，能够满足塔吊附墙的要求，只需验算整体结构体系是否满足受力要求即可。

综合分析两种方案，第一种方案增加投入成本非常大，且加强钢吊柱的方案改变了整体的结构受力体系，同时还会影响建筑使用功能，会将简单的塔吊附墙问题复杂化；第二种方案只需通过杆件的内力计算设计出一种超长的塔吊附墙杆件，同时进行施工模拟验算主体结构的承载力，对薄弱的位置只需采取局部的加固措施即可，例如增加临时次梁和增加原本的梁截面。可见第二种方案更为经济，且对结构体系和建筑使用功能的影响非常小，更具有可操作性。

3研究的方法

针对此种超长塔吊附墙，制定了以下研究方法：

（1）确定附墙位置：先根据塔吊位置和主楼结构布置特点，结合说明书的附着角度，选取每道附墙的位置；

（2）结构临时加固设计：根据附着长度和角度，计算附着反力，并进行施工验算，对验算不通过的地方采取增加结构次梁和增加钢构件截面的措施加强结构承载力，确保满足附着要求；

（3）附墙杆件设计：根据附墙杆件在使用阶段的最大内应力，验算格构式附墙杆件主肢、缀条、封头板、连接耳板、销轴、附墙杆长度调节丝杆、丝杆套筒等，确定附墙杆件形式。因附墙杆超长，设计时考虑附墙杆自重影响，作为压弯构件复核；附墙杆长细比控制在120以内的要求，应力比控制在0.8以内。

（4）塔吊附墙施工：钢结构深化时一并考虑杆件的连接耳板和结构加固措施，根据附墙方案将附墙杆的连接耳板提前在构件厂定位焊接上。现场钢结构施工完附墙所在楼层的顶板钢梁后安装当层附墙杆，附墙杆安装完成验收通过后，塔吊按方案顶升加节，直到下一道附墙安装。

4研究的过程

项目塔吊共有5道附墙，其中最长的附墙杆是位于5F的第一道附墙，最长达到20.1m。

图2 超长塔吊附墙平面布置图

表1 塔吊附墙概况

由上表可知，最长的附墙杆件位于第一道附墙，三根杆件长度分别达到16.9m、20.1m、19.1m。本文以最长的20.1m杆件为例，介绍其设计及施工技术。

4.1附墙杆件设计

以X轴正方向为起点，沿逆时针旋转，每隔3度施加一个荷载工况，计算选取拉杆最大轴压力，采用Midas Gen有限元分析软件进行建模计算。计算得到1#塔吊第一道附墙的最大轴力如下表所示：

表2 1#塔吊第一道附墙最大轴力

因附墙杆超长，设计时应考虑附墙杆自重影响，作为压弯构件复核；附墙杆长细比控制在120以内的要求，应力比控制在0.8以内。最终确定附墙杆件采用格构式拼装拉杆，具体参数如下表：

表3 20.1m超长附墙杆件参数

图3 超长塔吊附墙杆件示意图

4.2结构临时加固措施设计

（1）工况介绍

由于塔身通过支杆与钢柱（钢斜柱）进行连接，传力至核心筒，从而保证塔吊整体稳定。需要根据每道附墙对附着点结构的反力进行施工验算，其主要验算内容为：梁节点连接抗剪验算（包括梁腹截面承载力验算）、预埋件抗拉验算、钢梁稳定验算。

（2）计算假定

在原模型基础上进行楼板开洞，恒、活荷载均改为0，不考虑风、地震作用，本模型根据不同施工工况设置了两种计算方案：①钢梁压弯计算模型；②螺栓抗剪及预埋件抗拉计算模型，从而充分考虑不同施工工况对于核心筒的影响。根据资料中塔吊连接塔楼点施加节点荷载进行塔吊施工验算。

（3）荷载施加

根据提供塔吊工作各杆件内力，杆件端部内力规定向左及向上为x及y正方向，将其进行正交分解，并将作用于钢斜杆上，结构模型荷载施加如下图所示：

图4 荷载布置示意图

（4）结构分析

通过计算构件应力比满足规范要求，典型构件应力比简图所示：

图5 典型构件应力比简图

提取各塔楼各区域钢梁轴力作为后续节点验算的关键依据，如上图典型构件内力所示。由于塔吊斜杆作业层位于结构层楼层中部，因此提取各相邻结构层，以施工荷载同时加载作为最不利荷载工况进行验算，进行梁节点连接抗剪、预埋件抗拉、钢梁稳定验算。结果表明，对部分梁截面进行增大，在局部位置增设楼面支撑（临时次梁），即可满足超长附墙附着要求。

4.3钢结构深化及加工制作

在钢结构构件深化阶段，一并考虑额外的结构加固措施和附墙杆件耳板的位置，通过建模放样提前确定构件、耳板、附墙杆件的位置关系，提前发现可能存在的碰撞点，及时进行优化调整，避免造成返工。深化图纸确认后各构件预先在工厂预制好，同主体结构构件一同在现场安装。

图6 连接耳板及加固措施深化

5结语

随着房屋建筑行业的发展，外形奇特、结构形式复杂的建筑越来越多，常规的塔吊附墙形式逐渐无法满足相当一部分的建筑施工。本研究提出的超长塔吊附墙方案在该项目成功通过专家论证并实施，为超长塔吊附墙施工提供经验，解决了吊挂体系结构下常规塔吊附墙无法附着的难题。

参考文献

【1】朱涛.《塔吊超长附墙杆件的设计和使用》建筑安全，2013年第2期：55-57.

【2】《建筑施工塔式起重机安装、使用、拆卸安全技术规程》，JGJ196-2010:10-12.

【3】《STT553塔式起重机安装使用说明》，抚顺永茂建筑机械有限公司：7A-1-7A-5.

作者简介：陈凯波，1995年出生，男，本科，助理工程师，主要研究方向为房建及市政工程.