随着建筑规模的不断扩大, 城市综合体工程将在今后的建筑发展中不断涌现。超高层及大型商业建筑施工过程中塔式起重机 (以下简称塔机) 布置不可避免会受到场地限制的情况, 塔机布置需满足进度和成本的要求, 塔机的超长轻型桁架附着作为塔机安装过程中解决附着距离超过设计距离的新型方法, 将不断在今后的建筑施工中运用。塔机超长桁架附着可以达到普通准附着杆的2~4倍, 故需重新设计组成材料、结构形式、安拆方法。重庆首创鸿恩寺四期工程以及首创光合城项目中超远距离塔机轻型桁架附着的成功应用, 不仅解决了现场大商业裙楼的垂直运输问题, 而且满足了现场施工进度需要, 取得了显著的社会效益和经济效益。

1) 本技术塔机附着最长可达30m, 采用角钢+缀条组合而成的轻型桁架结构, 属于一种超长轻型桁架附着。

2) 超长轻型桁架附着应用3m和6m的模数组合, 可满足不同长度塔机附着距离的需求, 拆装方便, 可多次周转使用。

3) 根据超远距离轻型桁架附着的特点, 优化一般塔机附着的安拆方法。

4) 根据塔机超长附着技术, 减少了塔机与塔机间、塔机与建筑间的相互影响, 在建筑群领域的施工中, 可以适当缩减塔机数量, 塔机的使用效率得以提高。

超长距离塔机附着的原理是:选用超长轻型桁架附着结构, 能充分利用材料的强度, 解决塔机离建筑物距离较远的问题, 节省材料、减轻自重和增大刚度;轻型桁架附着以3, 6m的模数组合, 以便于运输及现场安拆。

根据不同塔机的特点以及塔机与要附着的建筑主体之间的距离, 确定塔机超长附着方案, 对以下几个问题进行了分析: (1) 塔式起重机结构附着位置; (2) 塔机标准节附着框安装位置; (3) 塔机超长附着的安装位置、安装距离及安装方法。

考虑到附着长度较长、结构所受的抗倾覆力较大且复杂, 应根据不同型号的塔机在工作状态下对建筑结构的拉、压力和安装角度选定能够承受塔机附着撑杆250~400k N (拉压力) 的结构 (根据GB/T13752—2017《塔式起重机设计规范》) 选定。

塔机附着框的安装位置应避开标准节上、下端突出部位, 紧贴于立管安装, 且安装后的完成面应尽量使塔机附着水平杆件在同一个水平面上。

根据现场情况和实际施工进度, 附着安装时, 混凝土的强度应达到90%以上, 塔机使用时应高于结构吊装作业面5m以上。根据不同的塔机型号选择不同的附着间距 (根据不同塔机型号使用说明书选定) , 一般塔机附着间距为15~25m。

安装位置根据现场测量数据满足以上几点要求即可。安装方法根据计算出的塔机附着构件质量来确定选用自身塔机吊装还是借助其他起重设备吊装, 由此确定结构间的相对位置选定塔机定位, 再根据结构形式选取附着点。

塔机安装附着后, 可简化为如图1所示, 塔机产生的主要荷载出现在最上道附着上部的塔身悬出部位, 塔式起重机安装附着后, 其受力模型可简化为如图1所示的连续梁, 塔式起重机产生的各种荷载主要出现在最上道附着以上的塔身悬出部位, 因此这种竖直多跨超静定连续梁, 向上伸展中, 每增加一道附着支撑时, 只要最上部一道附着支撑校核结果是稳定的, 下面的支撑也是稳定的, 则整体塔身附着稳定。

针对不同型号塔机受力情况, 根据使用说明书采用附着装置受力主参数:塔机附着受力的简化模型、附着框架的最大拉力、附着撑杆的最大拉压力、轴向偏心压力、建筑物预埋墙板的最大拉压力, 根据塔机附着受力计算公式确定具体数值;按照附着杆缀条长细比<80, 安全系数1.34设计, 塔式起重机超长轻型桁架附着长细比<80, 主弦单肢长细比小于整体长细比的0.7倍, 满足要求。

撑杆布置角度a≤45°, 要求尽可能保持30°~45°, 此时撑杆受力较为理想, 如图2所示。

预埋墙板与建筑物竖梁的连接采用钩形圆钢与主钢筋联网焊接设计, 预埋墙板与附着撑杆的连接采用双耳板销轴铰接设计。

附着框架和预埋墙板的安装位置必须与塔机标准节中间横腹杆齐平, 高差控制在±100mm。

所有焊缝均为全熔透一级焊缝, 主肢角钢和钢板采用L形围焊, 主肢角钢和缀条角钢之间采用三面围焊, 超声波100%检测。

3根附着撑杆安装完毕后, 在附着装置水平平面内, 2根较近的撑杆中间用1件[8连接焊牢, 防止2根撑杆水平方向失稳。

操作要点: (1) 附着框架按2个L梁设计, 用16个M24高强螺栓连接, 与附着撑杆的连接为双耳板销轴铰接。 (2) 附着撑杆按3杆设计, 为方便运输, 每根撑杆设计成3段组合, 每段用2~6个轻型桁架组合, M20高强螺栓连接。撑杆结构按轴向偏心受压格构式杆件进行计算, 两端连接为单耳板销轴铰接。 (3) 根据塔机使用说明书提供的附着方式, 按正常方式布置时, 使用附着框架和3根附着撑杆以及顶块装置组成附着架结构, 附着架与建筑物水平附着。通常在建筑物的梁 (柱) 上或剪力墙脚安装预埋件, 附着撑杆与预埋件铰接。

常规塔机附着多使用方形截面槽钢, 根据超长塔机附着结构受力性能, 选用截面形式如图3所示的主肢+缀条形成的轻型桁架结构, 主肢角钢一般比缀条角钢大2个规格。缀条角钢一般和主肢角钢成45°焊接, 附着撑杆立面如图4所示 (以1 200mm×1 000mm截面规格为例) 。

根据塔机附着长度及受力性能选用轻型桁架附着规格, 如表1所示。

方案确定后进入构件制作、加工和埋件安装阶段。预埋件和构件均在加工厂加工制作成型、检验合格后运往工地。预埋件在1层混凝土浇筑前进行埋设, 埋设时应保证预埋位置的准确。

预埋墙板与建筑物竖梁采用钩形圆钢与主钢筋焊接连接;预埋墙板与附着撑杆采用双耳板销轴铰接。

将一侧的附着框架吊至塔身的附着点处, 先用铁丝将其固定在塔身, 将另一侧附着框架吊起就位, 然后将两外侧框架连接在一起。附着框架在塔身轴向固定使用47.7钢丝绳吊在塔身上, 侧向固定靠每个框架自身的固定装置, 在确定框架处于水平位置后再进行固定。若未处于水平位置, 应作适当调整后固定。附着框架四角用16个调节螺栓通过顶块把标准节顶牢。

将附着杆吊至附着点处, 对准附着框架的销轴孔, 打入连接销轴, 然后再调整至建筑物预埋支座处。附着装置水平面内, 在较远撑杆和中间撑杆中部将1根13.5m长的13钢丝绳用收绳器连接收紧, 收紧力为0.5~1k N, 防止较远撑杆水平方向失稳。超远距离塔机轻型桁架附着安装完成后, 先拆除水平方向钢丝绳, 再拆除垂直方向钢丝绳。

可起吊质量适当的重物, 移动起重小车至前后边距处于平衡位置, 用经纬仪在横向和纵向2个方向检查塔身的垂直情况, 并用撑杆调整垂直度, 与建筑物附着端待塔机垂直度调节正确后进行连接。卸下起重小车所吊重物, 使塔机进入正常状态。对附着装置进行检查, 确认牢固可靠。

附着架和预埋板的安装位置必须与塔机标准节中间横腹杆齐平, 高差控制在±100mm。

L₁附着撑杆两端连接头在厂家按理论尺寸已焊接, 可直接安装;L₂, L₃附着撑杆靠近建筑物一边连接头在厂家点焊, 以满足现场附着撑杆实际长度的焊接需要 (见图2) 。焊接采用E4310焊条施焊, 焊缝不得有气孔、夹渣、裂纹、漏焊等缺陷。

附着撑杆时, 为减少内应力, 塔机前后臂必须配平, 使塔身侧向及正向垂直度均≤4/1 000。

为保证人员安全和安装方便, 必须在附着框架以下1.2~1.5m处搭建操作平台。

塔机超长轻型附着安装完成后, 在超长轻型附着和塔机的连接点上设置位移监测点, 在应用过程中利用电子全站仪定期监测塔机垂直度, 附着安装完成后一周内每天监测, 随后每周进行1次监测, 若前一周塔机垂直度监测结果未出现异常, 则塔机位移量符合规范要求。

塔机超长轻型桁架附着结构应检查主肢角钢和缀条角钢的疲劳强度、焊缝裂纹、结构变形、破损以及桁架组合处高强螺栓的扭矩, 并按下列程序进行。

1) 塔机超长轻型桁架附着安装完成24h之内应对其中1处桁架组合处的8件高强螺栓的扭矩进行检测。

2) 日常检查 塔机每运行60h应对超长轻型桁架附着进行1次日常检查。

3) 塔机在运行过程中如发生较大幅度摆动, 应立即先检查超长附着连接端头, 然后检查桁架附着中间组合处高强螺栓是否松动。若发现问题应立即处理。

4) 对桁架组合处的角钢焊缝及焊接热影响区的母材进行检查, 若发现异常立即处理。

5) 塔机附着拆除后, 应由工程技术负责人和专业维修人员进行详细检查, 并做好记录, 以便下次更好地使用。

1) 每半年喷刷油漆1次, 刷漆前应除尽金属表面的锈斑、油污及其他杂物。

2) 每3个月应对超长轻型桁架附着两端的销轴铰接接头除锈刷油, 以保证附着的铰接效果。

1) 按从上至下的方式进行附着拆除, 在塔机降节至大臂离最上道附墙有2节标准节时 (塔机大臂至下一道附墙的距离≤7节标准节) , 进行塔机附墙的拆除工作。

2) 在拆卸塔机附着之前利用钢丝绳将连墙件固定, 然后拆卸连墙件销钉与螺栓。为保证工人在进行塔机附着拆除作业时的人身安全, 拆除前工人必须正确佩戴安全带, 在主体结构梁一侧的附着节点拆除时, 安全带固定在主体结构可靠处, 工人在主体结构内侧进行附着拆除工作。在塔机标准节一侧的附着节点拆除时, 将安全带固定在塔机标准节上, 工人在塔机附着操作平台上进行附着拆除。连墙件拆除完毕后, 由塔机利用钢丝绳将连墙件吊运至指定区域。

3) 卸下轴销逐一缓缓吊起3根附着撑杆, 将其徐徐下降至地面;且钢丝绳挂住被拆卸附着撑杆的两头进行下吊。

4) 附着撑杆的拆卸顺序为从前到后, 即先拆卸靠起重臂侧的一根附着撑杆, 然后拆除中间的一根, 最后拆除靠平衡臂一边的附着撑杆。

5) 在降塔拆除时, 也必须严格遵守先降后拆的原则, 即当爬升套降到附墙不能再拆塔身时, 才能拆除附墙, 严禁先拆附墙再降塔。

塔机超长轻型桁架附着施工技术相较于普通附着安装较为复杂, 但有如下优点: (1) 该技术可以扩大塔机基础的选址范围, 克服不利地形的限制; (2) 在楼栋较密集区域采用, 可以很好地控制塔机立柱间距, 减少截臂, 从而提高塔机的使用效率; (3) 在施工过程中, 可以成功缩减塔机使用数量, 有较好的社会效益和经济效益。