一般塔式起重机自由高度为20～40m，基础必须达到设计承载力的同时，当其自由高度超过设计高度时，为防止倾覆，需在塔式起重机中部设置附着杆件。然而，特殊情况下，如广西柳州风情港柳宗元雕塑工程为标志性公共建筑，该工程总高68m，雕像高47m，为世界第一座可360°旋转雕像，铜像中心由外直径为6.9m钢筋混凝土筒体结构、旋转系统与钢结构组成。雕像底座架空，由33.6m×33.6m基座横跨柳江路，底座设三级梯台，通高21m，底座的一、二级梯台设计为城墙外观。

　　 为解决本工程塔式起重机设备无法直接附着结构主体上的施工难题，专门设计安装独立的钢架体系作为塔式起重机附着主体，如图1所示。

　　 以广西柳州风情港柳宗元雕塑工程为研究对象，工程采用QTZ5013c型塔式起重机进行起重作业，其独立式塔式起重机起升高度为70m，起重臂架长度为52m，塔身标准节截面尺寸为1.6m×1.6m×2.5m (高) 。塔式起重机附着主体钢架体系均采用Q235B圆钢作为受力杆件，附着架立柱 (直径152mm，壁厚10mm) 共3根，分3段制作、拼装、吊装，空中对接，每段长12m。靠近塔式起重机的2根立柱与之间的水平腹杆 (直径89mm，壁厚6mm) 在现场拼装成整体吊装，其余杆件 (直径50mm，壁厚3mm) 均采用散件吊装，空中焊接，起重量满足规范要求，均在土建塔式起重机安全性能范围之内。

　　 本工程地处江边，地质条件较差，塔式起重机基础需进行地基换填、扩大基础、增设加强筋等处理措施，本文主要研究对象为钢架体系，故不对其进行详尽说明。塔式起重机与钢架设3个附着点，附着式塔身简化成一端固定带悬臂的多支点柔性支撑连续梁，塔式起重机附着简化及受力分别如图2, 3所示。

　　 根据柳州市风压测值，基本风压取值W₀=0.35kN/m²，塔身作用宽度为1.6m，根据GB 50009—2012《建筑结构荷载规范》，风荷载实际取值q=0.51kN/m，根据塔式起重机使用说明书，QTZ5013c型塔式起重机最大倾覆力矩取值M=630kN·m。图3中，l₁=22.570m, l₂=12m, l₃=12m, l₄=15m。根据GB/T 13752—2017《塔式起重机设计规范》，考虑风压高度系数变化，先不考虑塔式起重机工作时产生的扭矩，支座反力计算结果表1所示。

　　 钢架计算简图如图4所示。

　　 计算得支座处弯矩M=1 360.17kN·m，每根立柱端部焊接钢板，采用8个M30等级高强度螺栓与场地胎架预埋件连接，经计算，其抗剪、抗拉、抗冲切强度满足要求。

　　 钢架附着件尺寸如图5所示，由于塔式起重机截面对附着件作用力不在同一平面上，同时考虑塔式起重机负载工作时产生的扭矩作用，结合表1所示计算结果，使用MATLAB软件进行编程计算，计算附着件在塔臂在0°～360°旋转时的附着件受力变化，如图6所示。由图6可知，附着件内力呈正弦曲线变化，每个节点的3根杆件不同时达到最大值，验证校核附着件受拉、压强度时，选取该杆件轴力的峰值。

　　 附着件选取I10，其轴心受拉强度为:

　　 式中:N为杆件最大轴向拉应力;A_n为杆件截面面积;拉杆最大允许拉应力f=215N/mm²。

　　 经计算，满足要求。

　　 同理，杆件轴心受压强度验算公式为:

　　 长度因数μ=0.7，得出3根附着杆件的细长比λ，在受压构件稳定系数表中查出杆件受压稳定系数值，验算满足要求。

　　 使用SAP2000软件建模，选取最不利荷载组合时附着杆件对钢架节点的作用力，在钢架节点分别加载，运行分析，获得钢架弯矩、轴力。通过软件分析，在最不利荷载组合作用下，立柱变形呈波浪形，在顶部位移达到最大，立柱最大挠度为0.074m (绝对值) ，最大挠度小于钢管最大允许挠度，满足要求。最上层2个附着件节点间的水平腹杆轴力达到峰值，为192.8kN (受压) ，根据公式 (2) 进行计算，所使用的腹杆尺寸强度满足要求。立柱最大轴向力为340.3kN (受压) ，强度满足要求。综上所述，钢架整体刚度、稳定性及各杆件强度均满足要求，能保证塔式起重机正常工作。

　　 钢管采用数控相贯线切割机进行下料及相贯线切割，切割时预留焊接收缩量，焊接收缩量的预留值根据深化设计和焊接工艺评定试验确定。

　　 相贯线数控切割程序的编制与切割步骤为: (1) 打开专用的数控相贯线切割机程序; (2) 进入相应的管切割类型界面; (3) 输入相应的管切割参数; (4) 生成相应的相贯下料图; (5) 保存生成的各构件相贯线程序，关闭程序; (6) 钢管上机，调出程序，试运行切割无误后点火切割。

　　 切割加工好的构件堆放于专用的储存架上，妥善摆放，以保证管件加工面无损。

　　 钢构件须检验合格，随机文件齐全，漆膜完全干燥，可用裸装、捆装、框架或包装箱包装方式，依据安装顺序、分单元配套进行包装，箱充满度≥80%。构件整齐排放于包装箱中，扎紧固定，做好防撞防滑措施。保证其无变形、无残缺，安全、完整运至目的地。

　　 1) 钢管对接焊缝同其他焊缝的间距≥200mm。

　　 2) 腹杆交点200mm之内，不宜进行主管对接焊接，其应距离腹杆交点200mm以上。

　　 3) 构件终止处进行包角焊，引弧和熄弧端与端部的距离在10mm以上。

　　 4) 钢架主管之间的腹杆在拼装胎架场地进行焊接安装。

　　 5) 主管各部分采用螺栓临时固定。

　　 1) 根据规范要求，相贯线的焊缝沿着闭合曲线连续焊接，过渡处平滑无棱角。本工程全熔透焊缝质量等级为一级，部分熔透焊缝和角焊缝质量等级为二级。

　　 2) 当出现多根杆件同时相交于一个节点，且杆件同时相贯时，优先进行较大管径与较大壁厚杆件焊接，杆件之间相贯处全部满焊。

　　 3) 杆件相贯处的相贯线焊缝位置，沿杆件端部周边分为趾部、侧部、踵部3个区域。

　　 4) 当焊缝≤6mm时，采用全周角焊缝。

　　 5) 当杆件管壁厚度>6mm, 2根钢管夹角锐角θ≥75°时，采用全周带坡口的全熔透焊缝。

　　 6) 当杆件管壁厚度>6mm、2根钢管夹角锐角θ<75°时，趾部与侧部采用带坡口的全熔透焊缝，踵部采用带坡口的部分熔透焊缝 (当夹角θ<35°时，可采用角焊缝) 。

　　 7) 对于熔透焊缝 (包括全熔透和部分熔透) ，有效焊缝高度要求1.25t<h_e>1.15t, t为钢管壁厚。对于角焊缝，焊脚尺寸h_f=1.5t。

　　 1) 先将塔式起重机顶升至超过可安装附着塔架第1段立柱的高度位置。

　　 2) 利用塔式起重机安装第1段立柱及第1段立柱间腹杆以形成“箍桶”效应。

　　 3) 安装塔身和附着塔架附着点标高为22.570m处的连接件。

　　 4) 将塔式起重机顶升至可安装附着塔架第2段立柱的高度位置。

　　 5) 安装第2段立柱及第2段立柱间腹杆。

　　 6) 安装塔身和附着点标高34.570m处的连接件。

　　 7) 将塔式起重机顶升至可安装附着塔架第3段立柱的高度位置。

　　 8) 安装第3段立柱及第3段立柱间腹杆。

　　 9) 安装塔身与附着塔架附着点标高46.570m处的连接件。

　　 根据现场施工条件，采用集中拼装，拼装胎架场地15m×20m。立柱吊装前，对立柱定位轴线进行校核，复核钢架基础尺寸与标高，地脚螺栓直径及其相对距离和伸出长度是否符合设计标准，并对立柱外形尺寸、螺孔位置及钢板方位等进行全面复核。校核满足要求后，画出钢立柱安装中心线。吊装时，采用二点起吊，吊点设在立柱上端部，于立柱底部绑扎麻绳，作为起吊钢架方向调整的牵制溜绳。吊装前需进行试吊，试吊要求将钢架一端起吊100～200mm时停吊，对锁具的牢固性进行检查，确认安全后将钢架缓慢起吊和转向。当钢架底端位于安装基础上方时，缓慢下降同时拉动牵制溜绳调整钢架对位，当钢架底端距离基础40～100mm时，调整立柱与基础准线达到准确位置，下降就位，并拧紧全部螺母，临时将钢架加固，达到安全要求后方可摘除吊钩。

　　 第2段与第3段附着塔架吊装时，在吊装至安装高度时，架体端头对准下方，主管采用螺栓临时固定，精确调整接头对位及垂直度后，再进行焊接。螺栓临时固定如图8所示。

　　 立柱校正与立柱固定同步进行，立柱在平面与基础对接就位时，属于一次对位，不再进行校正。立柱吊装穿入基础螺栓就位后，针对立柱标高及垂直度，需精密安装校正和调整，需调整柱底螺母至准确标高，利用经纬仪校核立柱垂直度。垂直度校正使用工具有大型撬杠、千斤顶、正反螺纹撑杆、缆风绳等，施加钢架垂直力或侧向力，同时调整柱底螺母。校正调整固定后，柱板与基础加双重螺母防止松动，立柱校正时还应考虑风力和温度等环境影响。

　　 成品后的钢构件在运输、装卸过程中注意构件保护，防止其损伤变形、残失。安装过程中，按规范要求，严格控制构件垂直度偏差、标高偏差、位置偏差及焊接工艺质量。对于电焊特别是熔透性焊缝，实行严格质量监控，确保焊缝质量达到Ⅱ级要求，并及时按规范要求对焊缝进行超声波无损探伤检查，检测合格后方可进入后道工序。

　　 空中进行节点紧固高强螺栓和焊接时，节点下方安装挂篮脚手架，工作人员在挂篮脚手架上作业，四周设有安全防护措施，人员上下使用梯子，梯子绑扎牢固并使用安全带，不在雨天、强风天气下作业。

　　 钢架吊装完成后，委托相关单位进行检测与验收，进行递增式负载试吊，针对钢架整体安全性进行评估，满足要求后投入使用。

　　 本文以广西柳州风情港柳宗元雕塑工程项目为例，在塔式起重机无附着结构主体的工程中，使用塔式起重机附着独立钢架进行施工，独立钢架可循环使用，达到安全、经济、正常施工要求。