范崇明

北京正和恒泰机械工程有限公司，北京 100102

 

摘要：介绍超高层建筑用塔机，安装形式和核心筒外挂内爬式，且首道外挂支撑体系的竖向支撑为垂直拉结方式，详细介绍了应用条件，外挂支撑体系安装工艺流程和操作要点。

关键词：塔机；内爬式；垂直外挂支撑

中图分类号：TU61        文献标识码：A

 

1 前言

　　随着近几年超高层建筑技术的不断提高，建筑物的建筑高度不断被刷新，建筑高度越来越高。这就使得在建筑施工过程中建筑材料的垂直运输越来越重要，并直接影响工程施工顺利进行和工期。为了保证垂直运输，同时减低经济成本，出现了核心筒内爬式塔机和核心筒外挂式塔机。但是随着建筑施工分区及施工工艺的穿插，塔机的布置及安装阶段需满足建筑的施工高度及空间位置，既不影响破坏已完成的结构，或已完成结构需提前投入使用，又要满足塔机的安装条件。

　　本文结合某项目工程L630-50塔机的垂直外挂支撑体系的施工，总结相关技术，解决施工难题。

图1

 

2 项目工程概况

　　项目工程建筑高度295m，地下室结构5层，地上结构58层，结构型式为“核心筒+外框结构”，该工程选用两台动臂变幅塔机进行物料的垂直运输工作，型号分别为STL600、L630-50，安装型式均为核心筒外挂式，由于L630-50塔机安装前，该建筑2层以下结构已完成施工，且需要定为样板间，即L630-50塔机安装所需的外挂支撑体系结构不得低于2层顶板结构高度，因此，L630-50塔机的首道支撑体系设计为垂直拉结结构形式，即将传统的外挂支撑体系首道支撑为承重结构转变为第二道支撑为承重结构，布置型式如下图2.1、2.2、2.3所示。

图2.1  塔机平面布置图

图2.2 塔机立安装立面布置图

图2.3 L630-50外挂支撑体系平面布置图

图2.4 L630塔机垂直外挂支撑体系结构立面图

　　由布置图可知，常规的外挂支撑体系应设计为“支撑主梁+下压斜撑杆”的结构形式，但因施工的需要，2层顶板标高以下结构已投入运营使用，所以传统的外挂支撑体系的斜撑杆无法使用，因此采用一种施工技术，即原下压斜撑杆结构设计为垂直上拉形式，即将原底部支撑体系（第一道支撑）由承重结构调整为上部支撑体系（第二道支撑）为承重结构，通过改变结构形式及受力方式，使塔机完成安装。

 

3 施工技术特点

　　(1)利用传统的外挂支撑体系结构，改变结构承载方式，将下压斜撑杆改为垂直上拉撑杆，从而成功整合了斜向连接与垂直连接各自的优点。

　　(2)采用三套支撑梁系统，支撑梁系统间的倒运为塔机外挂内爬提供充分条件。

　　(3)根据塔机使用工况，三套支撑梁中两套为普通型，一套为既可连接竖向斜撑杆又可连接垂直撑杆，最大限度提升支撑梁设计的经济性。

　　(4)超高层结构中，塔机外挂在核心筒外，将大大减小核心筒内结构施工影响，并使的塔机吊装范围利用更加充分。

　　(5)节点设计中充分考虑塔机支撑梁安装过程中施工便捷，同时将支撑梁体系与核心筒剪力墙体系连接成为一个整体进行受力，增加塔机体系受力安全性意图。

　　(6)施工方便，塔机支撑梁的复杂节点及连接孔和连接销轴均在在工厂制作，并进行预拼就位，降低复杂节点焊接难度，以减少现场的施工难度，增加现场施工精度。

　　(7)减少损耗，由于核心筒剪力墙随着结构升高，会有墙体厚度的改变，在塔机支撑梁上根据墙厚的变化尺寸设置转换支座，避免了多次加工不同规格塔机支撑梁，节约成本。

 

4 工艺原理

　　外挂支撑体系用于安装塔身的主肢，通过调节塔身主肢在支撑主梁上的安装位置来实现外挂架安装到不同厚度的墙体上。示意如图3，每个支撑主梁上安有两个塔身主肢支撑座，每个支座上有M、N、P、Q、R、S两排孔。当外挂架与800mm厚的墙体连接，塔身的主肢与支座上M、N两个孔连接，相邻两孔距100mm。当墙体变薄时，塔身主肢安装位置依次向右移动一个孔(向右移动100mm)，直至400mm墙厚时，塔身主肢与R、S两个孔连接。

图3

5 工艺流程及操作要点

5.1 工艺流程

5.2 操作要点

5.2.1 塔机支撑体系的设计

　　(1)塔机支撑梁形式模型建立及工况分析

图4.1  工艺流程图

　　a.建立模型

图4.2  垂直撑杆支撑体系                          图4.3  无垂直撑杆支撑体系

　　b.工况分析

　　工况一：上框架受扭矩和X正方向水平力；下框架受X负方向水平力和Y负方向垂直力，即塔机有向远离墙体一侧倾倒趋势。

　　工况二：上框架受扭矩和X负方向水平力；下框架受X正方向水平力和Y负方向垂直力，即塔机有向墙体一侧倾倒趋势。

　　工况三：上框架受扭矩和Z正方向水平力；下框架受Z负方向水平力和Y负方向垂直力，即塔机有向平行墙体一侧倾倒趋势。

　　工况四：上框架受扭矩和Z负方向水平力；下框架受Z正方向水平力和Y负方向垂直力，即塔机有向平行墙体一侧倾倒趋势。

　　工况五：上框架受扭矩和X顺时针135°向着墙体水平力；下框架受X逆时针45°背离墙体水平力和Y负方向垂直力，即塔机有与墙体成45°倾倒趋势。

　　工况六：上框架受扭矩和X逆时针45°背离墙体水平力；下框架受X顺时针135°向着墙体水平力和Y负方向垂直力，即塔机有与墙体成45°倾倒趋势。

　　(2) 考虑塔机的起重性能和吊装范围

　　塔机支撑梁采用较厚钢板进行加工制造，使支撑钢梁的自身重量会很重，在深化设计时，一定要充分考虑支撑梁吊装单体的重量，必须按逐块拼装钢板进行精确计算重量，将每块钢板的重量相加，然后再考虑工厂的焊缝，以及可能会遗漏的节点板，将钢板的重量之和乘一个系数得出最终的塔机支撑梁的重量。在这个基础上，还要结合现场吊装设备的起重性能，确保构件可以满足现场吊装设备的卸车和就位安装的要求。同时还要考虑到吊装设备的吊装范围，由于塔机支撑梁在塔机根部位置，即每台塔机的支撑梁在自己的吊装盲区。必须由另外吊装设备进行安装，要充分考虑安装塔机支撑梁的吊装设备的吊装范围和吊重能力是否满足，避免在施工爬升时无法正常进行塔机顶升。

　　(3) 考虑节点对现场安装影响

　　塔机要随着结构施工不断的爬升，这就要求塔机支撑梁在结构施工过程中要多次安装、拆除向上倒运。若塔机支撑梁的各连接节点过于复杂，对于现场安装将大大增加难度。但同时要克服节点位置的弯矩及剪力以保证安全性。因此本工程采用销轴的连接节点形式，不但便于安装和拆除，同时化解了节点位置的剪力。同时，对于多次倒运减小了材料浪费。

5.2.2 支撑体系的制作

　　支撑体系为箱型和圆管两种形式，其内部有大量加劲板，相距较近。根据支撑体系的结构形式，针对每种形式的支撑梁制定各自加工工艺。制定加工工艺时，要充分考虑焊接的可操作性，每个节点要分步骤进行组对、焊接、无损检测，确保每个节点能够顺利的完成。在制定焊接顺序时，为防止出现层状撕裂，采取先焊收缩量较大的焊缝，后焊收缩量小的焊缝；先焊拘束度较大而不能自由收缩的焊缝，后焊拘束度小而能自由收缩的焊缝。

5.2.3 支撑体系的安装

　　(1)安装前准备工作

　　安装第一道及第二道外挂支撑体系时，现场爬模架体未安装，可搭设脚手架供操作人员安装操作及焊接人员作业；当塔机后期爬升时，外挂支撑体系的倒运安装在爬模架体之下，爬模架体完全超过埋件位置进行塔机支撑结构的安装，安装操作人员无法在爬模平台上进行操作，故在安装过程中没有上人平台，高空作业安装及高空焊接多，施工难度大，对于现场施工人员要做好技术交底及安全教育，并排专人监督施工，保证安全。

　　塔机外部支撑结构的安装和焊接采取在外挂支撑体系的主梁及撑杆上部设置平台及防护栏杆，与建筑物连接端设置上人吊笼及平台，操作人员可以通过吊笼到达指定位置进行相关的安装和焊接作业（见图5.1）。

图5.1  支撑主梁加平台                        图5.2  实物应用照片

　　吊笼需在塔机支撑安装前提前加工制作完成，保证操作人员能够到达安装位置。

　　(2) 塔机支撑结构安装

　　a.预埋件埋设

　　在核心筒剪力墙钢筋绑扎过程中按照埋件定位图将塔机附墙埋件埋入指定位置，复核埋件的平面位置及标高后将埋件与剪力墙钢筋点焊固定牢靠，埋件埋设的过程务必按图施工，避免用错埋件及埋件方向装反的情况发生(见图5.3）。

图5.3  塔机埋件埋设完成

　　b.塔机主梁耳板焊接

　　当核心筒剪力墙混凝土浇筑完成，爬模爬升的过程中施工人员利用爬模的最后一道外挂架将主梁与埋件相连的耳板提前焊接完成，焊接方式采用二氧化碳气体保护焊进行焊接。耳板竖板与埋件间焊缝为全熔透焊缝等级为一级，要求100％探伤检查(见图5.4）。

图5.4  塔机主梁耳板焊接完成

　　c.安装一侧附墙结构主梁及竖向斜撑或垂直撑杆

　　首先在地面将塔机主梁和斜撑通过销轴进行连接，必须将销轴打到位，并穿开口销，开口销开口达到30°以上。斜撑与埋件之间连接的耳板吊装前通过销轴挂在斜撑末端，并穿上开口销。将斜撑下部与主梁末端通过倒链进行临时固定，通过倒链保证当塔机吊起主梁后，主梁与斜撑之间的张角接近实际安装角度。当塔机吊起主梁和斜撑至埋件位置后缓缓就位，操作人员在操作平台上通过倒链拖拽主梁至就位位置，将主梁与埋件上的耳板通过销轴固定住，并穿上开口销(见图5.5）。

图5.5  塔机主梁及斜撑安装

　　将主梁与核心筒埋件通过销轴连接后，利用水平仪复测主梁水平度，将水平度控制在1‰以内。保证塔机主梁的水平度后，操作人员通过拉拽倒链将斜撑角度调整至设计位置，复核无误，将耳板紧贴在埋件板上，立即进行点焊临时固定耳板。然后采用二氧化碳气体保护焊对耳板和埋件进行焊接，焊接过程应注意焊缝质量，焊接完成后对焊缝进行探伤。当斜撑埋件焊接完成后，塔机方可摘钩(见图5.6）。

图5.6  塔机主梁及斜撑安装完成

　　d.水平撑杆安装

　　将水平撑杆与埋件相连的耳板通过销轴进行连接，穿上开口销。塔机吊起水平撑杆至就位位置后，一名操作工人坐在主梁端头将水平撑杆拖拽至对应位置将水平撑杆的销轴孔与主梁上销轴孔对齐，然后打入销轴，穿上开口销，完成水平撑杆和主梁之间的连接(见图5.7）。

图5.7  水平撑杆安装

　　另一名操作工人将水平撑杆上带有埋件耳板的一端拉至就位位置，调整好角度，复核水平撑杆的位置后，将耳板紧贴埋件立即点焊进行固定，然后采用二氧化碳气体保护焊对耳板和埋件进行焊接，焊接过程应注意焊缝质量，焊接完成后应对焊缝进行探伤。焊接完成后塔机摘钩，水平撑杆与核心筒埋件连接完成。由于三角形具有稳定性，至此塔机主梁、塔机斜撑、水平撑杆与核心筒将组成一个稳定的空间几何单元，塔机一侧的附墙结构完成全部安装(见图5.8）。

图5.8  水平撑杆安装完成

　　e.另一侧主梁、斜撑及水平撑杆的安装

　　首先重复安装步骤c，完成塔机主梁和斜撑的安装；之后重复安装步骤d，完成水平撑杆与塔机主梁和核心筒埋件的固定。至此另一侧的塔机附墙也形成了一个稳定的空间几何单元，塔机两侧附墙结完成全部安装(见图5.9）。

图5.9  另一侧主梁、斜撑及撑杆安装完成

　　f.塔机主梁之间水平连杆安装

　　当两侧的塔机主梁安装完成后将水平连杆吊至就位位置后，操作人员分别在主梁两侧进行操作，将水平连杆端头插入主梁上的耳板之间，对准孔位后将两侧的销轴分别打入，穿上开口销。重复以上步骤完成四根水平连杆的安装。至此一道附墙结构全部安装完成(见图5.10）。

图5.10  水平连杆安装完成

　　(3)塔机支撑安装完成

　　当塔机支撑结构安装完成后，标志一道塔机支撑全部安装完成结束。按照此做法安装以后的塔机支撑，给塔机的每一次爬升创造条件。

　　(4)塔机安装

　　当两道外挂支撑体系安装完成后，进行质量验收，验收合格后方可进行塔机的安装及爬升。

 

6 结束语

　　本施工技术可以保证超高层建筑核心筒墙体收缩或外挂支撑体系的首道支撑（第一道支撑）无法采用下压撑杆形式时，满足塔机的安装及爬升施工要求。施工重点在于析塔机支撑梁体系受力及对原核心筒剪力墙体系影响，并对塔机支撑梁各个连接节点深入理解其设计用意，对其进行节点深化，综合考虑核心筒剪力墙的应力分布、加工厂的制作工艺，现场塔机吊装的可行性，以及现场安装、焊接人员的操作空间，确定塔机支撑梁的形式。在现场施工时，充分把握塔机支撑梁的特点，确保后期塔机使用的安全性。根据塔机爬升次数，确定支撑体系各结构预埋件的位置，确保塔机及支撑梁之间传力的稳定性。此施工技术已成功应用于深圳岁宝国展项目、北京丽泽SOHO等项目工程。

 

参考文献

[1] 刘文华，王善科，周树军.动臂内爬塔机倒梁装置[J].建筑机械化.2014(12)：83—85

[2] 张桢，黄豪华，黄国健.内爬式塔机的外挂支承架的设计计算与测试[J].建筑机械化.2015(04)：77—81  

(责任编辑：休鱼）