自爬式塔吊安装方案设计与施工

周洁

提要：随着城市的发展，超高层建筑的设计不断涌现，对建筑施工技术要求也越来越高。由于超高层建筑结构庞大，地上主体建筑结构的施工高空吊装作业和物料运输任务非常繁重，如何更好地解决施工中的物件吊装和运输传送成了建筑施工的一个重要问题。本文通过一次成功的大型自爬式塔吊设计安装方案的设计与分析，为超高层建筑施工提供一个解决方案借鉴。

关键词:塔吊设计.加固.安装

中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：

1.工程概况

某超高层建筑,主体建筑标高302米,结构形式采用核心筒剪力墙结构+外钢结构框架体系,建筑外结构为玻璃幕墙。安装于地下结构的固定式塔吊由于受安装高度的限制，已难于满足大量的构物件吊装和材料、设备等的施工运输需要，因此在核心筒内安装2台自爬式塔吊成了施工的必然选择。两台塔吊安装在核心筒内,对角布置， 3#塔吊安装于核心筒西北角， 4#塔吊安装于核心筒东南角。根据本工程的实际现场情况，选择起重臂长55米和独立安装高度56米工况的进口法福克公司生产的M600D，该塔吊是整体自爬式，内燃机动力，全液压控制，起重力矩900t·m。当本工程最大工作幅度52.5米时的最大允许起吊重量为9.7 t。

2.塔吊安装设计．

2.1塔吊设计。本M600D自爬式塔吊组件中起重臂（含滑轮组，拉索等）和爬升专用节（含油缸等）是最重部件，单件重量为15 t。塔吊产生的水平力最大值为74 t，竖向力最大值为214 t。

2.2结构加固设计。

2.2.1井形结构处理设计。由于塔吊安装位置三面为核心筒剪力墙，另一侧为砌体墙(150mm厚)，考虑到塔吊的安装和不可预见的因素对结构的稳定性和承载力要求，在不影响其它设备布置和安装的基础上，,将核心筒内原砌体墙(150mm厚)更改为增加一道厚200mm的剪力墙墙体，需对增设的剪力墙墙体进行专项设计。

2.2.2核心筒剪力墙结构加固设计。塔吊产生的作用力传递路径为：塔吊--爬升梁—钢牛腿--墙体锚固件--剪力墙，需复核安装于墙体内的锚固件位置的原剪力墙墙体承载能力，进行加固处理以使剪力墙墙体满足受力要求，对墙体受力复核和加固处理必须进行专项设计，并征得设计单位的认可。

2.2.3墙体锚固件设计：墙体锚固件由塔吊厂家经计算校核后提供，其构造：两侧各一块Q235材质650*1100*30钢板，并由18条直径28二级钢筋两端塞焊连接，钢板间距厚度随墙体。

2.2.4首层梁板结构加固设计。采用250吨汽车吊作为安装起重设备在地下室顶板上进行安装4#塔吊，需复核楼板的承载力并调整梁板配筋设置。

3.钢牛腿支承设计

3.1牛腿节点构造设计。钢牛腿用水平两块，竖向三块厚30mm Q235材质钢板制作企口溶透焊接而成， Q235钢材屈服强度设计值205MPa，牛腿与墙体锚固件用企口溶透焊接连接。

3.2牛腿节点设计作用力的确定。塔吊爬升钢梁直接安放在牛腿上，来自塔吊的竖向反力直接作用在牛腿上，来自塔吊的侧向水平力（垂直于爬升钢梁方向）通过焊接在牛腿上的加劲限位钢板传递给牛腿，来自塔吊的轴向水平力(平行于爬升钢梁方向)通过附着框和焊接在牛腿上限位钢板来专递给牛腿。塔吊有两种最不利的工况：

工况1--起重臂垂直于爬升钢梁方向

工况2--平行于爬升钢梁方向。

如上文所述，考虑1.2倍的动力系数，塔吊最大竖向反力V= V0×1.2=214t*1.2=256.8t，最大水平反力H= H0×1.2=74t*1.2=88.8t。

工况1:竖向反力由四个支承牛腿均分，牛腿（每个节点）承受的竖向反力为V1牛=V/4=256.8t /4=62.2t。牛腿节点承受的轴向水平反力为H1牛（X向）=H/2=88.8t /2=44.4t。侧向水平反力H1牛（Z向）≈0

工况2:经计算分析，基于安全考虑,取竖向荷载全部由两个牛腿承担,即: V2牛=V/2=256.8t /2=128.4t，轴向水平反力H2牛（X向）≈0，侧向水平荷载则由四个牛腿均分，牛腿承受的最大水平荷载为H2牛（Z向）=H/4=88.8 t /4=22.2t；

偏于安全性，取上述两种最不利荷载工况牛腿产生的最大反力并进行组合。这样牛腿节点产生的各个方向的最大反力如下：

竖向荷载V牛=〔Max(V1牛, V2牛)= Max(62.2t, 128.4t)〕=128.4t

轴向水平荷载H1牛（X向）=Max(H1牛轴向, H2牛轴向)= Max(44.4t, 0t)=44.4t，

侧向水平荷载H2牛（Z向）=Max(H1牛侧向, H2牛侧向)= Max(0t, 22.2t)=22.2t。

3.3 计算结果。经验算可知，牛腿节点最大应力达181.26MPa，小于钢材屈服强度设计值205Mpa，钢牛腿结构强度满足规范的要求，是安全的。

4.爬升梁支承设计

4.1爬升梁。Q235钢材制作。爬升梁是特殊设计和加劲肋的位置调整得到生产厂家、安装单位和使用单位三方确认,并同意使用。

4.2爬升梁设计作用力的确定。牛腿节点产生的各个方向的最大反力均是来自塔吊的爬升梁,爬升梁的各向力大小为: 128.4t的竖向力、22.2t的侧向水平力、44.4t轴向水平力.

128.4t 128.4t

22.2t 22.2t

图一

4.3计算结果。经过计算得到爬升梁最大应力约180MPa，小于钢材屈服强度设计值205MPa；最大面外变形（z向）1.5mm；爬升梁强度满足规范的要求，是安全的

5. 塔吊的吊装方案设计与施工

5.1塔吊吊装设计:墙体锚固件要与核心筒剪力墙同步安装。根据核心筒结构特点，首道爬升梁安装在-1层楼板处，第二道爬升梁安装在+9.8米处,其余爬升梁按爬升步距安装.爬升步距为16.8米(4层标准层高)。考虑现场实际工作条件，采用250吨汽车吊作为安装起重设备在地下室顶板上进行安装4#塔吊. 利用4#安装3#塔吊。现场实际距离的吊距小于20m。

5.2 250吨汽车吊对4#塔吊各组件吊装能力计算分析

5.2.1起重臂的吊装。

1)吊机负荷率校核。250t汽车吊62.3m主杆工况、幅度20m时的额定起重量为17.7t，起重臂重量为15t，吊具重约0.5t，最大负荷率为：η=（15+0.5）/17.7×100%=87.6% 满足要求

2)钢丝绳安全系数校核。选用4根6*37+1--φ30mm×8m的钢丝绳，查得，其最小破断拉力为480KN，共挂4个头，则安全系数为： S=(0.82×48×4×cos30°)/15.5=8.8＞1.2安全

5.2.2 顶部A架的吊装

1)吊机负荷率校核。250t汽车吊72m主杆工况、幅度20m时，额定起重量为13t，A架重量为12t，吊具重约0.2t，最大负荷率为：η=（12+0.2）/13×100%=93.8% 满足要求

2)钢丝绳安全系数校核

选用4根6*37+1—φ22mm×6m的钢丝绳，查得，其最小破断拉力为310KN(即31t)，共挂2个头，则安全系数为： S=(0.82×31×2×cos30°)/12.2=3.6＞1.2安全

5.2.3分析结论: 250吨汽车吊在已超过现场实际距离的吊距最远20米工作半径内，起吊能力能够满足现场吊装需求。

5.3塔吊吊装步骤 ：吊装首道爬升梁---安装爬升专用节和C型梁--安装标准节和加强型标准节--安装第二道爬升梁和C型梁--安装塔吊下回转和上回转装置--吊装平衡臂--吊装发动机和卷扬机组--吊装配重--吊装A架--安装起重臂总成--绕各部钢丝绳--塔机防雷接地--塔吊载荷试验(空载试验、载荷试验、力矩限制器试验、行程限位装置试验等)及验收

6.塔吊安装中应注意的几个问题

（1）塔吊所有安装组件必须在工厂制作完成。（2）塔吊安装时要控制好塔吊和附件的水平度偏差不超过1‰，垂直度不超过2‰。（3）部件间的安装必须严格厂方说明书及厂方专家的意见进行。（4）安装完成和每次爬升后一定要组织各方检查验收，合格后才可投入施工。

7. 结束语

经过对塔吊钢牛腿支承、爬升钢梁支承等的设计和使用250吨汽车吊吊装,在征得塔吊生产厂家、安装单位、设计单位和使用单位等各部门的认可和同意后实施。经现场实际安装使用，结构的安全性得到保证，塔吊的安装和塔吊本身满足规范安全和技术要求，满足现场实际施工的需要。

参考文献：

1.《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）