起重机在高层建筑的施工应用技术

彭博贵

摘要：随着我国高层建筑的不断建设增多，各种新工艺新技术也不断在改革，在高层建筑工程施工所需大型起重机械应用较为广泛。本文以工程案例，对起重机在高层建筑的拆除与换塔施工进行分析，供同行借鉴参考。

关键词：高层建筑；起重机设备；拆除技术；换塔技术

一、工程概况

某建筑工程是由4 栋塔楼及 5 层裙房组成的综合建筑，总建筑面积49463. 05m2。其中有超高层酒店建筑，结构为型钢混凝土框架-钢筋混凝土筒体。本项目施工用于起重设备是QTP315 塔式起重机2台，主要用于外围钢结构构件和核心筒物料倒运，在施工至21层后起重机出现故障（变频器频繁烧坏、滑轮强度过小、钢丝绳脱轨等现象过于频繁），需要1台STL420及1台JCD260内爬式塔式起重机，满足施工需要。

二、换塔设计

（一）塔式起重机配置

STL420与JCD260 内爬式塔式起重机的技术性能如表 1 所示。

表1 塔式起重机基本参数

塔式起重

机编号 塔式起重

机型号 安装

臂长/m 吊重/t 安装

高度/m 最终工作

高度/m

N1 QTP315 50 16 40 150

N2 QTP315 50 16 40 150

1 STL420 50 1倍率最大12 150 280

2 JCD260 50 2倍率最大8 150 280

注：N1，N2号塔式起重机最终工作高度为拆除高度

超高层垂直运输施工主要吊重依据为外围钢结构柱，经统计，21 层以上钢柱最大质量为 7. 8t，2台塔式起重机均能承担以上各层重物的吊运工作。

（二）塔式起重机性能及基础设计

（1）STL420 塔式起重机

①塔式起重机性能

STL420 塔式起重机安装H205B 标准节8个，内爬间距 15 ～18m，使用臂长50m。

②基础设计

起重机上层承受水平荷载，下层承受竖向荷载。上层基础设置于 33 层，下层设在29 层，29层的核心筒已施工完毕，埋件预埋已无法进行，因此使用穿墙螺栓+牛腿形式。在29层剪力墙开直径为 100mm 圆孔，内插Φ4.8mm x3mm 钢管，搭设水平脚手架，上铺 18mm厚多层板。施工人员在此平台上进行结构钻孔和牛腿焊接（见图 1）。

图1 STL420塔式起重机下层基础定位

剪力墙内设有暗柱，在进行穿墙时必须避让。在西北侧剪力墙各做穿墙螺栓 + 牛腿+转换钢梁，将内爬钢梁搭在转换梁上（见图2）。

图2 暗柱处转换钢梁示意

STL420 上层基础设置于 33 层，33 层核心筒尚未施工，故基础采用预埋夹板+牛腿形式（见图 3）。施工人员可在爬模架体内进行牛腿焊接。

图3 STL420 塔式起重机 33 层及以上基础布置

（2）JCD260 塔式起重机

①塔式起重机性能

JCD260 塔式起重机由四川锦城建筑机械有限责任公司生产。使用13个L69B标准节（截面2mx2mx3m），内爬间距12～18m，使用臂长50m。

②JCD260 塔式起重机基础设计

JCD260 下层基础放置于 29 層，上层基础放置于 32 层，下层基础承受竖向荷载，上层基础承受水平荷载。29 层基础 4 个支撑点中，3 个设置在结构梁上，采用化学螺栓+马凳形式，第4个支撑点设置于东北角剪力墙处（其中左排和中间排采用穿墙螺栓，右排遇剪力墙无法穿透，采用化学植筋形式进行锚固），具体如图 4，5 所示。

图4 JCD260 下层基础设计（核心筒 29 层）

图5 化学锚栓基础

CD260 塔式起重机上层基础设置于 32 层，梁上支撑点采用化学螺栓植筋 + 马凳形式，剪力墙上支撑点采用预埋夹板+牛腿形式（见图6）。

图6 JCD260 塔式起重机上层基础设计（核心筒32层）

（3）塔式起重机转换

主楼核心筒施工至 33 层。2 台 QTP315 塔式起重机分别安装在核心筒的西北侧和东南侧。4 台塔式起重机平面关系如图 7 所示。具体拆换流程：①使用 N1 塔式起重机（西北侧）拆除 N2 塔式起重机（东南侧）；②使用 N1 塔式起重机安装 JCD260 塔式起重机；③使用 JCD260 塔式起重机拆除 N1 塔式起重机；④使用 JCD260 塔式起重机安装 STL420塔式起重机。

图7 塔式起重机平面关系示意

三、换塔流程

（一）换塔准备

（1）结构施工

根据 2 台塔式起重机的基础设计，核心筒结构需施工至33 层，以满足 JDC260 塔式起重机在32 层的基础构件预埋以及 STL420 塔式起重机在 33 层的基础构件预埋，且目前待更换塔式起重机N1，N2 高度尚满足结构施工需要。

（2）爬模架体吊除

由于 2 台更换塔式起重机设置核心筒中尚有爬模架体施工，需将爬模架体吊除后方可进行安装，且由于爬模架体结构受到影响，需对其进行改造，爬模架体吊除后结构施工需利用 2 台塔式起重机互相吊装爬模模板进行结构施工（见图 8）。

图8 爬模架体拆除

（3）场地准备

塔式起重机进场前需对进场道路和塔式起重机部件堆放场地进行清理，以便塔式起重机拆除后运输和待使用塔式起重机构件堆放。根据现场实际情况，采用超高层西北侧堆放拆除后的塔式起重机部件，超高层北侧场地堆放新塔部件。

（4）机具准备

塔式起重机拆除过程中，利用 N1塔（QTP315）拆除 N2 塔（QTP315）并安装JDC260塔，利用JDC260 塔拆除 N1 塔并安装STL420塔，利用1台50t 汽车式起重机进行JDC260塔及STL420塔部件的吊运。

（二）塔式起重机拆除

QTP315 塔式起重机 N2 的拆卸由 QTP315 塔式起重机 N1完成。2台 QTP315 塔式起重机距离约19m，QTP315 塔式起重机 2 倍率吊重 8t，N2塔式起重机部件最重约 6. 24t（50m 大臂），满足 N2 塔式起重机部件拆除的吊重要求。QTP315 塔式起重机 N1距离 JCD260 约 16m，JCD260 塔式起重机2倍率吊重8t，N1塔式起重机部件最重约 6. 24t（50m 大臂），满足 QTP315 塔式起重机 N1 部件拆除的吊重要求。

（1）拆除配重

将缆绳固定在塔顶，将吊臂降至零位，吊臂悬挂在缆绳上，然后将配重块从配重框内拆卸。

（2）拆卸起重臂安装配重系统拖绳，降下拉臂滑轮组，拆除其与拉杆连的销，用拆卸塔式起重机起吊拉臂滑轮并卷起拉臂钢丝绳。用拆卸塔式起重机吊起吊臂，拆下塔头和压重杆上的销。吊起吊臂并将缆绳固定在吊臂上。降下吊臂并放在支架上，卸下钢丝绳并将钢丝绳缠绕在卷筒上，拆卸吊臂，固定平衡臂与回转塔身之间的缆绳。拆下的大臂直接由拆卸塔式起重机吊至地面酒店西北侧场地。起重臂拆除平面如图9所示。

图9 大臂拆除平面示意

（3）拆卸塔帽、拉杆和拉臂滑轮组分别拆除平衡臂拉杆、滑轮组和塔帽，拆除后放至地面。

（4）拆除平衡臂总成拆除平衡臂上起升机构，放至地面。用钢丝绳将压重移动系统和平衡臂连接起来，吊起平衡臂，拆除平衡臂将其放至地面。

（5）拆除回转塔身拆除回转塔身和回转上支座的连接螺栓，拆除回转塔身，放至地面。

（6）拆卸驾驶室拆除驾驶室，放至地面。

（7）拆卸回轉总成拆除上、下回转连接螺栓，将回转上、下支座打开分次拆除，然后转运至地面堆场。

（8）拆卸剩余标准节及内爬基础节拆除塔式起重机塔身节，遇塔式起重机内爬框，先拆内爬框，然后继续拆除塔身节，直至塔身节拆除结束。拆除的塔式起重机部件转运至地面堆场。

（三）塔式起重机安装

N1塔式起重机QTP315和JCD260塔式起重机距离约16m，QTP315塔式起重机2倍率吊重8t，JCD260塔式起重机部件最重约平衡臂总成（8. 4t，起升机构后装）和回转总成（8. 1t，上、下回转打开分次装），满足JCD260塔式起重机部件安装的吊重要求。STL420距离JCD260约19m，JCD260塔式起重机4倍率吊重14t，STL420塔式起重机部件最重为回转总成（14.5t，需上、下回转分开），满足STL420塔式起重机部件安装的吊重要求。

（1）安装内爬钢梁和内爬框

在上、下层基础楼层将钢梁按照图纸平放在埋件或牛腿上，调整钢梁的水平高误差在1 /1000之内。将钢梁与埋件和牛腿或马凳焊接连接。安装内爬框，并与支撑钢梁螺栓连接，全部螺栓使用双螺母。控制内爬框的水平度在1 /1000之内。

（2）吊装内爬节和标准节

一次安装内爬节和标准节，并保证内爬节和内爬钢梁连接牢固可靠。

（3）吊装回转总成和驾驶室

先吊装下回转支座，用8根Φ70 x 125销轴将其与塔身节销连，并用安全销Φ70 x 55紧固。吊装上回转支座时，用M27高强度螺栓将上、下回转连接起来。

（4）安装回转塔身

将回转塔身吊起，用M30 x160螺栓固定在回转上。注意倾斜方向是平衡臂方向。

（5）安装平衡臂在地面将平衡臂组装好，在平衡臂两端各系1根长绳，以便在地面上控制吊装平衡臂的方向，同时防止与周围建筑物相碰。将回转调整好位置。用Φ28.0mm吊索将平衡臂吊离地面，组装配重移动系统。配重移动系统安装完毕后将平衡臂吊到安装高度，吊起后使平衡臂略向前倾，到位后穿上上面的2个Φ20mm x 210mm销轴，并用开口销锁住，下放平衡臂，以便销上、下2只销轴Φ20mm x 90mm，并插上开口销，平衡臂安装就位后拆除吊具。将起升机构吊起，然后安装至平衡臂上。

（6）安装塔帽 将拉臂滑轮组和平衡臂拉杆与塔帽组装好，整体吊装，与回转塔身用Φ80mm x350mm销轴连接固定。

（7）穿绕钢丝绳。

（8）安装起重臂在地面组装50m起重臂和相应长度拉杆。拉杆组装好后固定在大臂上弦杆上的拉杆架上，并将安全绳连接固定好。调整好回转位置，50m起重臂重约6.24t。50m起重臂参考重心约在22.5 m处，现场吊装时可适当视情况调整。在起重臂两端各系1根绳，以便在地面上控制吊装起重臂的方向，同时防止与周围建筑物相碰。吊起起重臂至销节处，穿上Φ45mm x240mm销轴并插上开口销。此时起重机不要松钩，开动变幅机构，利用变幅钢丝绳安装好安全绳和拉杆。

（9）安装配重 50m臂长时需用6块配重共28. 6t，每块4. 8t。

（10）塔式起重机空载试车 起升、变幅，并检查运行情况，要求塔式起重机运行平稳，无异常抖动，无异声，钢丝绳无绕头。

（四）塔式起重机顶升

（1）JCD260塔式起重机内爬流程

安装第2道爬升框，并在第1道爬升框处安装顶升机构和止动装置，将8块楔块插入第2道爬升框并穿上销轴。配平塔式起重机，启动顶升机构，并密切观察压力表，当压力表压力达到初顶升压力时，暂停顶升。此时即可松掉特殊节与固定支腿的连接。然后继续顶升到位，并将1. 5m节与第2道爬升框连接固定。待建筑物施工到一定高度，安装第3道爬升框。

将顶升机构从下爬升框处拆除，安装在上一道爬升框处，启动顶升机构，使油缸微微向上顶起，然后拆除特殊节与下爬升框的连结，并拆除下爬升框。再启动顶升机构，将塔式起重机顶升到位，并将顶升机构处的爬升框与特殊节连结。待建筑物施工到一定高度，将己拆除的爬升框安装在最上部。

将顶升机构由原来位置拆除，安装在上一道爬升框处，启动顶升机构，使油缸微微向上顶起，拆除下爬升框与特殊节的连结，并拆除下爬升框，再次启动顶升机构，将塔式起重机顶升到位，并将顶升机构处的爬升框与特殊节连接。

重复以上操作，直到塔式起重机到达施工的要求高度。

（2）STL420塔式起重機内爬流程

爬升前，首先安装第3道内爬框，并在第2道爬升框处安装顶升机构。启动顶升机构，并密切观察压力表，当压力表压力达到初顶升压力时，暂停顶升。此时即可松掉内爬节与内爬框之间的顶紧装置。然后继续顶升到位，并将内爬节与第2道爬升框连接固定。待建筑物施工到一定高度，安装第4道爬升框。

将顶升机构从下爬升框处拆除，安装在上一道爬升框处，启动顶升机构，使油缸微微向上顶起，然后拆除内爬节与下爬升框的连结，并拆除下爬升框。再启动顶升机构，将塔式起重机顶升到位，并将顶升机构处的爬升框与特殊节连结。待建筑物施工到一定高度，将己拆除的爬升框安装在最上部。

将顶升机构由原来位置拆除，安装在上一道爬升框处，启动顶升机构，使油缸微微向上顶起，拆除下爬升框与内爬节的连结，并拆除下爬升框，再次启动顶升机构，将塔式起重机顶升到位，并将顶升机构处的爬升框与内爬节连结。

重复以上操作，直到塔式起重机到达施工的要求高度。

四、换塔效果

塔式起重机更换完成后，施工速度大大加快，为后期超高层赶工期创造了重要条件，且消除了原有塔式起重机的诸多安全隐患，也取得了一定的经济效益。

五、结语

整个换塔过程中，重难点在塔式起重机的基础和附着设计上，由于下层基础己施工完毕，基础采用穿墙螺栓和化学锚栓的形式进行锚固，外部进行马凳或牛腿的连接，对结构开孔的精确度要求较高。高空施工中，人员的安全问题尤为重要，安全措施也在其中发挥了重要作用。拆卸和安装过程中塔式起重机厂家和现场总包安全人员全程监督，确保了每一施工步骤的安全性。塔式起重机顶升后，底层基础钢梁通过外围卸料平台进行周转倒运，以满足塔式起重机的顶升。