双塔吊组合吊装施工技术在某超高层建筑中的运用

吴三元，陈紫平，林水亮，吴隽，李加财

（1贵州大学 土木工程学院，贵州贵阳 550025；2福州大学 土木工程学院，福建福州 350116；3上海建工五建集团有限公司，上海 200000）

0 引言

随着经济的发展，大量高层、超高层建筑拔地而起。为了保证建筑的受力，设计师加大柱子截面，同时在柱中加入形状各异的型钢柱，与钢筋混凝土共同受力，承受荷载。然而钢材属于高密度材料，且为降低造价、保证工期，型钢柱通常采用2～3层一吊，钢柱经常长达8m以上，重量不低于6t，而施工现场往往由于场地的限制、先期考虑不足及塔吊起重量受限等问题使得型钢柱的吊装遇到困难。对于如何在既有塔吊的情况下，吊装超重型钢柱，更是工程中的一大难题。本文将着重介绍某综合业务楼施工中，利用双塔吊组合吊装超重型钢柱的施工技术。

1 工程概括

福建省福州市某综合业务楼，框架剪力墙结构，地下3层，地上30层，建筑高度156m。该项目占地面积10047m2，总建筑面积84668m2，主要由塔楼、裙房等部分组成，为超高层建筑。主体结构地下负3层至地上16层，由24根内包十字型钢的型钢-混凝土方柱撑起。方柱最大截面尺寸为1350mm ×1350mm，对应的型钢型号为BH800×400×25×30，最小的截面尺寸为1000mm×1000mm，对应的型钢型号为BH700×300×14×22。 17层以上为钢筋混凝土方柱。

塔楼东西两侧，在轴对称位置分别装了一台塔吊，东侧塔吊型号：QTZ160（JL6518），臂长47.5m，西侧塔吊型号：QTZ280（JL7032）,臂长52.5m。 具体起重性能如表1和表2所示。

当型钢柱吊装至第九节13层底板时，GZ2-4、GZ2-8、GZ3-3与GZ3-4四根十字柱长12.3m，重5.966t～6.813t不等，皆因为场地限制致使塔吊在既有起重性能下无法直接吊装。如何在既有条件下安全、迅速、经济、合理地解决吊装问题，是此时的一大难题。型钢柱及塔吊平面布局如图1所示。

表1 QTZ160塔式起重机起重性能表（47.5m臂长）

表2 QTZ280塔式起重机起重性能表（52.5m臂长）

图1 钢柱与塔吊平面布置图

2 吊装方案

该建设项目围墙边界外的北侧和东侧受路宽限制、南侧因道路性质皆无法让托运型钢柱的大型卡车随意停靠、调转。故项目一开始，就将钢柱堆场（形心）设置在塔吊QTZ280西侧29m处（因裙房的原因），是一块约10m宽、26m长的矩形场地。在第9节钢柱即13F底板以下，东侧的钢柱吊装都是分成两步走：（1）利用西侧塔吊QTZ280将运至西侧大门的钢柱转移到东侧紧靠塔楼、塔吊QTZ160工作幅度范围内的空地上，即A区构件转运区（长14.75m，宽14m）；（2）利用东侧塔吊QTZ160进行吊装。

在第8节钢柱安装完毕后，南侧空地由于卸料平台、人货梯、材料加工等其他因素的影响，钢柱只能吊运到距离西侧塔吊30m处的南面位置，此时塔吊QTZ160已经无法满足西侧GZ2-4、GZ2-8、GZ3-3与GZ3-4的吊装了。

工期紧张，在既有条件下，为安全、迅速、经济、合理地解决吊装问题，只能利用两台塔吊相互配合，组合吊装。具体方案如下。

（1）将塔吊QTZ280大臂摆到西侧钢构件堆场方位，塔吊小车开到构件堆场上方，落钩至构件上方工作人员能够够着的位置，用两条两端都有卸扣的钢丝绳分别一端锁在钢柱腹板圆孔上，一端扣在塔吊吊钩上。检查无误后，指挥人员指挥塔吊慢慢起钩，同时大臂慢慢右转，使钢柱以一端为支点旋转直至钢柱直立，脱离地面并停止摆动，如图2所示。

（2）中速起钩，大臂旋转至塔楼区，小车开至钢柱平面布置图的阴影区域，下钩直至钢柱底部距离楼板面约50cm处。同时，塔吊QTZ160大臂往该钢柱方位摆动，小车开至与该钢柱水平距离约1m处，下钩至工作人员能够够着的位置。用两条两端都有卸扣的钢丝绳，分别一端锁在钢柱底部耳板圆孔上，一端扣在塔吊QTZ160吊钩上。检查无误后，指挥人员指挥塔吊QTZ280缓慢下钩，QTZ160缓慢起钩，并背离摆臂直到钢柱水平。 塔吊QTZ280继续缓慢下钩，QTZ160缓慢起钩，并相向摆臂直到钢柱几乎直立，如图3所示。

图2 型钢柱的旋转与直立

图3 型钢柱的空中接力

（3）指挥人员指挥两台塔吊司机，协调好两台塔吊大臂摆动方向、小车行进方向及速度，共同将型钢柱运至QTZ160能够独立起吊型钢柱的位置，卸掉钢柱底部QTZ280的钢丝绳，由QTZ160将钢柱运送至指定柱位，调整好方位落钩，在钢柱四面耳板位置，用连接板将上下钢柱做临时固定[1-3]，如图4所示。

图4 型钢柱的运送与安装

3 方案分析

3.1 型钢柱受力分析

GZ2-4、GZ2-8、GZ3-3与GZ3-4，四根十字柱长皆为12.3m，重5.966～6.813t不等。 GZ2-8重6.813t，最重，不妨以此为研究对象，型钢柱在“空中接力”过程中，所受的水平力很小，忽略不计，假设只有竖向产生约束[4]，即只受吊钩的竖向拉力，且取型钢重量为7T，型钢柱受力分析如图5所示。

图5 型钢柱的受力分析

由受力分析可知

其中，T1和T2分别为塔吊QTZ280和QTZ160所受的拉力，G为型钢柱所受的重力。

因为型钢柱的“空中接力”是在阴影区域（如图1所示）中完成的，之后由塔吊QTZ280和QTZ160共同将型钢柱运至QTZ160能够独立起吊型钢柱的位置，在整个过程中，塔吊所承受的荷载都不会超过塔吊的极限承载力，受力能够满足要求。

3.2 卸扣选取

GZ2-4、GZ2-8、GZ3-3与GZ3-4四根十字柱长皆为12.3m、重5.966～6.813t不等。 GZ2-8重6.813t，最重，不妨以此为研究对象。

钢柱在两卸扣的作用下起吊，故每个卸扣的受力大小约为3.5t。

3.2.1 销轴选取

销轴，Q235钢，当直径D>16～40时，钢材抗剪强度设计值fv=120N/mm2[5-6]。由公式

取销轴直径D=25mm

3.2.2 D型卸扣尺寸

根据卸扣的受力情况及所选取的销轴直径，根据国家标准 《一般起重用D形与弓形锻造卸扣》（GB/T 25854-2010/ISO 2415：2004）[8]，可得所选取的D形卸扣尺寸如图6及表3所示。

图6 D形卸扣尺寸

表3 D形卸扣尺寸

故最终选取的D形卸扣型号为：GB/T 25854-6-D-W-8。

3.3 腹板吊孔设计

在知悉现场的吊装情况时，钢柱已经运达施工现场。若采用双塔吊组合吊装方案，钢柱的上、下两端都必须有能够供塔吊起吊用的耳板，而运至现场的钢柱，只有“下端”有耳板，而上端无耳板。为能够顺利实施双塔吊组合吊装方案，最简单有效的方法就是在腹板的对称位置开两个孔。

3.3.1 孔位与腹板边距

腹板，Q345B钢，当板厚t=20>16～35时，钢材抗拉、抗压强度设计值f=295N/mm2，抗剪强度设计值fv=170N/mm2[5-6]，不妨设孔上边缘距离腹板顶边距离为h。由公式

3.3.2 腹板局压验算

由公式[4]σ

抗压强度满足要求。

腹板开孔位置及尺寸如图6所示。

图7 腹板开孔位置

3.4 方案特色

在决定采用双塔吊组合吊装施工方案（方案一）前，项目部还有另外一种方案（方案二）：将超重型钢柱拉回加工厂一分为二（严禁现场自行切割），然后再运回施工现场吊装。经详细计算分析之后，不难发现，方案一有其独特的优势。

3.4.1 保证进度

该节钢柱位于标准层，进度上要求7d一层。对于标准层的施工，以塔楼平面图的对称轴为界，分为东、西两个施工段，流水作业。

如果采用方案二，将超重型钢柱运回加工厂一分为二，然后再运回施工现场吊装，在不计吊装、焊接、焊缝探伤（皆比方案一多一次）等工序所耗费时间的情况下，因运输、加工、矫正所耗费的时间至少得2d（按2d计），这不利于进度计划的执行。

3.4.2 节约成本

如果采用方案二，在成本控制上，不仅仅要增加构件运输、加工、安装、探伤等费用，工期还延误2d。因为型钢柱是主体结构的主要承重构件，如果钢柱无法按时吊装完毕，将会影响后续工序的进行，这将造成工人窝工、机械设备闲置、进度赔偿等，不容忽视。具体费用计算如表4所示。

表4 方案二增加的费用清单

从表4可知，方案二要比方案一多支出13.6万元，方案二不利于成本的控制。

3.4.3 安全与质量

安全与质量，是每次项目例会都必须提到的，尤其是安全，更是重中之重，一旦安全出现问题，不管其它方面做得有多好，都很可能被全盘否定。在采取方案一前，方案经过反复论证，钢构班组、塔吊司机、塔吊指挥等都是经过培训、具有相关资格证书的作业人员，吊装当日，安全员、技术负责人等也都亲赴现场指导，安全是能够得到保证的。反而是方案二，因为12.3m的钢柱被一分为二，增加了吊装次数、增加了钢柱拼接连接点的数目，反而不利于受力。故而方案一，无论是从安全上，还是质量上，都是可以保证的，而且优于方案二。

4 结语

在未来40年里，我国将努力完成全面现代化的战略目标，城市化水平将超过65%。各大城市，寸土寸金，超高层建筑必将不断增多。对于截面相同的构件，钢筋混凝土内包型钢将大大提高构件的延性、抗震性、变形能力等多方面的性能，因而被广泛应用于超高层、大跨度等结构中。然而，在施工过程中，往往由于场地限制、塔吊起重受限等诸多因素，使得型钢柱吊装很不顺利，进而影响施工进度，提高工程造价。

本文以某综合业务楼为背景，详细介绍了在塔吊起重受限的情况下，利用双塔吊完成超重型钢柱的空中接力，在保证安全、质量、进度而又不影响成本的条件下，顺利地完成了塔楼东侧第九节型钢柱中GZ2-4、GZ2-8、GZ3-3与GZ3-4这四根十字柱的吊装，取得了良好的效果，为超高层、大跨度工业厂房等类似的用钢工程提供了借鉴，有一定的参考意义。

[1]余伯华，李水明，刘用海.超高层建筑型钢柱吊装施工质量技术控制[J].山西建筑，2009，35（1）：21-22.

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[8]GB/T 25854-2010/ISO 2415:2004一般起重用D形和弓形锻造卸扣[S].北京：中国计划出版社，2010.