吉隆坡标志塔施工中的塔吊支撑架吊杆设计与应用
2018-12-27赵中原周文凯罗立峰
赵中原 周文凯 周 克 罗立峰 张 薇
中国建筑第八工程局有限公司 上海 200125
1 工程概况
马来西亚吉隆坡标志塔由塔楼和裙楼组成,其中塔楼地上93层、地下7层,东西两侧裙楼地上4层,南侧裙楼地上5层,总高度438.37 m,为超高层综合楼。
本工程塔楼为钢框架-混凝土核心筒结构,钢结构构件总质量24 000 t。主塔楼采用2台L500-32外附着于核心筒和1台ZSL-380塔吊设置于楼梯井内配合主楼结构施工,塔吊分2个阶段布置:33层以下施工阶段,4#塔吊通过设在核心筒楼梯井内的钢支承架进行内爬,支承架间距16 m;33层以上东西侧混凝土墙取消,此时4#塔吊转换为外附着于核心筒外侧的楼梯井中。本文主要讨论5#、6#塔吊(图1)。
图1 标准层塔吊平面布置
2 支撑架吊杆的构造及设计
2.1 吊杆的构造
结合塔吊塔身外框的布置特点和吊杆的功能要求,将吊杆(图2)设计成高度1.42 m(塔身2个卡扣之间的距离),伸出塔身长度为1.5 m(塔身外表面至支撑架大梁中心之间的距离)。
2.2 吊杆的分析计算
2.2.1 塔吊整体受力分析
根据塔吊手册中提供的反力,结合荷载分析简图(图3),可得弯矩M=1 839.8 kN·m。
图2 吊杆示意
图3 荷载分析简图
2.2.2 标准节受力计算
由于塔吊吊臂方位的不同,致使标准节受到的内力不同,现将塔吊吊臂方位分为5个方位(图4)。
图4 吊臂方位
1)方位1、方位3、方位5。塔身角部钢柱所受到的竖向力(钢柱之间的距离d为2.3 m。由于拆装塔吊支撑架时塔吊自身停止工作,故荷载计算仅考虑塔吊非工作状态)分为:V1=V2=V/4+M/(2d)=884.2 kN;V3=V4=V/4-M/(2d)=84.8 kN。
2.2.3 建立计算模型
该吊杆使用结构分析软件MIDAS建立模型进行计算,并考虑6种工况:
1)工况1:方位3,吊杆钢丝绳正常工作。
2)工况2:方位2或方位4,吊杆钢丝绳正常工作。
3)工况3:方位3,吊杆钢丝绳非正常工作。
4)工况4:方位2或方位4,吊杆钢丝绳非正常工作。
5)工况5:方位1或方位5,吊杆钢丝绳非正常工作。
6)工况6:方位2或方位4,吊杆钢丝绳非正常工作。
其中,吊杆钢丝绳非正常工作是指吊杆上2根钢丝绳中的一根破断。
2.2.4 施加荷载
最大的塔吊支撑架杆件质量为7 t,正常工作(工况1、工况2)时每个吊杆端部受到35 kN的竖向力和35 kN的水平力(考虑吊绳与水平面的夹角为45°);当吊杆的一根吊绳断时,吊绳直接作用70 kN的竖向力(工况3~6)。
2.2.5 分析结果
根据6种荷载工况,采用表1的荷载组合系数,计算出最大应力为162 MPa,满足规范要求。
表1 荷载组合系数
2.3 连接节点验算
2.3.1 节点构造
吊杆与塔吊塔身间的连接形式直接关系到施工过程中的使用效率,由于施工过程中需要在高空中拆除和安装吊杆,为便于操作,吊杆与塔吊塔身间采用易于拆卸的高强度销轴(材质为40Cr调质处理)进行单铰固定,此外销轴连接可以较好地实现铰接边界条件,与理论的边界模型能较好地吻合,最大限度地降低吊杆弯矩带来的不利影响。
销轴连接节点主要由公接头板、母接头板、销轴3个部分构成。本节点中钢板厚度有20、12 mm这2种。
2.3.2 销轴节点验算
经相关强度及承载力计算,采用材质40Cr,直径D=30 mm的销轴和连接板能满足规范承载力要求。
3 吊杆安装注意事项
1)吊杆需联合验收合格后方可允许使用。每次使用前,需经技术负责人确认吊杆上吊耳、杆件连接处所有焊缝及底部销轴连接可靠后,方可使用。
2)该吊杆最大承载量为7 t,严禁超载。且在吊杆所在区域下部需拉设警戒线,禁止人员经过。
3)吊杆起吊前,必须检查吊索钢丝绳、吊链、卸扣,确认其不存在裂纹、气泡等影响安全使用的危险状况,确认吊索具与吊杆已经可靠连接后,方可将其投入使用。
4)起重吊运支撑架至吊杆过程中,应当采取措施确保其平稳,严格防止起重伤害事故、落物伤人事故的发生。
4 结语
本文以马来西亚吉隆坡标志塔塔吊支撑架吊杆为研究对象,提出了在确定支撑架吊杆结构荷载工况时必须考虑的2个塔吊吊臂的主要方位,这对于支撑架吊杆结构的安全设计至关重要[1-4]。另外,基于塔吊支撑架吊杆在超高层施工过程中的重要作用,特别考虑了支撑架吊杆在灾害情况下(吊杆中的一根钢丝绳失效)“高空不倒”的要求,总共给出了6种荷载工况。最后研究的节点设计是保证支撑架吊杆结构安全的关键,精心设计构件之间的节点是支撑架吊杆在高空“不散架”的保障。超高层建筑高度高、垂直运输量较大,塔吊使用频繁,安全管理至关重要。在使用过程中严禁吊杆超载,以此保证超高层建筑施工的安全。