超高层外挂塔式起重机支撑体系优化与安装施工技术

李世恒 李虎

摘要：结合昆明西山万达广场项目情况，介绍了外挂式动臂塔式起重机支撑体系受工程结构特点的影响，塔式起重机标准C型梁无法直接安装与使用的情况下，对外挂动臂塔式起重机“C型梁+叠合梁”的常规支撑体系进行了优化与改进，减小支撑体系的复杂程度，降低施工难度，同时采取了一系列保质、降危、增效的施工方法，提高施工效率和安装精度，保证施工质量。

关键词：超高层;外挂塔式起重机;支撑体系;施工技术

外挂式动臂塔机在超高层施工的垂直运输中起着重要作用，其支撑体系的高精度、高效率安装是施工得以顺利开展的保证。特别是超高层建筑工程结构设计越发多样化，以致动臂塔机标准C型梁无法直接安装与使用，增加了动臂塔机支撑体系结构的复杂性，加大了动臂塔机支撑体系的施工难度，如何确保非标准结构条件下动臂塔机支撑体系的顺利安装和安全使用是超高层建筑施工的重要内容。本文依托昆明西山万达广场项目，介绍了外挂动臂塔机受核心筒门洞影响，对塔机支撑体系进行了优化与改进。

一、工程概况

昆明万达广场项目为城市综合体项目，包含大商业、超五星酒店、高端写字楼、城市商业街及配套设施。项目分为东西两个地块，总建筑面积约713800m2.其中B地块南、北侧各有一幢超高层甲级写字楼。南、北超高层写字楼地下室3层，地上66/67层，建筑高316m，标准层层高4.1m，结构形式为型钢钢筋混凝土核心筒+钢管混凝土柱钢梁框架，共有5个加强层，分别为10层、22层、34层、46层、58层，其中10层设腰桁架，22层、34层、46层、58层设伸臂桁架和腰桁架。核心筒内型钢柱62根，铸钢件最大重量53t，外框圆管柱共16根，最大直径2.4m，楼板为钢筋混凝土压型钢板组合楼板。

二、动臂塔机布置

通过对超高层核心筒结构形式、构件重量、平面位置、吊次等因素綜合考虑分析，确定超高层塔机数量、型号及平面布置：南超高层核心筒东侧、西侧各设置1台ZSL1250动臂式塔机，核心筒南侧设置1台ZSL750动臂式塔机;北超高层核心筒东侧、西侧各设置1台M760DX动臂式塔机，核心筒北侧设置1台M440D动臂式塔机。

三、施工重难点

核心筒+外框是其典型的结构形式，塔式起重机作为最主要的垂直运输设备，制约着工程进度，直接影响工程经济效益。大吨位外挂式塔式起重机通过1套外挂装置将塔式起重机以外挂形式布置于核心筒外部，能有效克服内爬简支式塔式起重机的主要问题，应用前景更加广泛。由于外挂式塔式起重机结构自重大、运行时力学性能复杂，随着建筑高度增加剪力墙厚度变薄，不能满足大吨位外挂式塔式起重机附着节点处受力要求，影响工程垂直运输效率。

四、塔式起重机支撑体系的优化与改进

（一）支撑体系的优化与改进

本工程外挂塔式起重机支撑体系受到工程结构特点的影响（核心筒门洞较大），支撑主梁间距为塔式起重机标准C型梁长度时，支撑主梁位于核心筒结构门洞口位置，支撑主梁无法与核心筒结构有效连接，为使支撑主梁与核心筒结构有效连接需增大支撑主梁间距，以致支撑主梁间距大于塔式起重机标准C型梁的长度，塔式起重机标准C型梁无法安装。通常情况下，塔式起重机标准C型梁无法安装时，一般采用增加转换梁的常规方式（C型梁+叠合梁）进行处理，支撑体系为支撑主梁+转换支座+转换梁+转换支座+标准C型梁。由于“C型梁+叠合梁”的常规支撑体系梁叠合梁，连接构造复杂，受力转换次数多，受力性能不好，用钢量大，加工制作费用高，并且安装、倒运困难，效率低下，施工周期长，针对性地将“C型梁+叠合梁”的常规支撑体系优化为“支撑主梁+转换支座+改进C型梁”。

（二）支撑体系的优化设计

根据动臂塔机型号，确定爬升支撑体系计算荷载大小，同时按最不利情况考虑风荷载影响，即风荷载的作用方向从塔机背部指向塔机吊臂的方向。采用有限元软件ANSYS将塔机及爬升支撑体系整体建模分析计算，根据塔机吊臂的转动方向，选取具有代表性的8种工况分别计算塔机爬升支撑体系构件的应力、变形和支座反力，根据支撑体系的变形情况确定预拱度。取最不利的支座反力对预埋件进行设计计算，并对主体结构承载力计算验算，确定爬升支撑体系构件的相关参数，最后根据计算确定的爬升支撑体系的相关参数绘制出爬升支撑体系设计图纸。

五、外挂塔式起重机支撑体系的安装

（一）预埋件的安装

按照塔式起重机爬升支撑体系预埋件平面位置、尺寸大小、标高等设计要求，将预埋件深化设计在核心筒型钢暗柱上，预埋件在工厂与核心筒型钢暗柱焊接加工成整体，型钢暗柱安装完毕，预埋件亦安装完毕。省掉了预埋件现场安装、校正、焊接的时间，有利于保证焊接质量，提高安装精度。

（二）组合单元体的拼装

在地面上将支撑主梁及其连接耳板和销轴、垂直撑杆及其连接耳板和销轴拼装成整体，再将垂直撑杆的自由端采用5t手动葫芦及钢丝绳悬挂于支撑主梁下方，形成2个吊装组合体。组合吊装方法减少了塔机吊次，提高施工效率，保证安装时支撑梁构件的临时稳定性和安装质量，降低因高空作业施工带来的安全风险。

（三）安装水平撑杆、连杆及C型梁

1.用塔式起重机将水平撑杆吊到安装位置，调整水平撑杆位置及标高，使水平撑杆与支撑主梁采用销轴连接，再调节水平撑杆自由端，使水平撑杆连接耳板与预埋件上标识的位置重合，焊接连接耳板。

2.水平撑杆安装完毕后，安装支撑主梁之间的连杆，使两道支撑主梁形成整体。

3.最后将塔式起重机C型梁安装在支撑主梁的连接支座上，至此塔式起重机支撑梁安装完成。

六、结束语

外挂式动臂塔机在超高层施工的垂直运输中起着重要作用，对于支撑主梁间距大于塔机标准C型梁的长度，塔机标准C型梁无法直接安装与使用时，通常采用增加转换梁的方式进行受力传递。该体系梁叠合梁、连接构造复杂、受力转换次数多、受力性能不好。

参考文献：

[1]金振，吴小伟，周剑刚.超高层建筑大型塔式起重机布置技术研究与应用[J].施工技术，2017，46（18）：58-62+92.

[2]浦瑾.常用超高层钢结构施工机械对比剖析[J].建筑科技，2017，1（03）：16-19.

[3]崔家春.超高层建筑施工内爬外挂式塔吊附着节点力学性能分析方法研究[J].建筑结构，2017，47（12）：17-22.