大型动臂塔机附着设计与安装

邓 剑，张 鹏，周浩文，廖雨晨，徐绍源

（中国建筑第二工程局有限公司，北京 100160）

随着建筑技术的迅猛发展，建筑物建设高度不断升高，塔机高耸化成为大势所趋，但受限于塔机的独立工作高度，当工作高度大于独立高度时，就要对其进行附着以满足稳定性要求。在实际工程中常用三杆式附着装置。然而由于现场工况复杂，附着装置受力情况恶劣，有时需要附着点附着装置进行强化设计，以便于附着杆件与建筑结构有效连接，满足现场施工要求。

1 项目概况

1.1 工程概况

图1 春之眼商业中心项目分区开发图

昆明春之眼商业中心建设项目（图1）占地面积约4万m2，总建筑面积约60万m2，由2栋超高层大厦与高端商业中心组成，包括一栋钢骨核心筒+巨柱外框架体系、高度407m主塔和一栋钢框架+支撑筒体结构体系、高度308m的副塔，商业裙房地上9层。

春之眼商业中心工程分三期开发，其中，一期工程为地下室及塔楼12层。为保证一期工程主塔主体钢结构等建筑施工材料的垂直运输需要，在主塔范围布置1台大型塔机。

1.2 塔机概况

本工程1#塔机（ZSL2700）为动臂塔机，加高方式采用“外附着+外套架顶升加节”。该塔机独立高度为60m，平衡臂长度7.27m，最大动作半径60m(臂长62.96m)，最大幅度起重量为31.9t，最大起重量为100t（对应的最大工作幅度为26.2m）。

ZSL2700动臂塔机主要由1节4.77m顶升节、2节4m加强节、11节4m标准节、回转机构总成、平衡臂总成、起重臂总成（62.96m）、A型塔架、配重块（共有5块，共计86t，为C30 钢砂混凝土浇筑）等组成。塔机部件的连接均采用高强度销轴连接，标准节间采用高强度螺栓连接。

该1#塔机基础顶标高-17.7m，安装高度56.77m（14节），项目一期施工需要使用高度达到84.77m（21节标准节），该塔机规划为外附着式，安装外爬升套进行顶升加节。根据说明书要求，需布置一道附着装置。

2 重难点分析

1）根据现场平面布置与构件的截面尺寸合理配置塔机，考虑现场运输供应能力与成本。

2）分析高空吊装超重构件时的容绳量，做好吊重分配，提升吊装效率。

3）为满足一期工程12层的工况要求，需在最不利工况下分析塔机水平拉结的附着位置。

4）水平附着于建筑物侧采用焊接形式，焊缝最大应力需满足塔机最不利工况。

3 塔机附着设计

3.1 附着连接形式

塔机附着杆与附着框采用销轴铰接连接，附着杆与建筑物侧采取与钢柱焊接形式连接。

3.2 附着要求

当起升高度超过固定式所规定的最大起升高度60m时，则需采取附着或内爬升措施。本工程附着安装布置如图2所示。

图2 附着安装布置图

3.3 附着位置

该塔机的附着安装位置须在塔机节点位置，该型塔机标准节其结构形式只有上部及中部位置设有横撑，两侧向的下部为敞口结构，不适合设置附着框。因此在每节标准节上有2个附着位置点，分别对应在标准节的上、中处的平撑处。附着框最佳安装位置如图3所示。

图3 附着框安装位置图

3.4 附着装置设计

3.4.1 附着装置立面设计

根据项目施工需要，结合1#ZSL2700塔机说明书及安装方案，1#塔机需设置一道附着装置，附着位置标高36.77m（L4层），悬臂高度48m，总高度84.77m（图4）。

图4 1#塔机附着立面布置图

3.4.2 附着装置平面设计

采用三杆式附着，在核心筒钢板剪力墙内预埋钢板，附着杆焊接在预埋钢板上，预埋板大样详见图5～图6。

图5 1号杆埋件大样图

图6 2、3号杆埋件大样图

本塔机附着杆与附着框端采用销轴连接，与建筑物连接侧采用附着杆与钢柱焊接形式连接。

附着撑杆使用□300×300×10mm的方管：截面积A=11600mm2，惯性半径ix=iy=118.5mm。塔机附着杆①长5.19m，附着杆②长7.164m，附着杆③长5.05m。图7为1#塔机附着平面布置图。

图7 1#塔机附着平面布置图

3.5 附着杆及埋件计算

采用有限元分析软件ANSYS对结构进行分析。

3.5.1 载荷计算条件

根据塔机夹持间距及工作状态与非工作状态下弯矩与水平力计算出附着反力，取工作状态和非工作状态中附着反力中较大值参与计算。

3.5.2 塔机工况计算

由于塔机可以360°旋转作业，取其中8种角度工况情况进行结构核算，如图8所示。模拟计算8种工况下埋件位置水平横向与水平纵向受力及附着杆件轴向受力情况。

3.5.3 附着杆计算

1）各附着杆计算 根据各附着杆件长细比及所受轴力计算出各杆件受压及受拉情况，校核杆件受力是否满足工况要求。

图8 塔机工况示意图

2）焊缝计算 选取最大受力杆件，根据焊缝面积、轴力、弯矩及抗弯模量等参数对焊缝进行校核计算。

3.5.4 埋件计算

采用∅25的HPB335的钢筋作为锚筋，计算分析出锚筋布置长度la=650mm，锚筋间距b=150mm，锚板厚度t=40mm。根据所选锚筋型号及布置情况计算分析出各锚板上锚筋数量。

4 塔机附着安装

4.1 安装要求

1）附墙撑杆与建筑物端的固定：附墙撑杆与建筑物端的预埋板及钢柱牛腿通过焊接连接，若钢柱内需要浇筑混凝土，则混凝土强度需达到强度要求的80%后方可进行塔机附着杆的安装。

2）附墙撑杆距离楼层底板若高度超过1.5m，安装前需在与钢柱连接处下方1.2～1.5m处搭设安装操作平台方可安装。操作平台应有足够的安全操作空间便于安装工人的操作。

4.2 附着框的安装

4.2.1 附着锚固前的准备和检查

1）检查附着框架，附着杆等结构件应无变形、开焊、裂纹，附着杆长度符合附着要求，螺栓、销轴、垫铁等紧固件齐全。

2）检验建筑物上附着部位钢柱上的钢梁是否施焊连接牢固、所浇灌的混凝土是否达到规定强度，检查附着点结构尺寸是否符合安装要求。

3）应用经纬仪调整塔身垂直度，使塔机处于以塔身轴线为中心的平衡状态,且使臂架等效于与附着方向垂直的位置。

4）将附墙撑杆、钢柱连接处残留的氧化铁、锈蚀等清除干净。

4.2.2 附着框的安装

用卸扣将吊绳固定在附着框（半框）的专用吊耳上，然后吊装到相应安装的位置，采用手动葫芦将其固定在塔机标准节上，然后再吊装另一个半框固定在对应的标准节上。

将两半附着框分别吊起套在标准节的附着位置处，用葫芦固定后，把两半附着框用高强度螺栓连接，再安装附着框的塞块，保证塔身与附着框紧配合接触。

该塔机的附着框安装位置须在塔机节点位置。该型塔机标准节其结构形式只有上部及中部位置设有横撑，两侧向的下部为敞口结构，不适合设置附着框。因此在每节标准节上有2个附着位置点，分别对应在标准节的上、中处的平撑处。

安装附着杆前，必须保证附着框中心与附着点中心在一个水平面上。

4.2.3 附着杆的安装

1）附着杆与附着框一端通过销轴连接，另一端与钢柱焊接。

2）利用塔机自身把附着杆件吊运到与附着框相应位置，将与附框连接端的用销轴连接，并张开开销口。

3）调整附着杆水平度，保证附着水平后用葫芦固定在钢柱上，确定固定牢固后，方可摘除塔机吊钩。

4）调整塔身垂直度，用经纬仪检查塔机轴心的垂直度，附着以内的垂直度不超过2/1000，自由悬端高度垂直度不超过4/1000。

5）将附着杆与建筑物钢柱连接端根据现场实际夹角修整连接面，保证与钢柱贴合紧密。

6）清除附着杆与钢柱间的氧化铁、锈蚀、油污、油漆等杂物，附着杆与钢柱采用施焊连接。

7）附着杆两端的水平高差a不许超过200mm。

8）附着杆焊接要求：①采用CO2气体保护自动焊；②焊接前，焊缝处需清除油污、氧化物、打磨光滑；③焊缝必须平整、饱满；不得有裂纹、夹渣、气孔、咬边及弧坑等缺陷。焊接区域无飞溅残留物；④焊缝需按《起重机械无损检测 钢焊缝超声检测》（JB/T 10559-2018）二级焊缝要求进行探伤；⑤待焊缝冷却后需油漆防腐。

5 结语

本工程结合项目实际情况，通过对外钢框架加固，将大型塔机附着装置放置在外钢框架上，使塔机附着满足要求，确保塔机安全使用。在整个塔机安装、运行及拆除过程中，均未发生任何安全事故，施工效果良好，经济效益明显，为类似工程塔机附着装置安装提供一定参考。