花瓣型建筑群的集群塔吊的选型与布置

鲍馨

上海建工七建集团有限公司 上海 200050

1 工程概况

上海君康金融广场地处上海市浦东新区后滩板块核心区域，黄浦江沿岸的世博园区内。项目总建设用地面积22280.9m2，总建筑面积105798.3m2。地上建筑面积56353.5m2，地下室建筑面积49444.8m2。项目地下三层，上部由五栋9～11层塔楼和2层的裙房组成，建成后为集办公、商业一体的综合体建筑。

2 花瓣型建筑群的项目特点

（1）本工程A#～D#五栋主楼采用钢筋混凝土框架-核心筒体系，建筑高度41-50m。裙房以上主楼楼层平面呈花瓣状沿环形布置，主楼4～9层外侧立面逐层外挑，外装饰面主要采用玻璃幕墙，造型新颖、美观。各栋主楼间均有空中钢结构连廊相连接，将五栋主楼形成环形的整体。（图1）

图1 建筑平面布置图

（2）本工程地下室共三层，基坑总面积16732m2，基坑周长约为516m，深度14.78～15.28m。主体基坑采用800mm厚“两墙分离”地下连续墙作为基坑围护体系，内设三道钢筋混凝土圆环支撑体系。

（3）本工程钢结构主要包括五栋主楼劲性柱和劲性梁的安装、E楼裙房局部钢结构以及主楼间的钢结构连廊。每栋主楼外框架采用劲性柱，3层顶板以上部分劲性柱与核心筒采用钢梁连接。钢结构连廊与两侧主楼均采用滑动连接，连廊采用钢梁和钢模板自承式楼板。

（4）本工程建筑用地面积为22280.9m2，基坑面积为16732m2，基坑北侧围护紧贴用地红线，另三侧距离红线均只有12m左右，施工现场场地狭小。基坑外侧场地考虑搭设办公、仓库等必要临设之外，现场无多余场地，基坑周边无法形成环通的施工便道。因此地下室及上部结构施工阶段的场内道路及材料堆场均设置在栈桥上或已完成的地下室顶板上。

3 塔吊选型、布置考虑要素

3.1 地下室面积影响塔吊选型及布置

为满足基坑面积16732m2、深度达15.28m的深基坑施工要求，且综合考虑基坑施工阶段场地狭小、基坑周边无法形成环通施工便道、汽车吊难以停放配合吊运等因素，本项目布置的塔吊需全面覆盖整个基坑，以满足支撑栈桥施工阶段及地下室结构施工阶段材料运输的需求。

根据基坑面积及形状，拟布置3台臂长50～60m的塔吊对地下室进行全覆盖，并形成有效的交叉区域以供材料的调运。塔吊选型时应同时注意考虑材料堆场在栈桥面或地下室顶板上的布置，需满足塔吊对材料吊点的要求。考虑到地下室结构施工时，底板钢筋规格较大，拟初步选定大型塔吊QTZ63等型号。

3.2 上部结构形式影响塔吊选型及布置

本工程上部结构包括五栋主楼和裙房，地下室出±0.00后即进行上部结构施工。各主楼上部结构外侧两个立面在4～9层采用6根劲性斜柱的形式进行逐层外挑，6根斜柱倾角为9～16度，每楼层柱顶和柱脚投影距离分别为700mm，800mm和1300mm。相应楼层的楼板也逐层外挑扩大至屋面，最大外挑幅度达到2630mm。（图2）

图2 主楼平面结构图

因上部结构施工时塔吊需沿用地下室阶段的塔吊，故根据各主楼高度及基坑深度，各塔吊安装高度均超过最大独立高度，需要设置附墙。因此塔吊尽量避免布置在各主楼结构外扩一侧，以免附墙杆件过长。

各主楼形成花瓣型建筑群，主楼单层面积约1148m2，单体间距较近。为满足塔吊最优的全面覆盖，并避免群塔回转半径尽可能互不影响，初步选择在A#、C#及D#主楼侧各布置一台塔吊，能满足五栋主楼及裙房的上部结构全覆盖，也能满足上部结构施工时材料吊运量的要求。

考虑实际可选用的塔吊机械型号，拟定塔吊选型及布置如下：

上部结构施工时材料堆场的设置亦在塔吊的覆盖范围内，同时3台塔吊的有效交叉区域能满足材料接力运输及调转的需求。

3.3 钢结构的吊运影响塔吊选型及布置

本工程钢结构主要包括主楼劲性柱和劲性梁、E楼裙房局部钢结构以及主楼间的钢结构连廊（图3）。因本项目场地狭小，大型汽车吊在栈桥上停放难度大且需对地下室顶板进行加固，因此塔吊选型及布置时尽可能最大程度满足采用塔吊吊运钢结构的需求，减少采用汽车吊吊装对空间的占用。

图3 钢构件三维透视图

（1）主楼劲性柱和劲性梁的吊装需求

地下室共含有3层劲性柱，按每层一节进行分段。标高为-14.4至-1.6m，每节钢柱长4.2m，重1.3t。钢柱为5个单体区域，每个区域含有12根。

地上部分钢结构主要有劲性柱和劲性梁，1到10层地上钢柱为5个单体区域，每个区含有10根Φ1000劲性圆柱，按每层一节进行分段，每节钢柱长4.5m，重1.4t。3层顶板以上部分劲性柱与核心筒采用钢梁连接，钢梁单根一节，最重构件约 0.87t。

综合考虑本工程钢结构分布情况、构件重量、场地条件等因素，对照QTZ63塔吊及H5810塔吊性能表参数，考虑主楼劲性柱、劲性梁均可采用拟定的3台塔吊进行吊装。其中H5810型塔吊（半径58m）1台，端部吊重1.0t；QTZ63（半径50m）塔吊2台，端部吊重1.3t。各钢构件吊装时作业半径为8.8～52.76m，满足吊装需求。

（2）钢结构连廊的吊装需求

本工程钢连廊分布于 F2、F3、F8、F9、F10、F11 六个楼层位置，共计 22 榀。钢连廊主要由箱型、H 型钢梁和钢承板组成。箱型钢梁最大截面口 800x500x40x40，H钢梁最大截面 H550x300x12x20。连廊吊装工程单个最大构件为连接两个区域的鱼腹式箱梁，单个构件长 14m，最大重量约10.7t。

连廊施工拟采用散拼散装的施工工艺，因塔吊起重量无法满足现场吊装需求，则吊装拟采用格构式独钓桅杆装置及塔吊配合吊装方案。桅杆布置于已完结构的屋面层上，主梁构件均采用格构式独钓桅杆装置进行双机抬吊进行吊装作业。其余次梁、悬挑梁构件及钢筋桁架楼承板，最重的次梁仅约1t左右，在拟定的3台塔吊起重能力半径范围内，则可以利用塔吊进行吊装作业。

另外，格构式独钓桅杆装置的安装需要利用现场塔吊将桅杆各节吊装至各主楼屋面进行组装。桅杆装置截面为400mm×400mm，由6段2m长的格构柱组成，桅杆单节约100kg，均在塔吊端部吊重1吨的起重范围内。

故以上钢结构连廊的各种吊装需求也应在本项目塔吊选型时提前进行策划，并予以充分的考虑。

3.4 项目成本影响塔吊的选型及使用

本项目为综合性商办楼项目，总工期960天，其中结构阶段工期486天，因此塔吊使用周期较长。塔吊作为结构施工时的大型机械设备，其安装及使用的费用对项目成本造成很大的影响。

项目施工需要做好内部项目成本的管控，而前期策划时合理地确定塔吊基础形式、塔吊数量及选型，是项目目标成本得以实现的重要的环节。塔吊选型时需要综合考虑各型号塔吊参数及使用费用，既能满足施工现场的吊运要求，又能节约成本，达到经济合理的最优平衡点。

因此，从节约成本角度出发，对本项目地下室施工阶段拟定的3台塔吊使用周期进行优化。由于支撑、栈桥施工时的材料吊运量及频次低于地下室结构施工时，且汽车吊零星使用的费用小于塔吊费用，故前期土方开挖阶段无需3台塔吊同时投入使用，采用2台塔吊及1台汽车吊配合即可满足支撑及栈桥施工材料运输需求。为便于驳运材料，预先安装的2台塔吊必须覆盖钢筋加工场地及主要材料堆场。待后期地下室结构施工前再增设1台塔吊，达到地下室全面覆盖。

3.5 塔吊基础的设置影响塔吊的布置

为满足本项目地下室的施工进度需要，前期投入使用的1#、2#塔吊基础形式采用桩+格构柱+砼承台形式，塔吊在土方开挖及支撑栈桥施工前即安装完毕。桩基选用φ800 钻孔灌注桩，格构柱截面尺寸460mm×460mm，承台基础尺寸4m×4m×1.35m。

后期地下室结构施工前安装的3#塔吊基础可进行经济优化，拟定直接利用800mm厚基础底板作为塔吊基础，区域尺寸为10.70m×6.3m×1.35m，并对该区域底板加厚至1350mm处理。

鉴于以上塔吊基础设置方案，选择合适的位置时需注意以下要点：1）塔吊桩位置选择时应考虑与工程桩至少保持1倍桩径距离，避免塔吊桩对工程桩造成影响。2）选择作为塔吊基础区域的基础底板应尽量避开地下室墙体、设备机房、人防密闭空间等。

3.6 塔吊的拆除影响塔吊的布置

本项目各主楼之间因连廊的连接形成花瓣型建筑群，待主体结构建成后，各塔吊均不具备塔吊自行降高条件。施工现场场地狭小，拆除机械落脚就位空间相对狭小，大吨位汽车吊只能在消防车道上行驶、停放，需对地下室顶板进行验算及加固。由此可见，本项目塔吊拆除面临较多困难。如何能在塔吊使用完毕后顺利拆除，是本项目塔吊布置时亦需要重点关注的问题。

主要从以下几点进行综合考虑：1）各塔吊拆除高度；2）拆除时大臂和平衡臂的朝向；3）拆除时受外脚手架的影响情况，避免外脚手架的拆除及二次搭设；4）根据塔吊各部件重量选择拆除时的汽车吊型号、行走路线及停放位置；5）汽车吊行走及停放时地面承载力的要求，是否需要对地下室进行加固。

综合考虑以上因素后，本项目3台塔吊拟采用较大吨位汽车吊（160t）扩大起重吊装半径后进行空中拆除，并采用多机位分拆吊装，较小吨位汽车吊（50t）配合拆除，从而避开无法停靠部位，保证塔吊拆除工作顺利进行。

塔吊拆除情况表如下：

QTZ63型塔吊拆卸设备选用160t汽车吊。160t汽车吊停放位置为消防车道，行车路线为地下车库顶板上的消防车道，地下室顶板未覆土时的消防车道承载能力满足要求。

H5810型塔吊拆卸设备选用 160t汽车吊拆除配重、起重臂、塔冠和回转总成，50t汽车吊拆除标准节。160t汽车吊停放位置为室外总体地面，50t汽车吊停放位置为250mm厚地下室顶板。

4 塔吊布置的二次精确优化

塔吊的选型及初步位置选择好以后，需对塔吊位置进行精确定位，主要根据主体结构、围护结构、附墙件、群塔施工等综合因素考虑进行细化。

4.1 避开结构框架、剪力墙、后浇带区域

塔吊布置平面位置进一步优化，分析地下及上部结构图纸，尽量避开结构柱、主梁、剪力墙等重要构件部位，避开地下室后浇带区域，减少塔吊拆除后后期结构修补的工作。

4.2 避开环形支撑及栈桥区域

塔吊平面布置需避开本项目的环形支撑及栈桥区域，尽量避免对环形支撑的受力体系造成影响或对栈桥区域的道路环通造成阻碍。如塔吊位置对栈桥造成影响，跟设计沟通确认后对栈桥出土码头进行优化调整。

4.3 避开钢结构连廊区域

项目钢结构连廊在各主楼主体结构施工完成后进行，各钢构件吊装需要塔吊配合进行，塔吊平面布置需满足钢连廊的吊装要求。

4.4 与主楼保持合适的距离

本项目塔吊安装高度55.286m～74.887m，拟定设置两道扶墙。塔身需与主楼结构外侧保持合适的距离，既不能太近而影响主楼外脚手架的搭设，又不能距离太远，以免造成附墙杆件太长增加风险，且需专家论证。

4.5 给人货电梯预留空间位置

由于各主楼的上部五边形结构有两条边均逐层向外挑出，另两条边连接钢连廊，因此各主楼上部结构阶段施工时人货电梯只能设置在五栋主楼形成的环形整体的内侧，拟在五栋主楼的内侧各布置1台双笼人货电梯。由于人货电梯可选择的布置位置有限，塔吊布置时要给人货电梯预留出空间位置。

4.6 保证群塔施工作业安全

本项目基坑面积较大且五栋主楼要求同步进行上部结构施工，拟定的3台塔吊需同步进行场地内的材料运输作业，各塔机的作业平面存在相互重叠。作业面相互重叠必然会导致相互中的干扰，运行中就可能存在作业碰撞，因此，塔吊布置时要合理布置各塔吊之间的作业平面重叠区域，以保证群塔施工中的相互运行安全，减少安全事故，同时又尽可能地满足施工需要。

相邻塔吊需满足如下要求：低位塔吊起重臂端部与另一台塔吊的塔身之间距离不小于2m，高位塔吊最低位置的部件与低位塔吊中处于最高位置部件之间的垂直距离不小于2m。

三台作业平面相互重叠的塔吊初始安装高度不一，相互错开高度。另外随着主楼结构逐层往上施工，塔吊随之升节，作业面相互重叠的两台塔吊之间保证一定的高度差。最终结构封顶，各塔吊最终的安装高度也保持高度差。

5 塔吊最终选型、布置及运行情况

综合考虑以上所有要素后，本项目三台塔吊的选型与布置如图4所示。通过以上塔吊的精确布置，满足了现场施工全过程的材料垂直与水平运输要求，塔吊的运输效率高且运行状态良好，确保了项目施工进度的顺利完成，为今后类似工程的施工积累了宝贵的经验。

图4 塔吊平面布置图