城市核心区高层建筑大型塔式起重机支撑系统高空转换技术

刘卫未，车庭枢，王 晶，李 静，范 昕，蒋千重，赵乾辰

(中建一局集团建设发展有限公司，北京 100102)

1 工程概况

北京市CBD核心区Z2b地块商业金融项目位于朝阳区国贸桥东北角，占地面积8 223m2，总建筑面积167 851m2，集甲级办公、会议、商业、健身、餐饮、多种配套服务功能于一体，地下6层，主塔楼57层，高260m。

该塔楼为框架-核心筒结构，核心筒墙体内含钢骨，核心筒内为钢筋混凝土梁板，外框架为组合柱+钢梁+楼承板。核心筒墙体采用液压爬模施工，筒内布置2台L630-50塔式起重机，结构平面如图1所示。

图1 结构平面

核心筒南侧墙体在25层收缩，核心筒北侧墙体在42层收缩(见图2)。1，2号塔式起重机原为内爬式塔式起重机，1号塔式起重机在42～57层、2号塔式起重机在26～57层均需转换爬升方式。

图2 核心筒立面示意

2 塔式起重机转换方案选型

由于核心筒收缩，需停止塔式起重机内爬，转换塔式起重机基础，一般超高层项目遇到塔式起重机基础转换时会优先选择外挂基础，鉴于核心筒结构布置的特殊性，由于外挂基础安装难度大、施工工期长、技术经济性差、爬模干预等原因，需考虑更经济安全的转换方式，以实现塔式起重机顺利爬升。

通过方案比选，最终确定1，2号塔式起重机低区内爬升在高区转换为高空外附，以保证结构连续施工及塔式起重机合理附着。塔式起重机内爬转外附流程如图3所示。

图3 塔式起重机转换流程

3 塔式起重机基础方案设计

3.1 爬升辅助钢架设计与计算

随着核心筒混凝土墙向内收缩，无法固定原内爬塔式起重机基础梁埋件，故需在核心筒内收外侧搭设爬升辅助钢架，钢架由钢柱、钢梁和斜支撑组成。塔式起重机爬升辅助钢架计算模型如图4所示。

图4 计算模型示意

常规内爬塔式起重机考虑其作用于上、下层C形梁的荷载及爬升辅助钢架自重。塔式起重机荷载包括竖向力V、第1道支撑水平力H2、第2道支撑水平力H1，本次选用L630-50塔式起重机工作状态下的荷载值(见表1)。

表1 L630-50塔式起重机支撑系统荷载取值 kN

支撑架结构自重由程序自行计算。考虑冲击、振动、安装误差及风荷载高度系数的影响，正常使用极限状态下，塔式起重机活荷载、支撑架自重荷载分项系数均为1.0；承载力极限状态下，塔式起重机活荷载分项系数为1.5，支撑架自重荷载分项系数为1.3。

在爬升辅助钢架验算中，上层支撑梁在塔式起重机支腿位置仅承担水平力H1，下层支撑梁荷载需考虑竖向力V、水平力H2和弯矩M(由水平力H1在下层支撑梁处所引起)，M=H1×L(L为2道支撑的竖向间距)。

表2 各工况竖向力取值

表3 各工况水平力取值

图5 荷载作用示意

爬升辅助钢架设计考虑工程结构限制、塔式起重机荷载选用、结构安全冗余、结构经济成本等因素，传力路径明晰，在常规塔式起重机爬升框架设计的基础上增加钢柱、横向及竖向斜撑等构件。经计算，杆件轴力、应力比、挠度等均符合要求。此外，当偶然荷载导致结构局部破坏时，经过内力重分布，杆件最大应力比提高0.1，满足抗连续倒塌设计。

3.2 外附塔式起重机基础设计与计算

外附塔式起重机作用于基础上的荷载包括竖向轴力V、剪力S、弯矩M，分别为3 060kN，1 116kN，12 684kN·m。荷载分项系数取值及计算工况的竖向力N、水平力V简化同爬升辅助钢架。外附塔式起重机基础如图6所示(第N层为塔式起重机基础转换楼层)。

图6 外附塔式起重机基础

通过有限元软件建模计算外附塔式起重机基础各杆件的受力是否满足要求。施工过程中各杆件最大应力比如图7所示。

图7 各杆件最大应力比

4 塔式起重机转换施工

4.1 预埋件安装

1)在主体结构钢筋绑扎完成后，混凝土模板合模前，将转换基础埋件固定在图纸标注的轴线和标高处，偏差≤5mm。模板加固完成后，再次测量定位数据，如果偏差>5mm，立即调整。

2)塔式起重机支撑梁上方3m处，在主体结构墙体上埋设预埋件，用于安装支撑钢梁时固定手动葫芦。

3)支撑体系通过预埋件连接主体结构，外侧埋件与支撑间采用全熔透缝焊接，焊缝等级为一级，探伤比例为100%。

4.2 安装爬升辅助钢架

1)爬升辅助钢架与N层外墙顶部埋件焊接，爬升辅助钢架梁底部和主体结构连梁下用圆管做三角支撑，保证结构连梁不受压变形。

2)由于爬升辅助钢架钢柱较长，需分2次安装，首先使用塔式起重机安装2根钢柱，固定后安装钢梁、斜撑，校正垂直度后统一焊接，然后安装、焊接下一节钢柱、钢梁。塔式起重机爬升辅助钢架做法剖面如图8所示。

图8 塔式起重机爬升辅助钢架做法剖面

4.3 安装爬升夹持钢梁

1)先安装爬升辅助钢架，N+1层安装完成后，插入安装N+1层夹持钢梁。

2)安装爬升辅助钢架后，安装N+4层塔式起重机夹持钢梁，先安装转换基础承重钢梁，然后由下向上依次安装斜支撑等其他构件。

3)安装爬升夹持钢梁时，下放钢梁需倾斜一定角度，待下放到指定高度后调整至水平位置。塔式起重机夹持钢梁平面如图9所示。

图9 塔式起重机夹持钢梁平面

4)安装斜撑时，需先把斜撑吊运至混凝土楼面处，然后人工倒运至安装位置正下方，拼装完连接板后，由下向上吊运至指定标高。

4.4 爬升塔式起重机

1)安装N层支撑钢梁前，先将塔式起重机爬升至N+1层，使塔式起重机通过爬升框架坐落于N+1层夹持承重梁上。

2)内爬装置由上、中、下内爬框架承重梁，内爬框架(C形梁)，内爬基节，内爬标准节，液压顶升机构等组成。内爬塔身由1节内爬基节+4节内爬节+4节标准节组成，内爬塔身组合长51.3m。塔式起重机整机爬升时，上、中、下框架固定在内爬框架承重梁上，塔式起重机利用安装在内爬框架上的液压顶升系统爬升。

4.5 施工转换基础

塔式起重机爬升至N+1层后安装N层塔式起重机转换基础，塔式起重机基础平面、剖面分别如图10，11所示，落回转换基础如图12所示。

图10 塔式起重机基础平面

图11 塔式起重机基础剖面

图12 塔式起重机落回转换基础

4.6 塔式起重机落回转换基础

塔式起重机爬升至N+1层后安装N层塔式起重机转换基础。

1)待安装完N层塔式起重机支撑体系，塔式起重机基座下降至转换基础承重钢梁上并固定。

2)利用塔式起重机内爬系统，将塔式起重机自降1层，使内爬基节下方与塔式起重机可拆卸地脚连接，塔式起重机可拆卸地脚直接落在N层新架设的转换基础钢梁上方，调整塔式起重机垂直度符合要求后，夹紧内爬框架顶升螺栓，焊接可拆卸地脚与转换基础钢梁，将直径600mm的可拆卸地脚底板圆弧四周进行围焊，焊脚高30mm。

4.7 安装附墙拉杆和顶升套架

1)当塔式起重机标准节顶升到指定高度后，连接附墙支撑与主体结构墙体，以保证塔式起重机整体运行稳定。塔式起重机附着采用4杆系统，设置在核心筒墙体结构转角处。

2)塔式起重机基础重生根后，再安装塔式起重机顶升套架。由于塔式起重机原安装为内爬式，只可散拼安装顶升套架，2台塔式起重机互装顶升套架时需借助倒链配合。安装顶升套架时，应根据现场塔式起重机顶升踏步方向，确定顶升套架开口方向(即标准节引进方向)。

4.8 拆除夹持梁及爬升辅助钢架

利用另一台塔式起重机，配合手拉葫芦链拆除塔式起重机夹持梁及爬升辅助钢架，通过上方结构预留吊装口运出现场，至此完成塔式起重机基础转换，塔式起重机由内爬式转为外附式塔式起重机。塔式起重机转换完成剖面如图13所示。

图13 塔式起重机转换完成剖面

5 结语

北京市CBD核心区Z2b地块商业金融项目核心筒内的2台L630-50塔式起重机，通过合理的方案选择、基础设计、安拆施工，在结构限制情况下，由内爬式转换成外附式顶升塔式起重机，现场不间断施工，且不影响下部楼层施工工序，保证超高层垂直运输便捷高效，有效缩短施工周期，减少施工成本，同时对主体结构影响小，安全性更高。