外爬式动臂塔吊可周转牛腿组件设计与应用

2022-07-18田喜胜文方仁

建筑施工 2022年3期

田喜胜文方仁王军廖继

中建三局第三建设工程有限责任公司湖北武汉 430074

1 技术背景

目前建筑施工中大型机械设备通常使用混凝土预埋件作为承力结构，这种承力结构由锚筋、锚板与耳板或牛腿焊接而成，其中锚筋、锚板预埋在混凝土中，牛腿或耳板与预埋板焊接后作为承力连接件[1-3]。然而这种承力结构由于其锚筋、锚板预埋在混凝土结构中，无法取出周转使用，增加了施工成本；而且其焊接工序较多，焊接周期较长，影响工期，焊接质量也难以保证，焊接过程中不可避免地产生废物、废气，污染环境。

以重庆万科超高层二、三期项目为例，项目主塔楼采用3台动臂塔吊，2台为内爬式动臂塔吊，1台为外爬式动臂塔吊，项目针对外爬式动臂塔吊爬升焊接安装传统牛腿等问题，采用了一种可周转预埋组件，简称“可周转牛腿组件”。该牛腿组件具有可周转使用、施工高效且污染小等特点，已成功应用在重庆万科超高层二、三期项目外爬式动臂塔吊上。

2 可周转组件设计说明

M440F外爬塔吊传统支撑系统如图1所示。使用锚筋＋锚板形式预埋，外部连接件采用全焊接方式连接，塔吊标准节与箱梁通过C形框进行连接，主梁和水平斜撑处于同一平面。

图1 M440F传统支撑架（俯视）

针对M440F支撑架形式，设计一种可周转混凝土预埋件及外部调节机构，整体包括主梁附着件、水平斜撑附着件及竖向斜撑附着件等（图2），附着件由可取出预埋件及连接件组成，其中可取出预埋件由预埋螺杆、抗冲切板及定位板组成（图3）。

图2 可周转混凝土附着件

图3 附着件组成

改变锚筋形式设计了一种螺旋式混凝土预埋螺杆（图4、图5），混凝土浇筑前埋设在墙体内，既能满足外部连接附着件受力要求，又具有可拆卸周转使用的性能，预埋形式不会对其附着的墙体造成结构影响，亦不会对后期施工造成影响。

图4 预埋螺杆示意

图5 预埋螺杆实物

2.1 可取出预埋螺杆设计

预埋螺杆采用类似于自攻螺杆的外形，总长501 mm，最大外径为98 mm，内螺纹规格M56，螺距5.5 mm国标粗牙，材质为42CrMo，调质10.9级。

为最大限度承受外部水平载荷，预埋螺杆大螺纹段应尽量深入混凝土内部，但整个长度需小于剪力墙厚度。

2.2 连接螺杆设计

连接螺杆用于连接外部的（双耳）连接件和预埋螺杆，外部连接件承受的荷载通过连接螺杆传递至预埋螺杆。连接螺杆螺纹规格为M56，螺距5.5 mm，材质为42CrMo，调质10.9级。

2.3 混凝土结构附着件设计

对外部附着件进行建模分析，三维模型为Pro/E5.0Creo实体建模，导出.igs格式，再导入到ABAQUS 6.12.3作为分析模型。定义材料为Q390B，弹性模量为2.1 GPa，泊松比为0.3。

计算结果表明，预埋螺杆及3种形式的附着件受力满足承载要求，并根据现场混凝土墙体施工实际情况，设计试验方案。

3 现场应用

外爬式动臂塔吊可周转组件于重庆万科超高层二、三期项目首次使用，安装流程简易快捷。使用可周转预埋组件代替传统外爬式动臂塔吊预埋钢筋锚板，每套支撑架安装可节省工期约5 h，安装效率提高了2倍以上，同时，推动了可周转预埋组件在外爬式动臂塔吊中的应用。

3.1 施工工艺流程

主塔楼采用“造楼机”进行主体结构的修建，“造楼机”采用大钢模作为主体施工模板，大钢模具有“一层满配、一模到底”的特点，项目针对新型爬模提出新型的安装技术。

可周转附着件安装施工流程为：定位放线→钢筋绑扎→模架提升→预埋件组装与包裹→预埋件安装→混凝土浇筑→拆模、养护→预埋质量检测→牛腿安装→支撑架安装。

3.2 安装关键技术

3.2.1 定位放线与钢筋绑扎

预埋件的测量定位控制线必须单独设置，各个埋件的控制线从结构控制轴线单独引测。预埋件在安装前做好中心定位标记，便于安装时的测量校正。

一般情况下暗柱区域竖向钢筋及箍筋较密，钢筋绑扎时，竖向钢筋应避开埋件螺杆位置。如图6所示，横竖红线交点为螺杆预埋中心位置。

图6 螺杆预埋定位

3.2.2 模架提升

提升顶模架系统，将模板提升至预埋位置，合模后通过钢模上预留的螺杆孔洞固定预埋螺杆（图7、图8）。

图7 钢模深化预留孔

图8 现场预留孔

3.2.3 预埋件组装

将预埋螺杆与定位板通过锁紧螺帽固定，用黄油等具有润滑隔离作用的材料涂抹螺杆，并用保鲜膜或热缩膜包裹，防止螺杆被混凝土污染，便于螺杆取出（图9）。

图9 可取出预埋件塑料薄膜包裹

3.2.4 预埋件安装

通过钢模上深化的螺杆孔洞安装预埋螺杆，螺杆位置调整完毕后将整块组件用螺钉固定在钢模上，即为完成1根螺杆安装。

3.2.5 混凝土施工及拆模

混凝土施工中的具体要求如下：

1）混凝土不得直接在可取出预埋件上方进行浇筑，且不得一次浇筑大量混凝土，以免混凝土的冲击力造成预埋件偏移。混凝土需从距离埋件30～40 cm处，由振捣棒引至埋件处。

2）混凝土振捣时，振捣棒注意避开预埋螺杆及预埋板，振捣时需小心谨慎，边振捣边观察预埋件，及时校正预埋件的位置，保证不产生过大位移。

3）混凝土振捣时间控制在20～30s ，不得漏振、少振或过振。混凝土初凝前做二次振捣，保证混凝土浇筑质量。

4）混凝土成形后，需加强混凝土的养护，防止混凝土干缩变形引起的预埋件内空鼓。

拆模后及时对混凝土外观及预埋件进行检查。重点检查混凝土与埋板结合部位，混凝土是否有空鼓、开裂、蜂窝、返砂等影响埋件受力的质量缺陷。

3.2.6 主梁、竖向斜撑牛腿组件安装

可周转组件使用可焊接承力面板，面板使用连接螺杆固定在预埋螺栓上。安装面板前需使用止旋板固定水平位置的2根螺杆，防止对预埋螺杆产生扰动而影响受力状态；面板安装完毕后使用扭矩扳手对连接螺杆进行初拧，单块面板完成初拧后调节扭矩扳手力矩完成终拧；螺杆终拧结束后在螺杆及面板上画一条辅助线供后期巡查对比，发现螺杆松动应及时进行复拧。

3.2.7 水平斜撑牛腿组件安装

针对外爬式动臂塔吊可周转组件，设计了一种应用于外爬式动臂塔吊可周转支撑结构的可调丝杆机构，调节范围在0～10 cm，可满足各类支撑架的使用长度。安装方法如下：

1）根据支撑架预先调节水平斜撑长度。

2）安装承力牛腿组件。

3）水平斜撑安装。