高层建筑塔吊布设位置及对附墙的影响分析

贺阳,刘甲 （中国建筑第二工程局有限公司华东分公司，上海 200135）

0 引言

近年来随着国内大中小城市的快速发展，大中型房地产住宅开发项目越来越多，使得市场对大型机械的需求也越来越大，有效、经济地布设大型机械的位置、角度等对提高现场施工效率、减少现场施工周期、提高现场施工安全有着积极作用。本项目结合现场实际情况制定出多项塔吊布设方案，形成多项施工技术，有效地保证了工程项目的顺利竣工。

1 工程概况

项目总建筑面积约为200717.10m2，其中地上部分为154061.13m2、地下部分为46655.97m2。工程地面上主要由5栋高层住宅、2栋商业组成。8#楼西单元、9#楼东单元为54 层高层住宅楼，建筑高度为169.45m；8#楼东单元、9#楼西单元为47 层高层住宅楼，建筑高度为146.7m；10#、11#楼为47 层住宅楼，建筑高度为146.7m；12#楼东单元为23层住宅楼，建筑高度为79.3m，西单元为24 层住宅楼，建筑高度为82.2m；13#、14#楼为4 层商业，建筑高度为23.0～25.2m。地下为两层，层高为3.6m，防水等级一级，耐火等级一级，抗震设防烈度为6 度，结构安全等级二级，地基基础设计等级甲级。

根据设计图纸及现场生产需要工程共布设了5 台中联重科塔吊（其中TC5610 三台、TC6012 两台），综合各方面因素，项目明确了塔吊布设位置需满足以下要求：满足塔吊覆盖面和供应面的要求；满足塔吊吊重要求；满足行车路线要求；满足塔吊与外架的安全距离，以免影响施工安全；满足群塔施工作业安全距离，同时考虑现场施工进度线路与塔吊关系；满足与输电线、高压线等危险物体的安全距离；满足塔吊和架空线边线的最小安全距离；满足塔吊基础布设位置的要求；满足塔吊附墙杆的位置和尺寸与说明书一致要求，否则应联系厂家进行受力验算；满足建设单位关于塔吊布设的特殊要求；满足现场实际情况；满足塔吊拆除的要求。

考虑上述情况后，最终项目确定塔吊位置朝向，其中8#楼塔吊安拆及非工作时大臂朝北偏东42°方向，9#楼塔吊安拆及非工作时大臂朝东偏南42°方向，10#楼塔吊安拆及非工作时大臂朝正南方向，11#楼塔吊安拆及非工作时大臂朝正北方向，12#楼塔吊安拆及非工作时大臂朝西偏南20°方向。同时为保证群塔作业安全塔吊初装、终装及顶升加节安装，相邻塔吊高差始终在10m以上，如在顶升加节局部时间段内不能保证高差，双方塔吊将采取限位处理，限位范围至少保证距离2m，且塔吊安拆时与之有交叉的塔吊停止作业，并将大臂限位在非交叉范围内。

塔吊布设还应注意以下几点。

①防雷接地：根据规范要求，高度超过30m 时应设置防雷接地，工程采用40×4 镀锌扁铁连接防雷接地，安装后测试接地电阻不大于4Ω方有效，否则检查原因后重新安装。

②塔吊穿地下室顶板临时围挡：预留顶板洞口周边砌筑20cm 高的挡水墙水泥砂浆抹光，并在周边加1200mm 高防护栏杆，护栏底部200mm 范围加踢脚板，防护栏杆与踢脚板均涂黄黑相间的油漆。

图1 塔吊临时围挡图

③塔吊穿地下室顶板洞口封堵措施：预留孔洞四周采用快易收口拦断，塔吊拆除后，用高一强度等级的微膨胀混凝土封闭；板、次梁钢筋预留长度满足伸至孔洞的另一边，预留钢筋在孔洞边缘250mm 范围内向上或向下弯起以避开塔吊节；待塔吊拆除后，将弯起的预留板筋重新调整好，回弯钢筋时，要做到钢筋周围的混凝土不受松动和损坏；孔洞内再加双层双向φ8@100 钢筋，与原预留板筋绑扎牢固；因塔吊处预留孔封闭后，底板受力与实际设计状况不同，为保证顶板安全，在封回洞口前，塔吊所在跨的顶板下架体不拆除。

④为防止塔吊地脚锈蚀塔吊基础1m周围处设置排水沟及集水坑，有利于塔吊基础排水，保证施工安全。

2 高层建筑塔吊布设位置

2.1 塔吊基础相对于地下室位置的布设

本工程8#、9#楼塔吊基础在地下室基坑外，其他楼梯塔吊基础在地下室基坑内。

塔吊基础在地下室内：塔吊基础设计的顶标高与地下室筏板顶标高一致，这样设计可以减少地下室筏板混凝土、钢筋等工程量（塔吊后期拆除，塔吊基础可当做地下室筏板），同时需注意塔吊基础配筋率需在塔吊基础设计计算与地下室筏板钢筋取大值，塔吊基础的尺寸需满足塔吊说明书及设计计算的要求。注意因塔吊基础顶与地下室底板顶标高一致，不穿地下室底板，故需在施工缝（塔吊基础四周）位置预留止水钢板。

确定塔吊位置后，安排挖土机进场，按照测量员给定的放坡灰线进行开挖，土方开挖时，塔吊周围的土方应分层对称开挖，每次挖土深度不得超过2m，同时及时做好基坑周边围护。开挖过程中，测量员随时监测基础开挖尺寸和基底标高。土石方采用机械大开挖、人工清槽，超挖部分采用C15素混凝土浇筑、填平，高出部分人工用风镐或电镐破碎后清除。所有挖出土石方全部用挖掘机装土、自卸汽车运至场外指定地点，之后进行塔吊基础的模板、防水、钢筋、混凝土安装、预埋件安装等一系列工作。

塔吊基础在地下室外：塔吊基础设计的顶标高可与地下室筏板顶标高一致，也可以低于地下室筏板顶标高，但是不能高于地下室筏板顶标高，否则后续地下室开挖时可能会造成塔吊基础产生扰动，从而增大安全隐患。塔吊基础施工流程与塔吊基础在地下室内一致，需注意的是塔吊基础及地下室施工完毕后，塔吊基础周围需设计挡土墙以保证塔吊基础安全（地下室施工完成后周围土方需回填，可能会造成塔吊基础扰动影响安全）。

为保证塔吊基础设在地下室外的安全，项目给塔吊基础设置了挡土墙，挡土墙为300mm 厚钢筋混凝土结构，挡土墙底部设计地基梁（尺寸为900mm×500mm），高度为塔吊基础底至回填土完成面高度，混凝土强度等级设计为C40，待混凝土强度达到100%后才进行土方分层回填，每次回填高度不超过500mm。回填至临时施工道路以下200mm时，再浇筑混凝土道路使新旧临时道路结合，并在周围设置明显的限载标识标牌。

2.2 塔吊附墙杆布设于山墙处

本工程8#楼塔吊布设于山墙处，位于地下室基坑外，塔吊附墙杆固定在距离结构面以上1.0m 的剪力墙上，经对剪力墙的强度验算，满足附墙要求。使用过程中有附墙安装及定位方便快捷、不影响地下室结构施工、有利于群塔作业塔吊布置、无须考虑地下室顶板预留洞口的封堵和渗漏问题的优点。

使用过程中缺点为项目山墙处无外窗设计导致塔吊人行马道安装困难，主体结构施工时马道随爬架提升，主体结构完工后马道置于屋面，塔吊拆除时无法安装马道，人员上下困难；另一端最远处由于塔吊吊重限制原因，爬架需竖向分段拆除才能满足吊重要求，由此增加了拆除工期；对地下室覆盖面积小，为保证地下室施工需汽车吊辅助施工，增加了施工成本。

2.3 塔吊附墙杆布设于阳台处

优点：附墙安装及定位方便快捷；塔吊人行马道设置安装简单快捷，极大改进人员通行问题；主楼及周边地下室覆盖面积广，提高施工效率；钢筋、模板、钢管等材料堆场及加工场布置范围广。

缺点：会影响此处二结构施工进度；需提前考虑施工电梯的布设位置；需考虑地下室顶板预留洞口的封堵、渗漏问题。

3 塔吊对附墙的影响

运用workbench 仿真软件对高层建筑塔吊对附墙结构的影响进行仿真模拟[5-6]，塔吊分别与高层建筑的6 层、12层、17 层、21 层进行附墙连接。根据某高层建筑相关的数据构建模型，33 层的总楼高（98m），每一层高度为2.9m。相关的模型材料参数如表1 所示。其中模型楼板、墙体设置的单元类型为Shell181，中梁、柱、塔吊设置的单元类型为Beam188，塔吊配重及重物设置的单元类型为Solid185，其余结构统一设置单元类型为Link180。如图2 所示，模型共75928个节点，54329个单元。

表1 模型材料参数

图2 仿真模型

本次仿真过程中，对模型施加载荷曲线，对高层建筑在塔吊起吊动荷载过程中进行瞬态的分析。从图3、图4位移时程曲线可以得出，高层建筑顶部沿X向和Y 向位移幅值分别为7.901mm 和17.571mm，Y 方向的上位移明显大于X方向上的位移；X、Y 向位移时程曲线，整体波动大体相同。

图3 高层建筑顶部X向位移时程曲线

图4 高层建筑顶部Y向位移时程曲线

从图5 有限元模拟某时刻结构位移图来看，可以非常直观地观察到高层建筑的扭转变形，这说明塔吊起吊过程中对高层建筑有一定程度的影响。如果塔吊布置位置不当，偏移位移幅度更大，这将会直接导致高层建筑出现明显的扭转晃动，所以一定要合理的布设高层建筑塔吊位置。

图5 某时刻高层建筑的位移云图

4 结语

高层建筑施工中，考虑塔吊位置的布设需优先考虑附墙杆位置，通过附墙杆在主楼不同位置的优缺点来选择项目最优的塔吊布设方案，从而保证项目内群塔作业的安全，本项目主楼塔吊附墙杆附着位置有阳台、连廊、山墙、楼梯间，多样的塔吊附墙杆附着位置保证了工程项目的顺利竣工。如因场地等因素无法按规定架设塔吊时，应评估塔吊对结构的影响，采用对附墙连杆进行优化设计等工程措施抑制结构响应。