浅析多层与高层建筑中选用塔吊施工的问题

布志煌

摘 要:建筑机械是指用于各种建筑工程施工的工程机械、筑路机械、农业机械和运输机械等有关的机械设备的统称。塔式起重机(简称塔吊),在建筑施工中已经得到广泛的应用,成为建筑安装施工中不可缺少的建筑机械。

关键词:建筑机械;塔吊

由于塔吊的起重臂与塔身可成相互垂直的外形,故可把起重机安装在靠近施工的建筑物,其有效工作幅度优越于履带、轮胎式起重机,特别是出现高层、超高层建筑后,塔吊的工作高度可达100～160m,更体现其优越性,再加上本身操作方便、变幅简单等特点,综合国内外一些情况看,今后建筑业的起重、运输、吊装作业的主导机械仍然是塔吊。

1 塔吊分类

1.1 固定式塔吊:塔身不移动,工作范围靠塔臂的转动和小车变幅完成,多用于高层建筑、构筑物、高炉安装工程。

1.2 运行式塔吊:它可由一个工作地点移到另一工作地点,如轨道式塔吊,可以带负荷运行,在建筑群中使用可以不用拆卸、通过轨道直接开进新的工程幢号施工。

2 基本参数

起重机的基本参数有六项:即起重力矩、起重量、最大起重量、工作幅度、起升高度和轨距,其中起重力矩确定为主要参数。

起重力矩。起重力矩是衡量塔吊起重能力的主要参数。选用塔吊,不仅考虑起重量,而且还应考虑工作幅度。

即:起重力矩=起重量×工作幅度(t·m)。

起重量。起重量是以起重吊钩上所悬挂的索具与重物的重量之和计算(t)。

关于起重量的考虑有两层含义:其一是最大工作幅度时的起重量;其二是最大额定起重量。在选择机型时,应按其说明书使用。因动臂式塔吊的工作幅度有限制范围,所以若以力矩值除以工作幅度,反算所得值并不准确。

工作幅度。工作幅度也称回转半径,是起重吊钩中心到塔吊回转中心线之间的水平距离(m),它是以建筑物尺寸和施工工艺的要求而确定的。

起升高度。起升高度是在最大工作幅度时,吊钩中心线至轨顶面(轮胎式、履带式至地面)的垂直距离(m),该值的确定是以建筑物尺寸和施工工艺的要求而确定的。

轨距。轨距值的确定是从塔吊的整体稳定和经济效果而定(m)。

3 技术性能

按照关系式:起重力矩=起重量×工作幅度。那么,当起重力矩确定后:已知起重量即可求出工作幅度;已知工作幅度即可求出起重量。

小车运行式变幅塔吊:

以QTZ-200型自升塔吊为例说明。此种塔吊是一种采用小车变幅、爬升套架、塔身接高的三用自升式塔吊。这种塔吊通过更换或增加一些辅助装置,可分别用作轨道式塔吊、附着式塔吊、固定式塔吊,此种塔吊采用液压顶升系统,塔身可随建筑物升高而升高,司机室设在塔最上部,视野开阔。

主要结构。金属结构包括底架、塔身、顶升套架、顶底及过渡节、转台、起重臂、平衡臂、塔帽、附着装置等部件。

①塔身。它是由第一节、第二节、4个增强节和22个标准节构成。每节高2.5m。轨道式其臂根铰点最大高度55.396m,增加附着后可达80.396m。

每台塔吊配三套附着装置,其安装间隔,不同塔吊间隔也不同。QTZ-200塔吊规定间隔一般在16～20m,最下一道附着装置,距塔身底架不大于60m(轨道式最大臂根铰点高度55m)。各道附着装置的撑杆应交错布置,附着框架要固定牢靠,用高标号砂浆灌实,不许有任何滑动。

附着是为减小塔身的自由高度,改善塔身的受力情况,提高塔吊的使用高度而增加的受力装置。主要是把塔身的水平分力,通过此装置传递给建筑结构部分,附着点的位置和作法,要在施工组织设计中予以考虑。

②起重臂。此种塔吊不同于动臂式塔吊,起重臂为受弯构件,其断面呈空间三角形或四边形,载重小车沿起重臂移动实现变幅(回转半径的变化),起重臂的下弦杆安装有小车轨道。

③平衡臂。全长20m,平衡重由4个平衡重块、8个悬接体组成,且有8个滚轮和牵引机构。移动平衡重的位置,以改善塔身所受的弯矩,增加塔吊的稳定性。

④顶升套架。顶升套架是用无缝钢管焊成的格构形桁架,其一侧开有门洞,并有引进轨道和摆渡小车,供引进塔身标准节用。

⑤过渡节。顶升套架以上是过渡节及回转机构,塔身增高时,由过渡节承座架承受以上全部结构重量,通过定位销固定在塔身上,然后引进接高塔身的标准节。

工作机构和安全装置:

①行走机构。大车行走机构由底架、4个支腿和4个台车组成。轨道端头附近设行程限位开关。

②起升机构。起升卷扬机由两台45kW电动机驱动,起升卷扬机上装有吊钩上升限位器。

③变幅机构。起重臂根部和头部装有缓冲块和限位开关,以限定载重小车行程。

④回转机构。它由2台5kW电动机驱动。塔帽回转设有手动液压制动机构,防止起重臂定位后因大风吹动臂杆,影响就位。

⑤平衡重牵引。平衡重牵引是由3kW电动机驱动,平衡臂的两端设有缓冲块和限位开关。

⑥顶升液压系统。

基础。QTZ-200塔吊有轨道式和固定式两种,地耐力要求20t/m2。

①轨道式基础。轨距6.5m,两端设止挡和行程极限拨杆。

②固定式基础。按说明书配筋,浇混凝土。

4 塔吊基础的作法

轨道式塔吊基础的习惯作法为:先将地基夯实或做1层3∶7灰土垫层,再铺碎石道渣,然后安放木轨枕,在木轨枕上铺设钢轨。这种作法木材消耗量大,使用寿命短,对重型塔吊极不适宜。当今推荐的作法为:在夯实的地基上架设钢筋混凝土底板或钢筋混凝土轨枕梁,在底板或轨枕梁上用预埋件固定安装工字钢,然后再在工字钢上安装钢轨。为提高铺轨效率,节省铺轨费用,常把钢筋混凝土轨枕梁、工字钢支托和钢轨组装在一起,形成一条长12.5m的装配式钢筋混凝土钢轨基础。这种轨道基础非常适合FO/23B、HK40/21B、H3/36B等重型自升塔吊使用。

底架固定式自升塔吊以采用分块式钢筋混凝土基础最为合适,在地耐力较高的地基上,这种混凝土基础板块尺寸可取为200cm×200cm×50cm,板块的顶部和底部均应双向配筋。如塔机必须安装在深基坑近旁,则应采用钻孔灌注桩承台基础,以保证塔机基础的坚固和稳定,并要采取措施,防止基坑边坡塌方。

塔身固定式自升塔吊的基础必须满足两项要求:一是将塔机上部荷载均匀地传给地基并不得超过地耐力;二是要使塔机在各种不利工况下均能保持整体稳定而不致倾翻。因此,这种塔机基础体积相当庞大,基础重量要相当于塔机压重的重量。这种固定式塔机基础重量与塔机自由高度密切相关,自由高度越高基础重量越大。以FO/23B塔吊为例,当其自由高度为59.8m时,混凝土基础尺寸需达6.5m×6.5m×1.7m。若塔机需在基础施工阶段架设在深基坑近旁,表层土质条件又比较差,则这种基础还必须由钻孔灌注桩支承。因此,为节省基础构筑费用,宜将这种整块大体积混凝土基础分解为若干个预制混凝土条块,从而构成一个装配式钢筋混凝土基础,以便做到多次反复使用,使分解到每个工程项目上的塔机基础费用降至最低。

5 注意事项

5.1 塔吊基础应经过正规设计和严密计算。基础设计若存在不足,其隐患不可低估,重则导致严重事故,在沿海淤泥质土层采用桩基较为可靠。

5.2 由于影响塔吊基础的主要因素是塔吊附墙前的倾覆力矩,特别是沿海地区,风荷载尤为明显。大量实例证明,塔吊提前附墙可缩小基础几何尺寸和基础成本,在沿海淤泥质土地区经济效益更为明显。因为塔吊第一次开始附墙后,由于弯矩、扭矩、水平力绝大部分通过锚固环河支承杆传给施工中的建筑主体结构,除垂直荷载压力处,其他传递至基础的力很少。

因此基础在附墙前后有很多的区别,其偏心率e由大变小,由偏心荷载作用趋向轴向荷载作用。Pmax变小,因此,塔吊基础大小主要由初始架设的自由高度确定。如第一次架设节数N越多,其倾覆力矩M越大,所需基础就大,反之则小。

5.3 在大城市施工高层建筑,塔吊往往受到周围建筑物和高压线的影响。遇到这种障碍物时,必须采取技术措施,预防重大安全事故发生。