位于楼面上的大型行走式塔吊轨道设计及安装技术

覃 川，姚 刚，包洪余，唐浩洋，李 黎

(1.重庆大学土木工程学院，重庆 400045;2.四川省建筑设计院，四川成都 610017)

在钢结构工程施工中，不管采用何种施工方法进行钢结构安装，既要确保结构的安全又要追求工程进度和提高效率的原则总是不变的［1］。在钢结构工程量巨大、施工面积很广、同时构件单体重量大、起吊构件多而工程工期要求紧张、场地条件有限制等工程环境下，采用行走式塔吊是比较经济合理的钢结构安装方法。目前行走式塔吊施工技术已经广泛应用于体育场馆、会展建筑以及工业建筑的建设当中。比如厦门嵩屿电厂一期工程中采用DBQ4000 大型行走式塔吊，系当时国内最大的行走式塔吊之一，被称为“塔吊之王”［2］。上海世博会主题馆屋面工程施工中使用的36 m 大跨度行走式塔吊，是目前亚洲最大跨度的行走式塔吊。本文针对在深圳机场航站区扩建工程T3 航站楼钢结构安装工程中行走式塔吊轨道的布置、塔吊轨道的设计，以及行走式塔吊对土建结构的影响、轨道支撑钢柱设计和轨道埋件的设计等进行计算分析。对行走式塔吊在以后的工程应用具有重要的借鉴意义。

1 工程概况

深圳宝安国际机场T3 航站楼位于深圳市宝安区宝安国际机场扩建区域。占地面积约19.5×104m2，总建筑面积45.1×104m2，南北长约1128 m，东西宽约640 m。航站楼主楼地下二层，地上四层(局部五层)，为钢筋混凝土框架+钢结构，由主楼和呈十字交叉的指廊组成。建筑物高46.80 m，拥有62个近机位。主楼大厅区域东西长约640 m，南北宽约324 m;十字指廊区域东西长约640 m，南北长约750 m。

大厅屋顶为自由曲面结构，采用主次桁架形成双层斜交网架，加强桁架设置在屋顶支撑结构的柱网上。屋顶支承结构由钢管柱、核心筒、过渡区的拱形加强桁架组成。大厅的基本单元形状为空间网架，总重量约13000 t。

大厅屋盖安装通过方案采用“胎架支撑高空原位拼装工艺”。结合大厅屋顶钢结构面积大、体量大、造型新颖、结构复杂、安装难度较大等结构特点，屋盖结构采用行走式塔吊施工工艺。本工程采用4 台行走式塔吊，型号为M125－75 及ST8075－40。另有两台300t 履带吊辅助安装。塔吊主要负责大厅中部屋盖及其支撑结构安装，300t 履带吊主要负责四台行走式塔吊的安装及外部钢结构的安装。

2 塔吊轨道布置及设计思路

2.1 行走塔吊轨道布置

大厅区行走塔吊轨道位于标高为+14.250 mm 的四层砼结构楼面上，根据吊装施工的需要，大厅共设置4条行走轨道，分别位于WH(4#)、WB(2#)、EB(1#)、EH(3#)四条轴线上。靠近两侧的为ST8075－40，居中的为M125－75，每条轨道宽度为9 m，如图1、图2 所示。

图1 大厅行走塔吊轨道平面位置示意

图2 轨道梁支座分布及其与砼柱关系平面示意

2.2 行走塔吊轨道设计思路

(1)为最大限度减少施工过程中塔吊对砼结构(尤其是砼楼板)的影响，特在轨道梁下方设置若干支点，将轨道梁架空。其支点直接落于砼柱(或主梁)上，从而将上部施工荷载只传递到柱或梁，避免使承载力较弱的楼板受力。

(2)考虑到轨道梁下方的支座间距不能太大(否则轨道梁的刚度不足)，在行走塔吊作用下，挠度较大;基于大厅区域砼结构基本柱距为9 m，为此，将轨道梁支座间距统一设定为9 m。

(3)在大厅的局部区域，其柱距为18 m，因此部分轨道梁支座下方没有砼柱，只能落在砼主梁或次梁上。注意到:当主梁下方无柱时，除了验算主梁本身的承载力(抗剪、抗弯)外，还要校核主梁两端的砼柱，因为此时主梁端部的砼柱已成为“压弯构件”，不能只考虑行走塔吊轮压传来的轴力，还要考虑主梁对端柱产生的弯矩。

当轨道梁支座落在主梁上时，鉴于主梁的截面较大(一般主梁高度为1200～1300 mm)，先考虑主梁(不加固)的可能性;若主梁本身或端柱承载力不足，则在主梁下方增设钢柱。

当轨道梁支座落在次梁上时，鉴于次梁截面较小，则统一在次梁下方增设支承钢柱。

(4)考虑到现场既有材料，轨道梁采用H 型钢，加固用支承钢柱采用圆钢管。

3 大厅行走塔吊轨道截面设计

3.1 M125－75 及ST8075－40 荷载说明

由塔吊生产厂家提供的资料，查出M125－75 塔吊及ST8075－40 塔吊的最大轮压荷载为:M125－75 塔吊最大轮压荷载为273 t、ST8075－40 塔吊最大轮压荷载为276 t。

3.2 轨道梁承载力及刚度校核

3.2.1 整体稳定

由于大厅区域的行走塔吊轨道梁架空，轨道梁的刚度及稳定性需要进行校核［3］，拟采用H1200×500×20×35 截面形式。稳定性校核时，由于在梁跨中布置有横向支承，梁的自由长度与其截面宽度之比为4500/500=9.0＜10.5(荷载作用在上翼缘)，依据GB50017－2003《钢结构设计规范》第4.2.1条，可不计算梁的整体稳定性。

3.2.2 局部稳定

依据GB50017－2003《钢结构设计规范》第4.3节，梁受压翼缘自由外伸宽度与其厚度之比b/tf=250/35=7.14＜13(235/fy)0.5;在腹板两侧，每隔0.5 m 均布有加劲板，腹板高厚比为1200/20=60＜80 (235/fy)0.5，因此轨道梁的局部稳定满足。

3.2.3 强度及刚度

对于梁的强度及刚度，荷载采用行走式塔吊最大轮压荷载进行结构计算，采用H1200×500×20×35 也满足强度及刚度要求。

通过以上计算，采用H1200×500×20×35 截面完全能够满足强度及稳定性要求。

4 大厅区土建结构承载力校核

4.1 轨道梁支座分布

在大厅的局部区域，由于柱网间距变为18 m×18 m，使9 m 间距的行走轨道不可能将荷载全部传于柱顶。为此，将轨道梁支座的分布与土建结构的关系表达在图2 中。

通过考察各片轨道梁的立面支承布置情况，对于轨道支点直接落于砼梁，而这种支承方式承载力不足时，需新增支承钢管。对于轨道支点落于砼主梁的区域，根据上文“行走塔吊轨道设计思路”一节，应通过计算确定是否增设钢管柱。

4.2 砼主梁承载力判定

当轨道梁支点直接落于砼主梁(18 m 跨)时，需根据计算判定是否需在主梁下部增设钢管柱支承。影响判定结果的因素包括砼主梁的承载能力及砼柱的承载能力。下面首先在砼主梁不考虑支承的情况下，进行砼柱承载力计算。

行走塔吊的最大轮压为276 t，通过madis 建立塔吊局部区域的整体模型，计算各砼柱的控制内力，并按《混凝土结构设计规范》进行承载力校核，如图3 所示。

图3 施工荷载与钢筋砼柱承载力的比值(大厅)

通过计算分析可见，当主梁下方不增设钢柱时，部分主梁两端的砼柱承载力不足(主要是压弯时，承载力不足)。且与砼柱承载力相比，即使承载力满足，很多砼柱的荷载也比较饱满。为充分保证土建结构的安全性，除直接落在砼柱的支点外，其余所有轨道梁支点下部均考虑加设钢管柱支承。

4.3 钢筋砼框架柱承载力校核

轨道梁所有支点下部均有竖向支承(砼柱或钢管柱)，使得砼柱受力状态基本转化为轴压作用。轴压力N 包括行走塔吊的最大轮压276 t 及砼柱支承范围内砼结构自重(均按9 m×9 m 范围取用，考虑到次梁重，取系数1.2)，故:

N=2760+9×9×25×0.12×1.2=3052 kN

根据已计算出各砼柱的轴压承载力Nu，由此绘制施工荷载与砼柱轴压承载力比值曲线如图4。

4.4 钢筋砼框架梁承载力校核

塔吊作用下不会引起砼梁内力(荷载直接通过竖向支承传递)，砼梁仅为中间传力构件，因此无需进行承载力校核。

4.5 钢管柱设计

依土建结构统计，支撑钢柱的长度主要有3400 mm，4400 mm，5000 mm，……，10540 mm 共17 类。钢管柱在砼梁、板浇筑前设置到位，故计算中考虑钢管柱承担部分砼自重，取3052 kN 轴压力用于设计计算。结合施工现场现有材料，优先考虑现有截面型号为325×10 的Q235 无缝钢管。

图4 施工荷载与砼柱轴压承载力比值曲线

通过对几种工况下的构件承载力、整体稳定等的计算分析，证明方案切实可行。

5 轨道安装

采用H1200×500×20×35 钢梁作为轨道支撑梁，钢梁长度9 m，两端设支点，梁底距楼面架空50 mm。梁底支撑部位设埋件，用垫板调节标高，相邻钢梁的腹板采用双夹板的螺栓连接。两条轨道之间的间距为9 m，两道轨道间每隔不超过6 m 设轨距拉杆一个，并且轨道起始端应设置拉杆。

轨道要求使用P100 钢轨;每间隔6 m 应设轨距拉杆一个，每个轨接头处应有轨枕支撑，不应悬空、移动，轨距允许偏差为公称值的1/1000，且不超过6 mm;轨道顶面在纵横方向上倾斜度不得大于1/1000;钢轨接头间隙不得大于4 mm，并应与另一侧轨道接头错开，错开距离不得小于1.5 m，接头处应架在轨枕上，接点处两轨顶高度差不大于2 mm;距轨道终端1 m 处必须设置缓冲止挡器，其高度不应小于行走机构在每个运行方向设置行程限位开关的高度，同时在轨道上安装限位开关碰触装置，保证塔机与止档装置不小于1 m 处能安全停车。塔机不行走时，夹轨器应夹上。路基两侧或中间应设排水沟，保证路基没有积水;底架与加强节之间的销轴应紧固。安装效果如图5 所示。

图5 塔吊轨道安装效果图

6 结束语

通过现场实际实施，证明行走式塔吊所采用轨道可行。行走式塔吊轨道的设置确保了施工过程中的结构安全性，加快了施工进度，节约了施工成本，对以后的钢结构施工提供了经验。

［1］罗昭军.位于楼面上的行走式塔吊吊装大跨度钢结构施工及性能分析［D］.重庆:重庆大学，2011

［2］余旭.DBQ400 型塔吊路基设计与施工技术［J］.泰州职业技术学院学报，2005，5(1):5－6

［3］范鹏涛，高良，曹美娣.楼面行走式塔吊施工加固计算［J］.建筑结构，2010，23(4):2－3