大型动臂式内爬塔吊在超高层建筑施工中的应用

中国建筑第八工程局西北分公司 西安 710075

1 工程概况

西安·绿地中心A座工程位于西安市西高新中央商务区，总建筑高度269.7 m，总建筑面积约17.3万 m2，地下3 层，地上57 层，塔楼结构形式为带加强层钢管混凝土外框架+立面支撑+型钢混凝土核心筒结构。

钢结构部分：外框钢管柱29层以下为16 根，29层以上为17 根，核心筒十字形钢柱为18 根；单层钢梁115 根；29层、44层及屋面设有伸臂桁架结构，钢结构单节构件最大质量为21.8 t。

本工程塔楼塔吊采用2 台动臂式塔吊，一台STL720型动臂式塔吊外附着，臂长50 m，30 m半径起吊质量为23.12 t，一台STL1000型动臂式塔吊内爬升，臂长48 m，36 m半径起吊质量22.85 t，覆盖范围内均满足钢构件分段最大起重吨位。

2 技术重难点分析

2.1 支撑钢梁安放条件不满足

本工程内爬式塔吊在基础阶段进行安装，利用主楼筏板作为基础，核心筒施工至4层完成第1次爬升，爬升后采用支撑钢梁固定，支撑钢梁的倒运由外附着动臂塔吊配合内爬塔吊完成。

本工程核心筒设计为“田”字形结构（图1），核心筒剪力墙除外墙和内墙各有1 个洞口外，并无其他洞口，内爬塔吊的2 个支撑钢梁无法进行安装，且核心筒内墙的洞口下部墙体为砌体填充墙，无法满足作为内爬塔吊支撑点的受力要求[1,2]。

图1 内爬塔吊布置示意

2.2 塔吊独立高度低

超高层核心筒的施工进度是整个工程工期的关键[3]，为保证核心筒的进度要求，本工程在选择内爬塔吊所在筒模板体系时采用了液压爬模技术，爬模的高度为16 m，本工程选用STL1000型内爬塔吊的独立高度为48 m，除去锚固距离18 m及爬模的高度16 m外，可利用高度仅为14 m，这样势必导致内爬塔吊的爬升次数增加，制约核心筒的施工进度。

2.3 核心筒内空间狭小

塔吊安装筒的净尺寸为9.4 m×9.4 m，内筒爬模宽度为2.6 m，塔吊的钢梁安装可利用空间为4.2 m×4.2 m，塔吊的2 根支撑钢梁长度均为10.6 m，可利用空间较小，造成塔吊钢梁的倒运十分困难。

2.4 钢结构及爬模的制约

在施工过程中，爬模高度、核心筒型钢柱的分节和塔吊的爬升相互制约，塔吊爬升组织不力可使工程直接停工，造成不可挽回的损失，且如果塔吊的爬升距离未能计算准确，势必会增加塔吊的爬升次数，造成工期的延误。

3 应对措施

3.1 修改核心筒墙体设计

针对原设计剪力墙上无洞口和其中1 道支撑钢梁下部设计为砌体结构问题，通过与设计院交流沟通，提出支撑钢梁下部后砌墙体改为混凝土结构、支撑钢梁另一端安放处新开0.9 m×1.6 m洞口的实施方案，设计院通过计算出具了荷载验算和新开洞口补强措施。通过对设计的修改，塔吊2 道支撑钢梁在核心筒内的安装成功完成。如图2、图3所示。

图2 核心筒剪力墙修改前设计图纸

图3 核心筒剪力墙修改后设计图纸

3.2 提高塔吊独立高度

塔吊独立高度低是内爬塔吊效率降低的主要因素之一，它可能造成结构施工2 层或3 层就不得不进行塔吊爬升，延误工期。为此向塔吊厂家提出增加塔吊独立高度要求[4]，厂家经过反复计算，通过加强标准节自身强度等措施把塔吊独立高度再提高6 m，由原始的48 m改为现在的54 m。按本工程标准层4.2 m计算，塔吊爬升1 次即可多施工1 个楼层，而且还有富余高度。经过此实施方案，成功实现了结构每施工4 层进行1 次塔吊爬升，减少了爬升次数，缩减了工期，降低了塔吊租赁成本。

3.3 自改爬模设计

由图4爬模原设计图可以看出，爬模架体与塔吊C形框紧贴，南侧支撑钢梁倒运时，塔吊吊钩无法下入操作面，且当爬模架体安装完成后，支撑钢梁也无法吊入核心筒内。

图4 原设计的爬模与塔吊位置

为保证塔吊支撑钢梁的正常倒运，对原爬模设计进行了修改，经验算合格后，将爬模南侧和北侧机位间距由原始1.9 m改为1.6 m，南侧爬模正中间增开一个1 m×2 m的洞口。通过此方案实施，保证了塔吊C形框与爬模之间的安全距离，塔吊倒运钢梁吊钩从新开洞口直接下入操作面，完成钢梁倒运工作。如图5、图6所示。

图5 修改后爬模与塔吊位置

图6 爬模、塔吊组装完成

3.4 CAD工况全程模拟

在施工过程中，爬模高度、型钢柱的分段和塔吊的爬升相互制约，错误的爬升工况可能造成工程直接停工，通过与钢结构、爬模、塔吊等相关单位共同商讨，利用CAD绘制出1 套从1层开始直至结构封顶的工况图，如图7所示。通过完全按照工况模拟图进行钢柱分节，爬模按时爬升，保证施工运行一切正常。

图7 塔吊爬升工况示意

4 效益分析

4.1 社会效益

本工程施工采用的内爬塔吊施工技术在西北五省尚属首例，吨位之大在国内也是少有的。内爬塔吊施工技术的成功应用，得到了业主、监理单位的一致好评，同时吸引了众多兄弟单位前来学习，为企业赢得了荣誉，创造了良好的社会效益，为公司在西安乃至西北区域开拓超高层市场奠定了良好的基础。

4.2 经济效益

1）内爬塔吊与外附着塔吊相比，减少了租赁单位外附着塔吊标准节配置和附墙件费用投入，相应降低了同吨位塔吊租赁费用。按相同塔吊吨位计算，外附着塔吊租赁费用28 万元，内爬塔吊租赁费用20 万元，租赁周期20 个月，共节省费用（28-20）×20=160 万元。

2）修改核心筒设计，原后砌墙改为剪力墙，节省对混凝土梁加固的顶撑费用，剪力墙预留支撑钢梁安放洞口减少了安装牛腿的费用。按每加固1 道支撑混凝土梁5 000 元计算，一共需加固14 道，总计5 000×14=70 000 元；按每安装焊接1 个牛腿3 000 元计算，共需要安装28 个牛腿，总计28×3 000=84 000 元。

3）增加塔吊独立高度，减少爬升次数，减少劳动力约70 工日。按市场价每工日200 元计算，200×70=14 000 元。

综上所述，本工程采用内爬塔吊施工技术，共创176.8 万元，经济效益显著。

4.3 工期效益

增加塔吊独立高度，减少爬升次数，塔吊的爬升次数由原来的19 次减少到现在的14 次，工期结余10 d。

5 结语

内爬塔吊在超高层建筑的应用中，通过对施工技术的实时优化，克服了在城市中心施工的场地狭小、工期紧等难题。内爬塔吊施工范围大、有效吊重能力强、爬升快速便捷、节约设备购置费、节省场地，社会效益和经济效益显著，可供类似工程参考借鉴[5,6]。