内爬塔机支撑体系转换及倒运装置的设计研究

张 鹏/ZHANG Peng

（北京永茂建工机械制造有限公司，北京 113126）

1 工程概况

海口塔是由一栋塔楼和位于其两侧的裙楼组成的超高层建筑，总建筑面积为38万m2，其中塔楼地上94层，高度428m。塔楼核心筒在-4F～65F阶段为“菱形井字”结构，在66F以上阶段为“中空”结构（图1），核心筒墙体厚度自下而上逐渐缩小，其中外墙厚度由1600mm收缩至600mm，内墙厚度由800mm收缩至500mm。

图1 海口塔核心筒结构平面图

2 塔机选型及布置

根据核心筒结构变化以及吊重需求等因素，该项目使用三台动臂内爬式塔机进行施工，塔机选型及数量见表1，塔机平面布置见图2。

表1 海口塔塔机选型、数量及基本参数统计表

图2 塔机平面布置图

塔机布置原则：塔机尽可能一直爬升至工程结束；尽量减少塔机移位次数；如果塔机位于核心筒内，则塔机所在位置必须满足塔身和爬升时的空间要求；塔身尽量避免与结构发生干涉；塔机平衡臂之间决不能发生干涉情况；塔机间距离可以实现塔机的互装和互拆；塔机位置也要便于顶模（或爬模）系统的设计和爬升。

3 塔机支撑体系设计

塔机支撑体系的设计要综合考虑核心筒结构的形式和变化、塔机的位置特点和支撑体系的构造形式等因素。以2#塔机STL2400C为例，为保证塔机可以在不移位的前提下爬升至工程结束，并且还要适应核心筒结构的变化，同时更要考虑支撑体系倒运的效率性以及核心筒结构的补强难易性，所以确定该STL2400C塔机支撑体系的结构形式是内爬式+外挂式，此种设计形式尚属国内首次。

此种设计适应核心筒结构的特点，诸如结构整体变化、墙体厚度变化及塔机所在空间范围等，同时还考虑到了转换时的操作便易性和效率性。

支撑体系在-4F～65F阶段使用内爬式，在66F以上阶段使用外挂式（图3），两种支撑体系的转换在塔机第15次爬升之后，逐套将内爬式支撑体系改造成外挂式支撑体系（图4）。内爬式与外挂式支撑体系的转换可以在施工现场进行。承重梁转换设计示意图见图5。

图3 STL2400C塔机支撑体系结构示意图

图4 支撑体系转换设计

支撑体系计算使用有限元软件ANSYS，并采用二阶弹性大变形算法，同时考虑了钢构件几何非线性的影响及钢结构构件的弹性稳定性。由于支座反力的分配与塔机起重臂转动的角度有关，因此根据塔机起重臂的转动方向，选取具有代表性的八种工况计算，其中最不利工况为工况三（图6）。另，各工况均考虑风荷载作用，风荷载的作用方向从塔机平衡臂指向塔机臂架的方向。塔机受力计算模型参见图7。

表2 STL2400C塔机内爬反力参数

通过对比，计算值＜许用值，符合标准要求。

4 塔机倒运装置

内爬塔机的爬升是影响超高层施工进度的一个非常重要环节，而支撑体系的倒运则是塔机爬升过程中的核心。通过配备专用倒运装置，可在不影响塔机作业的前提下，实现支撑体系的倒运。倒运过程如图9、图10所示，当塔机具备爬升条件之后，使用倒运装置将支撑体系C由待拆位置（即图中最下部）吊运至安装位置（即图中最上部），倒运装置除具备基本的提升功能之外，还具有换向、微动、便于操作等特点。

图5 承重梁转换设计示意图

图6 塔机计算工况示意图

图7 塔机受力计算模型示意图

图8 倒运空间平面示意图

图9 倒运距离示意图

5 塔机爬升方案编制简述

内爬塔机爬升方案是整个超高层建筑竖向施工的重要方案依据，其方案除可以直接反映出内爬塔机每道预埋件的竖向标高之外，还统筹了塔机、爬模体系、核心筒钢结构及其他各项设备或工序的竖向关系，也是上述设备或工序方案之间的重要结合部。

塔机爬升方案主要编制依据是塔机爬升规划、爬模体系立面设计及爬升步距、核心筒钢结构分段高度。

通过图9可以分析出，由于塔机每次具备爬升条件的前提为支撑体系C安装完毕，而支撑体系C安装的前提则是本道支撑体系的预埋件从爬模体系中漏出，即位置A，此后爬模体系继续向上爬升，直至爬升至位置E，此时塔机必须爬升，否则将因爬模体系的干扰而无法回转，致使塔机无法作业。对于核心筒钢结构而言，吊装至位置D时，也要求塔机必须爬升，否则将因核心筒钢结构的干扰而无法回转，致使塔机无法作业。参见图11。

综上，编制塔机爬升方案时，应综合并统筹考虑塔机、爬模体系、核心筒钢结构各自的施工方案，以保证相互间的有效配合。

图11 塔机、爬模体系、核心筒钢结构示意图

6 结 语

通过对内爬塔机支撑体系的构造形式、设计原则和参考依据的分析和总结，并结合项目实例，实现了在不更换支撑体系主要杆件的前提下，两种内爬支撑体系之间的转换，解决了该工程因核心筒结构变化带来的各种问题。同时倒运装置设计应用，可以在不影响塔机正常吊装作业的情况下显著提高支撑体系的倒运效率，将来可作为内爬塔机的标准配置加以推广。

[1]张 桢，黄豪华，黄国健.内爬式塔机的外挂支承架的设计计算与测试[J].建筑机械化，2015，(4)：77-81.

[2]刘文华，王善科，周树军.动臂内爬塔机倒梁装置[J].建筑机械化，2014，(12)：83-85.