综合商业超高层建筑工程塔式起重机选型与附着步序设计

王博

（中核环保有限公司，省 城市 邮编）

塔式起重机是高层建筑施工中物料垂直运输的关键设备。如何选择适合本工程的塔机，并最终在工程中实现施工生产、安全质量、经济效益等目标，需要考虑的关键因素有：建筑物的平面造型；建筑物的总高度；建筑工程总的垂直运输量；建筑构件的组成和需吊装构件的最大重量；建筑物现场的环境条件；工程施工工期；施工生产垂直交叉作业的整体安排等。通过对以上因素的分析，结合市场上现有塔吊的相关参数、性能特点以及仅针对外附式塔吊附着步序设计的可行性分析，最终做出判断。下面将重点论述外附式塔式起重机在选型过程中，对塔吊的附着步序设计在充分结合工程各种实际因素情况下的可行性研究。

1 决定塔吊附着步序设计的因素

1.1 建筑物的设计概况

1.1.1 建筑物的结构高度

建筑物的最终结构高度，决定了塔式起重机在选型时需满足的最大作业高度。塔吊进行附着步序设计时，其最大作业高度是附着次数设计的依据之一。每一种外附式塔吊因设计构造和吊装能力的不同，其附着设计要求也是不同的。当塔吊的独立高度达到其最大自由高度时，在下一次顶升之前，需进行第一次附着。第一次附着点位置不允许超过的标准节数量有严格的规定，而随后两道附着之间的标准节数量也有最大值，最后一次附着后其塔吊的最大自由端高度也是有严格规定的。因此，当建筑物的结构高度确定后，在不考虑其他因素的情况下，根据塔吊自身附着构造要求，可基本确定塔吊的附着次数和位置。

1.1.2 建筑物的结构形式

超高层建筑物的结构形式，多为钢筋混凝土框架、钢筋混凝土筒体组成的混合结构体系或者是型钢混凝土框架、钢筋混凝土筒体组成的混合结构体系。对于前者，塔吊附着与结构的连接形式通长情况下采取预埋件的方式；对于后者，当连接点位于型钢结构上时，塔吊附着与结构的连接形式一般采取塔吊附着结构连接板与型钢结构焊接的方式，并且是在型钢结构现场安装固定之前进行，这样可以避免因型钢结构安装固定后再次进行焊接施工，导致其局部受热变形，对型钢结构整体质量和安全稳定性产生影响。当然，对于后者，也可以把连接板通过锚栓连接固定在型钢柱上，但这种抱柱的附着方式在附着的稳定性和牢固性方面不如前者预埋或者焊接的连接方式，且在成本造价上要高于前者。

作为外附式塔吊的附着，通常情况下，附着点都是在外框架柱上；有时因塔吊定位或者外框架柱间距的原因，一端或者两端的附着点固定在外框架柱上的角度无法满足附着要求时，附着点可以向中间延伸至核心筒结构上。

1.2 多塔吊配合作业

多塔吊配合作业，主要针对的是一座主楼至少配备两台塔吊（本篇仅以两台塔吊配合作业为例），在充分考虑彼此水平安全距离的前提下完成塔吊定位，在塔吊进行各自附着步序设计时，要充分考虑彼此的垂直安全距离以及塔吊与主楼结构的安全操作垂直距离，以便达到塔吊的附着和顶升在整个工程施工过程中，即保证两塔之间的交叉作业不受影响，又保证塔吊满足主楼安全吊装作业目的。

多塔吊配合作业时，因考虑工程成本和实际施工的需要，在塔吊选型时，往往设定一台主塔、一台副塔。因此，两台塔吊的型号大多数情况下是不同的。塔吊型号不同，其自由高度、两道附着间的垂直距离以及最后一道附着后的最大自由端的高度均不相同。因此，在进行多塔吊选型和附着步序设计时，要将塔吊附着性能、涉及型钢混凝土框架与钢筋混凝土筒体组成的混合结构体系时垂直交叉作业施工、塔吊附着点位置层的外框结构施工完成情况等因素综合考虑。

1.3 超高层主楼垂直交叉作业

在综合商业超高层建筑结构形式中，型钢混凝土框架、钢筋混凝土筒体组成的混合结构体系作为较为普遍的混凝土结构体系形式，在施工生产组织形式中，核心筒结构施工进度一般要快于型钢混凝土框架结构施工，从而形成垂直交叉作业的生产形式。一方面是因为核心筒结构先于外框架结构，可满足结构整体稳定性；另一方面是核心筒结构的施工要快于型钢混凝土框架施工；再者便于核心筒结构施工与型钢混凝土框架施工合理错开，不会相互影响。

针对这种垂直交叉作业的生产形式，塔吊在选型时，要充分考虑因这种垂直交叉作业施工对塔吊附着制约因素。钢结构吊装作业需专门配置一台大型塔吊，主楼的其他结构吊装施工则配置另外一台塔吊。楼层层高和核心筒结构施工快于型钢混凝土外框结构的层数，其产生了核心筒与型钢混凝土外框结构的高差，而用于吊装钢结构的主塔在附着后的最大自由端高度一方面要克服这种额外的高度差，另一方面还要满足其大臂距离副塔的安全距离以及副塔距离核心筒结构的安全距离值。当核心筒结构施工达到的高度，已经达到塔吊大臂下的最小安全垂直距离时，需考虑塔吊顶升前附着点位置层的结构施工是否完成且结构强度是否满足附着要求。如果一切满足，说明在塔吊选型和附着步序设计期间，技术人员已充分考虑到塔吊垂直交叉作业而产生的外框结构与核心筒结构不同步的情况。反之，则上部核心筒结构施工将停滞，待附着点层的外框结构施工完成且结构强度满足附着条件后，塔吊附着和顶升完成后，核心筒结构施工方可继续。因此，在塔吊选型时，超高层主楼钢结构与核心筒垂直交叉作业的层数差值，将作为塔吊附着后最大自由端高度参考的依据。

2 附着步序设计可行性研究的举例说明

2.1 举例工程基本概况

工程以中国铁建国际城（诗景广场）项目为例进行说明。本工程共3栋楼，其中酒店式公寓45层，檐高为173.40m，办公楼层数为30层，檐高为129.80m。商业裙房地上3层，高度17.1m，局部4层，高度为21.20m。公寓楼为型钢混凝土框架、钢筋混凝土筒体组成的混合结构体系，最大层高4.4m，标准层高3.5m。

2.2 举例工程塔吊配置及相关参数概况

拟采用两台塔吊用于该主楼的吊装施工。主塔（1#塔）型号为M125/75，塔吊最大吊装能力为50t,最大自由高度为90.2m，附着之间标准节最多不超过6节（5.7m/节），附着后最大自由端高度不超过9个标准节（5.7m/节），主要负责钢结构吊装。另外一台塔吊（2#塔）型号为ST6015，塔吊最大吊装能力为10t，最大自由高度为60m，附着之间标准节最多不超过12节（3m/节），附着后最大自由端高度不超过14个标准节（3m/节），主要负责混凝土结构施工过程中的吊装任务。下面以该两台塔吊的附着步序设计图为例，对塔吊附着步序设计的可行性研究举例说明。

2.3 步序设计的可行性研究举例说明

2.3.1 1#、2#塔附着步序详图，见图1。

图1 1#、2#塔附着步序详图一

该图分析如下：

（1）该图显示在副塔顶升至最大自由高度时，主塔顶升至第10节（未达到最大自由高度）时，两台塔吊相对位置关系和副塔与核心筒的垂直距离关系。

（2）该图表示核心筒结构施工与型钢混凝土框架施工层数先后关系。副塔达到最大自由高度，在其顶升前要先附着，其附着点位置层不能超过结构最高完成层（地上四层）。同时，附着点的位置还要满足副塔首次附着高度不得超过28米的塔机构造要求。

2.3.2 1#、2#塔附着步序详图，见图2

图2 1#、2#塔附着步序详图二

该图分析如下：

（1）该图显示在主塔顶升至最大自由高度时，副塔首次附着后顶升至第24个标准节高度时，两台塔吊相对位置关系和副塔与核心筒的垂直距离关系。

（2）核心筒结构施工与型钢混凝土框架施工层数先后关系没有变化。因此可以判定：一般情况，垂直交叉作业的核心筒结构较型钢混凝土框架施工的提前完成层数是固定值，但不排除后期因结构施工至非标准层，楼层层高增加而要考虑到塔吊附着后的最大自由端高度的局限，而适当调整层数差。

（3）副塔首次附着后的顶升高度是严格按照其塔机构造要求执行，即附着后的最大自由端高度不得超过最多标准节（14个）的塔机构造要求。结合图1和图2所示，第1道附着是在第10个标准节，然后顶升至第24标准节，满足要求。

（4）型钢混凝土框架结构施工进度满足副塔首次附着点位置层的要求。

2.3.3 1#、2#塔附着步序详图，见图3、4

图3 1#、2#塔附着步序详图三

图4 1#、2#塔附着步序详图四

该图分析如下：

（1）图4表示在副塔第3次附着后顶升至第32个标准节高度时，主塔吊随之进行首次附着后顶升至第17标准节时，两台塔吊相对位置关系和副塔与核心筒的垂直距离关系。

（2）同图2第（2）条。

（3）图3表示副塔的第2次附着点在第14个标准节上，并顶升至28个标准节。此时，主塔的最大自由高度即将约束2#塔的第三次顶升。副塔的第2次附着与首次附着之间的标准节数为4个标准节，未超过附着间最大标准节间距离（12个标准节），符合塔机附着构造要求。

（4）副塔吊第3次附着后顶升至第32标准节，第3道附着在第18标准节，满足2#塔吊附着后的最大自由端高度不得超过最多标准节（14个）的塔机构造要求。

（5）主塔首次附着后顶升至第17标准节，首次附着点位于第8标准节，满足主塔附着后最大自由端高度不超过最多标准节（9个）的塔机构造要求。

（6）型钢混凝土框架结构施工进度满足主塔第1次附着点位置层要求和副塔第3次附着点位置层的要求。

以上四个图例充分体现了一栋主楼采用主副塔吊配合作业时，在塔吊附着步序设计中，最重要的三个阶段的步序设计思路。一是副塔最先达到最大自由高度而主塔未达到最大自由高度时，主副塔吊的垂直距离关系在满足安全距离的前提下，保证吊装施工的顺利进行。二是主塔达到最大自由高度而副塔已完成首次附着及其顶升施工后，主副塔吊的垂直距离关系在满足安全距离的前提下，保证吊装施工的顺利进行。三是塔吊在附着顶升的整个过程中，塔节附着点的选择和顶升高度要严格按照塔机构造要求，即满足两个附着点之间的最大距离和附着后自由端的最大高度。四是型钢混凝土框架结构施工进度始终满足主副塔吊附着点位置层的要求。

3 结语

总之，塔式起重机在选择型号时，人们往往将施工现场环境对塔吊定位的影响、塔吊作业面的覆盖、塔吊的吊装能力等因素充分考虑，使型号的确定和安装工作进展很顺利。但是，当我们后续面临塔吊顶升、附着施工时，由于前期缺乏考虑和研究，其受塔吊自身构造要求的限制和施工生产组织安排对塔吊使用要求的影响时，往往出现塔吊附着不了、顶升不上去、主副塔相互“打架”等问题，严重影响现场施工进度。因此，通过此次从塔吊选型对其附着步序设计可行性的深刻研究，希望能够使更多人从中收获一些心得和经验，对塔吊附着设计这一前期的重要技术工作予以充分重视，最终实现塔吊在工程建设应用中的科学化、合理化、经济效益最大化等综合性目标。