浅谈密集型装配式住宅项目塔吊选型及定位要点

朱建飞，蒋 峰，沈建平，彭 成，顾文斌

（江苏九如建设有限公司，江苏 昆山 215300）

0 引言

针对装配式建筑的施工，需要充分做好前期策划工作。其塔吊选型及定位尤其需要做好事前策划，需要对装配式建筑整体施工有较好的前瞻性。项目前期考虑不周，将会造成施工组织困难、留下安全隐患、后期弥补成本相对较高。如主楼起吊存在盲区、塔吊覆盖区域的端部或最重预制构件位置的吊力无法满足、塔吊标准节与地库框架梁冲突，塔吊覆盖区域存在高压架高线路等相关问题。

笔者单位承建昆山长江路商住用房项目涉及装配式住宅，其楼栋间距密集、周边环境复杂。笔者结合昆山长江路商住用房装配式住宅项目就其塔吊选型、定位的考虑因素及相关方法阐述一些看法，可供类似项目进行参照。

1 项目简介

1.1 工程概况

昆山长江路商住用房 ABC 地块建筑位于昆山市开发区长江路东侧朝阳路南侧，总建筑面积 15.88 万 m2，由 3 种标准户型组成三种房型，主要为 C 户型、CC 户型、AB 户型。其中 6# 楼、7# 楼为 CC 户型，2# 楼、3# 楼、11# 楼、12# 楼为 C 户型，1# 楼、9# 楼、13# 楼、4# 楼为 AB 户型。现场标准层高为 2.9 m，其建筑楼栋间距及建筑层数详见各栋建筑物间距统计表（见表 1）。其各建筑物的相对位置参考图 1。

表1 各栋建筑物间距统计表 m

图1 建筑平面总图示意图

1.2 装配式概况

其装配式构件主要涉及叠合板及预制楼梯，其 C 户型及 CC 户型主要涉及叠合板预制构件，其 AB 户型主要涉及叠合板及预制楼梯两种构件。

叠合板为桁架钢筋混凝土叠合板，混凝土强度等级为 C30，叠合预制板厚为 60 mm，后浇混凝土厚度为 80 mm，90 mm。C 户型及 CC 户型叠合板最大尺寸为 3.78 m×3.12 m；其总重量为 1.77 t；C 单层叠合板数量为 12 块，CC 单层叠合板数量为 22 块。AB 户型最大尺寸为 3.57 m×2.82 m，其总重量为 1.55 t。叠合板数量为 24 块。叠合板桁架高度主要有 90、10 0 两种。

预制楼梯宽度为 1.220 m，踏步段高度为 1.61 m，其预制楼梯投影长度为 2.980 m，低端平台宽度则为 0.42 m，高端平台宽度 0.22 m，踏步宽度 260 mm，踏步高度 161.1 mm，混凝土体积为 0.738 m3，钢筋总重 56.99 kg，预制楼梯总重为 1.91 t。

1.3 周边环境概况

本工程施工场地狭长，其北侧为待开发建设酒店用地，其东侧临近市政道路。南侧为市政道路，市政道路边存在 10 kV 的架空线路。西侧为居民区，所开发工程地库距居民区仅为 5 m。项目整体效果图详如图 2 所示，其效果图右上角为北侧。

图2 项目整体效果图

2 装配式塔吊选型与定位考虑因素

不同的项目，其塔吊的定位考虑因素各不相同。通常情况下塔吊的定位在临近预制构件最重的位置，以避免产生加大塔吊型号所产生的费用。针对群体住宅，每栋尽可能设置一台塔吊。本工程各考虑因素简述如下。

2.1 考虑因素一:装配式构件重量

本工程装配式构件最重为 1.91 t，叠合板最重为 1.51 t。在其塔吊选型前期，需要对装配式构件位置及重量进行确认复核。避免设计错误致使装配式构件计算错误。同时需要确定装配式构件的起吊方式，确认吊具的重量。装配式构件吊装主要有脱模起吊和安装起吊两种工况验算；由于脱模起吊时，混凝土强度相对安装时强度较低，所以其脱模工况下最为不利。通常只对脱模工况下进行构件验算。安装过程中可以按照脱模工况下选择吊装方式。如安装过程中，吊装方式与脱模起吊方式不同则需要重新进行构件验算。塔吊定位需要优先布置靠近构件较重的位置，以选择较经济的塔吊型号。

2.2 考虑因素二:楼栋间距及周边建筑的高度

本工程楼栋间距相对密集，沿南北方向呈两端高中间低的局势。北侧端部有两栋 29 层建筑，南部有 1 栋 32 层建筑。中间分布着 18 层及 17 层建筑。6# 楼与 9# 楼、11# 楼与 7# 楼、13# 楼与 4# 楼建筑间距密集，且 6# 楼为 17 层建筑物，9# 楼为 32 层建筑物，建筑物存在一定高差。在建筑物相对密集的情况下，由于无法保证塔与塔之间的防碰撞距离，所以无法按照一栋楼设置一台塔吊进行实施。

具体做法：本工程通过“两栋楼共享一台塔吊”的施工方式，解决塔吊的布置问题。由于 9# 楼建筑物较高，所以将塔吊定位于 9# 楼。由于 9# 楼南侧为高压架空线路、西侧为居民区。通过 9# 楼的塔吊只能解决 6# 楼的西单元塔吊运输需求，其东单元需要借助 2# 楼塔吊。此外 11# 楼处于建筑群的边缘，为保证塔吊能够最大限度地覆盖施工范围，通过 7# 楼的塔吊解决 11# 楼的塔吊运输需求。4# 楼与 13# 楼在同一侧内，且两栋均为 19 层的高层，故采用臂长为 30 m 的塔吊，以满足施工需要。

2.3 考虑因素三:周边环境

9# 楼周边环境存在居民区及高压架空线路，其 9# 楼主楼边缘距西侧居民区仅为 6 m，主楼南侧存在 10 kV 的高压线路，边缘距高压线路约 39 m。根据 JGJ 305－2013《建筑施工升降设备设施检验标准》规定（8.2.1）［1］，其 10 kV 的架空线路沿垂直距离方向＞3 m，沿水平方向大于 2 m。

具体做法：在考虑安装 9# 楼塔吊定位过程中，优先考虑避免塔吊大臂覆盖居民区，塔吊在其塔吊定位过程中，远离居民区一侧布置。同时保证塔吊距离架空线路的安全距离，塔吊初始安装考虑塔吊与高压线路的距离，大臂底部高出高压线路 13 m；安装塔吊防碰撞系统，以覆盖范围内的高压为中心往外 4 m 设置塔吊区域保护区域，使得塔吊小车无法进入该区域。

2.4 考虑因素四:施工段划分及现场组织

本工程楼栋间距相对密集。沿南北方向呈两端高中间低的局势。北侧端部有两栋 29 层建筑，南层有 1 栋 32 层建筑。中间分布着 18 层及 17 层建筑。对临近高层周边的楼栋塔吊布置形成了约束和限制。

具体做法：在其定位及选型的过程中，优先施工建筑高度较高的塔机。以满足群塔作业防碰撞距离。此外根据现场施工段划分、顺序及塔吊定位，对紧后施工段的塔吊进行检查，其紧后施工段的塔机大臂需要与紧前施工的建筑物及防护设施保持足够的安全距离。

2.5 考虑因素五:塔吊拆除方向

由于塔吊周边拟建筑物交叉布置，在前期考虑塔吊定位时，将塔吊大臂的方向朝向指向后期拆除方向。以便后期塔吊能够顺利拆除。

2.6 考虑因素六:塔吊附着装置

由于拟建筑的高度较高，塔吊的独立高度无法满足施工要求，往往通过设置附臂才能满足施工要求。目前，设置角常见的附臂方式为三杆附臂和四杆附臂两种。通过构建稳定几何不变体系（三角形不变体系）保证能够满足塔吊附臂高度［2］。其三杆附臂附着杆与垂直于附着面塔吊标准节的水平夹角通常控制在 15°～ 45°（见图 3），四杆附着通常控制在 40°～ 60°（见图 4）。具体控制角度需要根据塔吊说明书进行确认。

图4 四杆附着装置示意简图

2.7 考虑因素七:塔吊基础选择及结构、建筑冲突检查

塔吊基础生根于底板之上，往往会与地下室结构柱、结构梁发生冲突。可采用高承台桩基础，采用格构式钢柱承台基础进行处理避免结构部分冲突。承台高于地库顶板。避免标准节与结构构件冲突。此外如塔吊基础采用桩基础，需要考虑桩基础与结构工程桩之间的位置及项目已有桩之间的位置；对建筑功能同样需要冲突检查，如塔吊基础面与底板面平齐，需要避开积水坑、水池等位置。

3 装配式塔吊选型与定位方法

在项目勘察及难点分析的基础上，需要建立相应的模型数据。结合 CAD 及 BIM 运用技术，对该类平面模型及空间模型进行分析比对吊力及相关的考虑因素，形成装配式塔吊选型与定位的最优方案。就该类方法简述如下。

3.1 塔吊型号的吊力验算方法

装配式建筑的塔吊选型首要考虑塔吊的吊力，塔吊吊力随着幅度的递增呈递减变化。其次塔吊的吊力性能分为二倍率和四倍率。其四倍率的吊运速度慢于两倍率，即同一台塔吊四倍率的吊运的惯性力往往小于两倍率的惯性力，但其吊力在其根部一定范围内四倍率的吊力往往是两倍率的吊力的两倍。在工期允许的前提下，优先考虑塔吊的四倍率作为塔吊的吊力性能主要参数。随着塔吊起升高度的不断提升，其塔吊四倍率的钢丝绳长度将受到限制；从而会出现塔吊顶升至一定高度后只能使用两倍率。采用四倍率进行施工可避免两倍率下降速度过快产生安全事故。

针对装配式塔吊吊力验算，首先根据施工总说明及深化总说明选择合理的起吊方式，根据起吊方式，确认起吊吊具的重量；再将不同装配式构件的重量与吊具的重量之和（即吊重）在平面表示出来，初步确定塔吊的位置；根据塔吊的位置及塔吊说明书起吊性能表绘制塔吊吊力圈，将两倍率、四倍率的吊力圈绘制在两张图纸中；根据现行规范，确认起吊的动力系数，计算塔吊的吊力与吊重的比值。如该比值大于动力系数则验算通过，反之，则不通过。以 1# 楼最重构件复核为例，具体吊力圈如图 5 所示（图 5 为两倍率吊力圈），最重构件为预制楼梯，重量为 1.91 t，其吊具重量为 0.3 t；其吊重为 2.21 t，对应塔吊起重性能曲线对应臂长处吊重分别为 3 t、6 t。其吊力与吊重的比为1.35（即 3/2.21=1.35）；根据 GB 50666－2011《混凝土结构工程施工规范》第 9.2.2 条［3］，吊运过程中的动力系数取 1.5，故该型塔吊在预制楼梯吊运过程中需要采用四倍率。该建筑层高为 17 层，借鉴以往施工高度，四倍率可以满足施工。

图5 1# 楼塔吊吊力圈复核示意图

3.2 利用 CAD 块对塔吊各类因素进行放样

根据塔吊实际臂长、标准节宽度、平衡臂等相关参数建立单独塔吊 CAD 图块。根据现场建筑的位置及吊力对塔吊进行初步定位，将所定位的塔吊组成一个 CAD 图块.根据该图块的基准点将所建立的图块放入总平面图、地下室结构图、基础桩位图、施工升降机定位图中，进行冲突检查。首先以单独因素为考虑前提，在块的编辑功能中调节，查看与其他因素的影响。通过单因素调节，查验其他因素，避免因考虑不周，塔吊标准节与结构构件发生冲突，与周边居民区、高压架空线路未能保证有足够的安全距离。图 6 为 CAD 块对周边环境进行冲突检查，设置塔吊区域保护。

3.3 BIM 模拟塔吊群塔作业施工

利用Revit软件体量功能，对拟建建筑外轮廓、建筑高度、建筑的相对位置建立体量模型。根据塔吊说明书的相关参数建立塔吊模型族，其标准节可采用共享参数，根据 CAD 图纸中的塔吊位置将所建好的塔吊族放置在模型内。通过调整共享参数族对现场的塔吊初始安装高度及安装高度进行模拟。以保证塔吊与塔吊之间的防碰撞距离满足安全距离需要（见图 7）。

图6 塔吊图块与周边环境冲突考虑

4 结语

图7 塔吊 BIM 定位模拟示意图

塔吊定位、选型是装配式吊装安全的重要保障。而成功的塔吊选型及定位需要同时考虑诸多因素。在诸多因素中，环环相扣。本文通过项目实列，结合项目实际考虑因素利用 CAD 和 Revit 软件进行模块化模拟，对装配式建筑塔吊选型及定位具有一定价值。通过 CAD 及 Revit 软件进行模拟，通过图块或模型在特定的环境中模拟，提前发现问题解决问题，是对塔吊选型及定位的一项重要工作。