动臂塔机钢框架结构内爬升设计与施工

（中国建筑第二工程局有限公司,北京 100160）

随着我国经济实力不断提升,越来越多的高层建筑拔地而起,现代化建设不断突破,超高层建筑中核心筒与钢框架组合结构被广泛采用。此类超高层建筑的施工难度大,对垂直运输设备要求高,因此塔机的选型及布置对建筑施工具有重要的影响。

钢框架结构的超高层建筑施工中,越来越多的运用动臂式内爬升塔机,这类塔机利用建筑内部已有的空间进行安装,对建筑局部结构进行加固,通过支承构件和爬升套件即可实现爬升,由于内爬升塔机的重量和施工荷载全部由建筑承担,故不需要进行塔机的基础施工,且该类塔机不受高度限制,可随建筑不断向上爬升,满足现场施工要求。

1 项目概况

1.1 工程概况

春之眼商业中心工程（图1）由2 栋超高层摩天大厦与高端商业中心组成,包括一栋高度407m 主塔,一栋高度308m 的副塔及商业裙房地上9 层和地下5 层空间组成。

春之眼商业中心工程分为3 期进行开发,一期工程为裙房9 层及主副塔12 层以下。为保证一期工程副塔主体钢结构等建筑施工材料的垂直运输需要,于副塔钢框架外框处安装一部M760DX动臂式内爬升塔机。

图1 春之眼商业中心项目分区开发图

1.2 塔机概况

本工程4#塔机为法福克M760DX 塔机：该塔机独立高度为56m,平衡臂长度8.245m,起重臂长55m,工作半径52.5m。单倍率末端吊重13.1t,最大吊重32t,对应工作半径6.3～27.5m。

4#塔机采用内爬升形式,塔机起始安装于正负零楼板,塔机安装高度52m。塔身部分由1 节内顶升节、8 节标准节、4 节加强节组成。其他的主要部件有回转机构总成、平衡臂、A 形塔、防倾架、吊臂（55m）、起升卷扬、变幅卷扬、吊钩、配重和各种平台、爬梯等。塔机部件的连接均采用高强度销轴连接,标准节间采用高强度螺栓连接。

根据本项目一期工程副塔施工需要,结合塔机使用说明书要求,一期施工至L16层（95.5m）,4#塔机需爬升2 次,达到使用高度110.5m,满足要求。

2 重难点分析

1）由于动臂式内爬升塔机自重荷载、施工荷载及回转扭矩全由建筑结构钢梁承担,需对承载部分原有结构钢梁进行加固处理,以保障塔机施工。

2）该动臂式内爬升塔机无混凝土基础底座和水平附着,每次塔机爬升后需满足垂直要求。

3）动臂式内爬升塔机随建筑施工进度不断向上爬升,需设置可周转爬升套件以满足爬升要求。

3 塔机爬升设计

3.1 爬升工况分析

4#塔机首次安装时承载钢梁、C 型框布置在正负零楼板及L4 层底板钢梁上,此时塔机高度可以满足L10 层的正常施工。待L8 层钢梁施工完毕后,在L8 层布置一道承载钢梁、C 型框,再对塔机进行第一次爬升,达到使用高度88.7m,满足副塔L13 层施工。待L12 层钢梁施工完毕后,在L12 层布置一道承载钢梁、C 型框,再对塔机进行第二次爬升,最终达到使用高度110.5m,满足副塔L16 层全部工程施工。

3.2 结构加固设计

由于动臂式内爬升塔机自重荷载、施工荷载及回转扭矩全由建筑结构钢梁承载,需对承载部分原有结构钢梁进行加固处理,以保障塔机施工。

3.2.1 增加联系拉杆

1）在结构支撑钢梁平面增设水平联系杆件（图2）,水平联系杆件一端与加固结构支撑钢梁通过连接板铰接,另一端于原结构钢梁通过连接板铰接,使之形成三角结构,以加强原结构钢梁对塔机回转时产生的扭矩抵抗力。

2）在结构钢梁立面增设反拉式拉杆（图3）,拉杆一端与支撑钢梁通过连接板铰接,另一端与上部结构钢梁通过连接板铰接,以加强结构钢梁的承载能力。

图2 水平联系杆件安装示意图

图3 立面拉杆安装示意图

3.2.2 结构钢梁加固

3）在结构支撑钢梁与连接板及塔机承载钢梁连接位置增设横向加劲肋,加强结构支撑钢梁局部刚度,并在结构支撑钢梁翼板缘口内侧增加扁钢,将原H 型钢梁加固为箱型钢梁,加强结构支撑钢梁整体强度（图4）。

图4 加固结构支撑钢梁示意图

3.3 爬升套件设计

3.3.1 安装承载钢梁

动臂式内爬升塔机安装时已于L1、L4 层布置塔机承载钢梁（图5）,首次爬升时需在L8 层安装一套塔机承载钢梁,布置在L8 层结构支撑钢梁上,采用焊接形式进行固定。

3.3.2 安装C型框

C 型框（图6）由2 件半框组成。将2 个C型框半框固定在L8 层塔机承载钢梁对应位置,两半框之间、C 型框与塔机承载钢梁之间采用高强度螺栓连接,塔机承载套件如图7 所示。

图5 安装承载钢梁图

图6 安装C型框图

图7 塔机承载套件图

3.3.3 安装爬带

根据第二道（L4 层）与第三道（L1 层）C 型框的间距将分段的爬带按要求进行组合（图8）,使用销轴将爬带上端与第二道C 型框下端的专用连接位置相连,爬带与爬带之间同样采用销轴连接。

4 塔机爬升施工

4.1 顶升系统安装及调试

图8 爬带连接示意图

将顶升油缸与液压站之间用高压油管连接,并进行相应检查、调试。启动顶升系统,来回伸、缩油缸数次。检查顶升系统是否完好、满足爬升需求。确认无误后,将爬升梁支撑块在爬带台阶上,开始操作顶升控制手柄进行试顶升动作。

4.2 顶升作业

顶升系统经检查确认无误后,将适量配重物吊起,抬起或下趴吊臂,找塔机的顶升平衡力矩,直到前后平衡力矩相等。平衡力矩调整好后便按操作规程开始爬升。

1）第一步 ①油缸顶出,使爬升梁支撑块在爬带上；②把塔机固定撑爪和爬升节的上撑爪向内侧摆,使之不碰爬带；③缓慢顶起塔机并使之脱离基础承台少许,观察顶升压力及其它部件是否正常。

2）第二步 ①观察一切正常后,油缸继续伸出,直到上撑爪越过爬带相应台阶；②摆出上撑爪,慢慢收油缸,使上撑爪支承在爬带台阶上。

3）第三步 ①继续收起油缸,直至爬升梁上两侧的撑爪越过爬带相应台阶；②摆出爬升梁上的撑爪收回油缸,直至顶升梁上的撑爪支承在爬带台阶上；③伸出油缸,把顶升节上撑爪摆回。

4）第四步 ①继续伸出油缸,顶起塔机,使上撑爪越过爬带下一个台阶；②摆出上撑爪,缓慢收起油缸,使上撑爪支承在爬带台阶上；③到此为止,塔机顶升已经完成了一个工作循环。

5）第五步 重复以上步骤,直至塔机固定撑爪高出第二道C 型框,缓慢调整,把塔机固定撑爪摆出,支承在C 型框的固定支承块上并调整水平。然后将两道工作用的支撑框所有顶块顶出、固定,塔机的一次顶升完成,塔机爬升原理图、爬升完成示意图分别如图9～图10 所示。

图9 爬升原理图

图10 爬升完成示意图

5 效益分析

超高层钢框架体系建筑中,动臂式内爬塔机布置于钢框架内部,借助原有结构钢梁作为塔机承载基础。分析塔机运行工况及荷载分布情况,对原有结构钢梁进行加固设计。钢框架结构体系局部加固相较简单,将原结构H 型钢梁加固为箱型钢梁,并设置反拉式拉杆以增加结构承载力,水平方向设置水平拉杆以增加水平抵抗力。整体施工难度不大,加固成本不高,操作性强。

内爬式塔机爬升效率高,塔机爬升套件：塔机承载钢梁、C 型框、爬带可周转使用,按要求提前对塔机安装支撑结构进行加固,安装好爬升套件后即可爬升,塔机单次爬升周期短,且不占用施工场地。

内爬式塔机与基础外附式塔机相比较：施工高层建筑时无须多道锚固装置和附着设计,只需在建筑平面预留出塔机安装洞口,提高局部钢结构强度；内爬式塔机利用建筑物不断向上爬升,爬升高度不受限制,减少大量标准节的使用,加快了施工进度,建筑物高度越高,经济效益越显著。

6 结语

本工程结合项目实际情况,通过对原结构钢梁加固,将动臂式爬升塔机安装于钢框架结构上,并设计可周转使用的爬升套件。及满足塔机施工要求,也确保塔机安全使用。在整个塔机安装、运行及拆除过程中,均未发生任何安全事故,施工效果良好,经济效益明显,为类似塔机内爬结构加固设计施工提供了良好的借鉴参考作用。