装配式建筑塔式起重机附着点增强措施及受力分析

刘洋，刘鑫，杨皓东，涂刚要，庞涛 （合肥建工集团有限公司，安徽 合肥 230088）

0 前言

近年来，我国经济已由高速增长阶段转向高质量发展阶段，建筑业的发展必须适应经济环境的变化，正在努力实现行业的转型升级，因此，建筑工业化进入了快速发展时期。我国装配式建筑的规模增加，装配式建筑的技术也在不断更新进步，以快速适应施工生产的需求。塔式起重机作为装配式建筑最重要的施工机械之一，其安全性、稳定性直接决定了项目的安全生产以及工程质量。塔式起重机与结构的附着问题关系到设备的运行安全，本文通过在附着点处现浇构件中设置一种“L”型预埋件，经理论分析和现场应用，可以有效减少附着点处混凝土开裂现象和保证结构安全，并总结出了塔式起重机附着点的增强措施施工技术。

1 工程概况

1.1 设计概况

某装配式住宅项目位于安徽省蚌埠市，由1-26#楼、地下车库、配套商业、配套用房（含社区综合服务中心、公厕、配电房、物业用房）组成，总建筑面积为16.8万m2。其中1-21#楼为装配式剪力墙结构，装配率为51%～54%。

1.2 塔式起重机及附着位置简况

该工程共使用塔式起重机17台，其中7525塔式起重机4台；7020塔式起重机13台。现以5#楼工程为例，需要在北侧安装一台某品牌塔式起重机作为吊装工具，最大工作幅度75m，独立高度51.3m，最大工作高度240.3m，最大起重量16t，末端起重量2.5t。塔机附着型式及立面图如图1所示。

图1 附着位置示意图

2 附着点增强措施方案

2.1 增强措施设计方案

利用钢板、钢筋、高强螺栓等零部件组合焊接制成定型化的附墙加固体系预埋件，将预埋件准确定位安装于剪力墙中并浇筑混凝土，模板拆除后，将塔式起重机附着装置与预埋件进行连接，从而起到固定塔式起重机的作用。

该预埋件需结合剪力墙结构进行设计，由塔吊设备制造厂家焊接制作。预埋件钢骨架采用两块10mm厚钢板成90°角焊接而成，拉钩采用Φ18圆钢，并与钢板骨架双面焊接，焊缝高度不小于10mm。圆钢拉钩中心线水平间距220，竖向间距140，均匀分布。附墙件连接基座与钢板采用高强螺栓连接，确保连接牢固。预埋件型式、拉钩布置及相关尺寸如图2所示。

2.2 技术特点

图2 预埋件剖面图

①相对于传统的连接基座直接通过螺栓连接在混凝土结构上，设置预埋件可以明显增强装配式建筑塔式起重机附着点处的结构强度，增加附墙系统安全系数。

②适用性较强，对“L”形、“Z”形等截面墙体均适用。

③增大现浇结构受力面积，钢板均匀承受荷载，避免局部应力集中产生混凝土破损、墙体开裂等现象。

④研究确定预埋件位置设于剪力墙约1/3处，减小塔式起重机工作工况下荷载对主体结构影响。

3 主要施工工艺分析

3.1 剪力墙钢筋安装

①剪力墙钢筋安装严格参照设计图纸及规范图集施工。

②预埋件部位剪力墙箍筋设置为开口箍，与预埋件焊接牢固。

③剪力墙钢筋绑扎采用梯子筋定位，确保钢筋间距及保护层厚度满足规范要求。

3.2 预埋件及附墙件连接基座安装加固

①墙柱纵筋安装完成后，安装预埋件。预埋件中心线与墙柱中心线重合。

②确保预埋件位置定位准确，与墙柱钢筋进行焊接固定。模板安装完成后再次复核预埋件位置。

③预埋件设置于剪力墙高1/3处，如若与标准节的某些部位干涉，可适当升高或降低预埋件的预埋高度。

④将附墙件连接基座与预埋件钢板采用高强螺栓进行连接，采用双螺帽拧紧。

3.3 附着装置安装

①混凝土同条件试块强度达到100%后，安装塔式起重机附着装置。

②附着装置安装前应进行技术交底，特殊工种持证上岗。

③安装时应用经纬仪检查塔身轴线的垂直度，悬出段以上其偏差不得大于塔身全高的4/1000，悬出段以下其偏差不得大于塔身全高的2/1000，允许采用调节附着杆件的长度来达到。

④附着杆件与附着框架、连接基座，以及附墙框架与塔身的连接必须可靠。各连接螺栓应紧固调整好，开口销必须按规定充分张开，运行后应经常检查有否松动并及时进行调整。

4 附墙杆内力计算

根据TC7525-16D塔式起重机说明书中塔机满载荷基础参数，通过PKPM计算TC7525-16D附墙杆件受力（见下表）。

附墙杆内力计算简图如下（见图3）。

图3 杆件受力分析图

计算过程如下：

其中：Σ1p为静定结构的位移；

Ti0为F=1时各杆件的轴向力；

Ti为在外力M和P作用下时各杆件的轴向力；

li为为各杆件的长度。

考虑到各杆件的材料截面相同，在计算中将弹性模量与截面面积的积EA约去，可以得到：

各杆件的轴向力为：

以上的计算过程将θ从0-360°循环，解得每杆件的最大轴压力，最大轴拉力：

杆1的最大轴向拉力为332.20kN，杆1的最大轴向压力为332.20kN；

杆2的最大轴向拉力为440.09kN，杆2的最大轴向压力为440.09kN；

杆3的最大轴向拉力为440.09kN，杆3的最大轴向压力为440.09kN；

荷载基础参数

杆4的最大轴向拉力为332.20kN，杆4的最大轴向压力为332.20kN。

附墙杆内力计算为预埋件部位有限元分析计算提供依据。

5 有限元分析

5.1 模型建立

通过该项目主体结构及塔式起重机附着装置的分析，根据项目情况建立有限元计算模型（见图4）。分别建立剪力墙混凝土结构模型、剪力墙内钢筋布置模型、塔式起重机附着装置模型，赋值相关材料参数，并参照上述工作工况设置荷载参数进行计算。

图4 附着装置模型

5.2 有限元计算及分析

参照工作工况下荷载情况进行荷载加载，经计算后，得到以下图示结果（见图5～图8）。

通过附着装置应力云图、混凝土结构应力云图、钢筋应力云图分析，可明显发现经过附着装置预埋件分散应力，优化结构受力，有效地避免了附着装置在工作工况下的应力集中情况，增加了附着装置的安全系数，减少了附着装置对混凝土结构的破坏。

图5 荷载加载

图6 混凝土结构应力云图

图7 钢筋应力云图

图8 附着装置应力云图

6 结语

采用“L”型预埋件增强装置进行附着施工，塔吊运行安全系数更高，具有较强的针对性及可操作性。通过项目实例应用，该方案避免了局部应力集中产生的混凝土破坏及裂缝问题，增强了塔式起重机附墙的可靠性。塔式起重机附墙件采用螺栓固定方式，便于安拆，可周转使用，节约成本。同时，该装置还丰富了装配式混凝土剪力墙结构住宅施工技术，得到了业主及监理单位的肯定。