钢管束组合结构高层住宅塔吊附着锚固装置施工研究

李芒原，张 黎，曹维存，余海洋，夏忠安，杨朋辉

（中建七局第一建筑有限公司，北京 102600）

目前钢管混凝土束组合结构作为新型结构形式已在多地高层住宅领域展开推广应用。在钢管束组合结构施工过程中，附着式塔吊起着非常重要的作用，要同时承担材料的垂直运输、钢构件的现场堆放等任务，从而对塔吊的吊重要求非常高。在结构施工过程中，塔吊需随着结构的层高进行顶升，以满足塔吊施工高度，同时为保证塔吊的稳定性，减少塔身内力，提高起重能力，需对塔吊与结构进行附着锚固。

钢管束组合结构有以下4点特殊性：①构件自重较大，考虑塔吊最远处吊装范围，塔吊位置多处于单体长向中心，导致塔吊附着位置受限，多为短肢墙（承重弱）或附着角度不合理。②单节构件3层高度为9 m，竖向构件节与节间现场焊接处为薄弱点，附着楼层应避开节间连接层。附着点处对于混凝土强度要求为达到设计强度的85%以上，考虑强度周期及进度需求，附着处以上至少保证两节（6层以上）高度，可保证进度不受影响。因此塔吊竖向附着楼层受到限制。③标准层钢管束墙体厚为130 mm，壁厚为4 mm，大型塔吊附着点处受力荷载较大，墙体存在变形风险。④在钢管束墙体上预留附着洞，易产生偏差扩孔现象，墙体自身开洞处属于薄弱处，同时钢结构墙体上洞口后期封堵困难，极易造成渗漏风险。因此对现场钢管束组合结构塔吊施工造成了很大的难题。

本文选取河南省漯河市鹏宇秦相府高层住宅项目作为实施对象，应用设计研发的新型塔吊附着锚固装置，解决在钢管束组合结构领域中附着装置带来的难题，降低施工风险。

1 工程概况

某项目共计10栋高层住宅，总建筑面积约17万m2，为钢管混凝土束组合结构，塔吊采用TC7020-10E塔型，依据建筑高度、塔吊高度及群塔作业，每栋单体需安装3道附着锚固装置。

2 塔吊附着装置的设计与研究

2.1 塔吊附着装置设计

塔吊附着装置设计如图1所示。

图1 塔吊附着装置

本工艺区别于传统结构塔吊附着形式，通过设置定型钢立柱，底部斜支撑与楼板进行栓接固定，顶部与上层楼板固定，实现将附着荷载通过钢柱传递至楼板+钢梁+钢管束墙体实现整体受力[1]。

附着装置共包含6个主要部件组成：主立柱1、主立柱2、斜支撑1、斜支撑2、连接梁、方钢板。每个方钢板设有4个螺栓孔。通过螺栓使主立柱与锚固层的上下楼层钢筋混凝土楼板进行连接，两道斜撑与主立柱及锚固层楼板连接。在房间窗口位置设置1道与主立柱水平连接的连接梁，以实现塔吊附着拉杆与立柱连接梁端部的耳板进行连接固定，立柱上下两段对接及斜支撑与立柱连接均采用高强螺栓连接。

塔吊附着杆反力、风荷载等荷载通过定型钢立柱把力传递到上下层结构楼板、H型钢梁、钢管束/箱型柱上。其中连接梁与主立柱连接方式采用焊接。

2.2 荷载取值

塔吊附着点处荷载值为FX=±284 kN，FY=±450 kN，分成以下4种：①X+Y+：FX=284 kN，FY=450 kN；②X+Y-：FX=284 kN，FY=-450 kN；③X-Y+：FX=-284 kN，FY=450 kN；④X-Y-：FX=-284 kN，FY=-450 kN。

2.3 模型建立

1）单元类型：钢梁、钢柱采用梁单元模拟，墙采用板单元模拟，楼板采用板单元模拟，其截面形式均依据提供图纸采用构件实际截面进行建模[2]，整体计算模型如图2所示。

图2 计算模型

2）材料属性：材料为弹性体，主体结构钢梁采用Q345B钢，附着钢架采用Q235B钢，弹性模量E=2.06×105MPa，泊松比υ=0.3，楼板和墙混凝土采用C40。

3）边界条件：①荷载：考虑自重，在附着点处施加相应的力；②约束：底部节点与地面的连接为固接，钢架与楼板采用共节点形式耦合。

4）分析方法：荷载分析为结构受力情况和变形情况。

5）计算软件：使用Midas软件和YJK软件进行计算分析。

2.4 整体结构验算

2.4.1 应力云图

工况下梁单元应力云图如图3所示。

图3 工况下梁单元应力云图

2.4.2 位移云图

工况下各轴向位移如图4所示。

图4 工况下轴向位移

2.5 钢架计算结果

使用Midas进行计算，选取4个工况钢架的应力云图和位移云图。

2.5.1 钢架应力云图

钢架应力云图如图5所示。

图5 工况应力云图

2.5.2 钢架轴向位移云图

钢架轴向位移云图如图6所示。

图6 工况下轴向位移云图

通过应力云图及位移云图及整体验算，均满足要求。

3 施工工艺流程

施工准备→主立柱1安装→斜支撑1安装→斜支撑2安装→整体校正→立柱2安装→附着层顶板模板支设及混凝土浇筑→混凝土强度满足要求后附着杆安装。

3.1 施工准备

施工前活动式门式脚手架、电扳手、电焊机等安装工具应配备齐全，施工前作业层周边均应防护到位，并经验收合格。

3.2 主立柱1安装

1）在附着层底板上弹出立柱定位线，立柱1底部法兰盘尺寸为500 mm×500 mm×20 mm，然后将主立柱1放在定位墨线框内，位置复核合格后再对应位置上画出4个M28螺栓孔，立柱1安装节点如图7所示。

2）采用4根M28高强螺栓与楼板底部方钢板进行连接。

3.3 斜支撑安装

首先把斜支撑上部与立柱1的一端采用螺栓进行临时连接，另一端采用螺栓与楼板连接，斜支撑安装节点如图7所示。

图7 主立柱1及斜支撑1安装图

3.4 整体校正

主立柱1、斜支撑1、斜支撑2安装完成后首先校正主立柱1的垂直度，然后校正主立柱上端部与连接梁的水平度，如图8所示。

图8 主立柱2及斜支撑2安装图

3.5 立柱2安装

立柱2底部与立柱1上部法兰盘采用4根螺栓进行连接。立柱2顶部采用4根螺栓与顶板上部方钢板进行连接，并拧好丝帽，确保方钢板固定牢固，不因混凝土振捣、浇筑而受扰动。

3.6 附着层顶板模板支设及浇筑

1）为确保立柱2上部法兰盘与方钢板连接部位楼板厚度，在立柱2顶部与方钢板中间焊接4根110 mm高（板厚）的钢筋头。

2）立柱2顶部在混凝土浇筑前预埋2根长1 500 mm直径18 mmHRB400钢筋进行加固。

3.7 附着杆安装

1）塔吊附着装置所在楼层顶板混凝土强度达到设计强度的85%后方可安装附着杆[3]。

2）在塔身安装附着装置时，确保附着框架、附着杆、锚固装置连接梁在同一水平面内，倾斜角≤10°。

4 质量控制要点

半成品构件加工质量要求[4]

1）主立柱、斜支撑、连接梁、附着杆、卡箍等钢构件进场后应组织验收，材质单、合格证等证明材料齐全，半成品加工符合规范要求，下料尺寸允许偏差见表1。

表1 下料切割尺寸允许偏差 mm

2）半成品构件加工放样时应根据施工详图及尺寸，并考虑构件焊接收缩余量及切割余量。构件采用砂轮切割机下料，焊接为角焊缝，焊缝表面无裂纹、无焊瘤、无焊渣、无气孔、无飞溅物、无弧坑等，焊缝允许偏差见表2。

表2 焊缝允许偏差[5] mm

3）半成品出厂前必须做除锈防腐处理。

4）附着锚固装置安装位置符合图纸设计要求，安装质量允许偏差见表3。

表3 附着锚固装置安装质量允许偏差 mm

5）塔吊附着装置安装完毕后，复测塔机两个方向的垂直度，要求附着以下部分的垂直度≤2‰，附着以上部分垂直度≤4‰。

5 结语

本文通过对漯河市钢管束组合结构高层住宅建筑中的塔吊附着锚固装置研究，采用理论验算、实践检验，应用结果表明研制的塔吊附着装置安全可靠。鉴于设置的钢立柱受力情况与结构整体保持一致的特点，塔吊附着装置的水平及竖向安装位置均不受限制，布置灵活，有利于塔吊布置及群塔作业。同时，该装置各部件间连接均采用螺栓连接，安拆便捷，从而实现可周转重复使用，综合成本低；并且，区别于传统塔吊附着装置，本项目研制的塔吊附着装置安装位置处无需在结构上开洞及后期封堵，规避了结构受力隐患及渗漏风险。