超高层外挂动臂塔吊剪力墙收缩附着施工技术

张相平，乔会丹，李远辉，曹江，代世杰，王云鑫

（1.中国建筑第二工程局有限公司华南分公司，广东 深圳 518048；2.艾奕康设计与咨询（深圳）有限公司，广东 深圳 518052；3.深圳市创美景达房地产开发有限公司，广东 深圳 518000）

1 工程概况

星河雅宝高科创新园四A地块位于深圳市龙岗区坂田街道，项目由5层地下室及4栋建筑组成，其中4-1栋为74层超高层塔楼，结构高度为338.1 m，结构形式为带加强层的框架-核心筒结构。其核心筒平面尺寸为26.15 m×27.4 m（外墙外侧最大处）的矩形，核心筒墙体厚度随高度的增加逐渐缩小，核心筒外墙最大厚度为1 200 mm。其核心筒南侧设计为穿梭梯井道，随着结构升高逐渐取消墙垛，其中墙①、墙②尺寸由1 200 mm逐层递减至800 mm，顶部标高至49层楼面；墙③、墙④厚度不变，顶部标高至46层楼面标高；墙⑤、墙⑥尺寸由1 100 mm逐层递减至400 mm，顶部标高至73层楼面标高，具体如图1所示。

图1 动臂塔吊及布料机平面布置图

根据施工部署，结构施工过程中，在核心筒西北角和东南角各布置1台外挂动臂塔吊，用于材料的吊运。动臂塔吊均从结构底板开始安装，由落地式转变为外挂爬升式。其中，东南角2#ZSL750动臂塔吊共计需爬升17次，每次爬升的高度为4个楼层（18 m）高度，附墙采用2套工具梁+1套周转使用工具梁，工具梁由支撑主梁、水平斜撑杆、竖向斜撑杆、平面撑杆及安装于混凝土剪力墙的埋件组成。因其核心筒结构施工采用液压爬模体系，顶平台安装有2台HGY24.PT.1401B型号布料机，臂长为24 m，为避免动臂塔吊旋转与布料机之间及2台动臂塔吊之间的碰撞，其2#塔吊一支水平斜撑杆附墙位于墙②。

2 施工难点

2.1 剪力墙收缩后水平斜撑杆双支变单支

根据结构设计图，其核心筒南侧墙②随着结构升高至49层楼面后取消，导致其ZSL750动臂塔吊南侧水平支撑斜杆无附着点，其塔吊在使用过程中将存在偏心受力情况。此时动臂塔吊已完成14次爬升，此时塔吊顶部标高为338.635 m，标准节基础标高为227.5 m，为确保结构正常施工完成，仍需爬升3次方可进行塔吊拆除。此时若对动臂塔吊进行水平移动，或进行动臂塔吊拆除后更换安装位置及安装其他型号的塔吊，将会对现场的施工进度造成很大影响，因此，对于解决动臂塔吊工具梁水平支撑斜杆双支变单支将是其能够安全使用的最关键问题。

2.2 剪力墙收缩后埋件附着及受力限制

根据结构设计图，其核心筒外墙最大厚度为1 200 mm，随着高度升高墙体按照100 mm的模数向内收缩，结构升至49层后其剪力墙厚度为南北向800 mm，东西向600 mm。当剪力墙厚度大于800 mm时，其支撑主梁埋件采用30根直径28 mm的HRB400 mm钢筋的锚筋，埋件板为1 020 m×625 m×40 mm的Q345级钢材，其每根锚筋端头均双面焊接140 mm长同型号钢筋，增加抗拉性能，当剪力墙厚度小于或等于800 mm时，其埋件形式采用双夹板形式，即在剪力墙另一侧设置同截面、同规格的钢板与其锚筋进行穿孔塞焊，锚筋型号不变。针对剪力墙垛取消后因塔吊使用过程中存在偏心受力情况，支撑主梁双夹板形式埋件受力能否满足受力或采取其他附着方式，以及后埋件如何设置是保证动臂塔吊安全使用的核心问题之一。

3 方案设计

3.1 水平支撑斜杆单双支方案选择

为解决ZSL750因剪力墙收缩导致水平支撑斜杆双支变单支情况，项目团队提出两种设计方案以满足动臂塔吊的正常使用。

方案一：单支水平支撑斜杆，即保持水平支撑斜杆单支拉结工况，完成剩余3次塔吊爬升直至塔吊使用结束进行拆除。方案二：双支水平支撑斜杆[1]，即采取附加支撑，抵消剪力墙收缩后水平支撑斜杆无附着点问题，使其继续保持两道水平支撑斜杆拉结。

针对上述方案通过结构设计图纸对比分析发现，当动臂塔吊爬升至第17次时，最上一道附墙位于67层，其核心筒外侧剪力墙厚度为400 mm，第二道附墙位于63层，剪力墙厚度为500 mm，上下两道附墙水平支撑斜杆均为单支，通过对塔吊吊运状态受力荷载复核可知，需要对结构进行加强处理，且塔吊始终处于偏心受力状态，对塔吊机构本身性能状态不利，故方案二为最优方案。

3.2 附加支撑方案设计

综上所述，选择继续使用双支水平斜杆，确保塔吊使用状态安全，通过在南侧剪力墙增加一个“7”字形钢牛腿弥补剪力墙收缩造成无附着点。其牛腿的设计形式为水平支撑横梁+竖向斜撑，水平支撑横梁和竖向支撑斜杆通过连接板进行连接，使其形成整体。

4 单支附着方案介绍

根据结构设计图及塔吊工具梁设计，通过在核心筒南侧与原水平支撑斜杆同标高位置设计水平支撑牛腿，确保原塔吊水平支撑斜杆不进行二次加工。附加牛腿钢材均采用Q345B级，钢材的Z向性能满足Z15等级，所有焊缝均为一级熔透等强焊接。

水平支撑横主梁为H400 mm×500 mm×30 mm×30 mm和两块340 mm×30 mm钢板焊接而成，长度均为1 610 mm，在支撑横梁端部300 mm位置设置第一道加劲板，向内间隔200 mm分别设置两道加劲板，加劲板规格为205 mm×339 mm×20 mm，共计6块。下支撑梁为H300 mm×300 mm×20 mm×20 mm，长度为1 796 mm，两端根据斜撑角度切割为斜面，支撑主梁与竖向支撑斜杆采用720 mm×300 mm×30 mm钢板进行连接，水平支撑主梁与竖向支撑斜杆之间按照45°连接。

其支撑主梁和竖向斜撑端部分别设计埋件1和埋件2，在结构施工阶段即预埋至剪力墙中。因其埋件位于纵横向剪力墙交接位置，故将其设计为锚筋形式，其中埋件1和埋件2均采用16根HRB400 mm钢筋D28 mm锚筋形式[2]进行固定，锚筋长度650 mm，在每根锚筋端部双面焊接140 mm长同规格钢筋以增加其抗拉强度，锚板为700 mm×500 mm×40 mm矩形钢板，锚筋与锚板连接采用穿孔塞焊。根据结构设计图，水平支撑主梁第15道位于第二个加强层范围内，其剪力墙内钢筋较密，故将第15道水平支撑主梁埋件1锚筋修改为用钢板代替，即采用6个长620 mm、宽100 mm和厚度30 mm的钢板加每根前端焊接160 mm×90 mm×30 mm的端头板进行锚拉。

5 单支附着塔吊稳定性分析

由于支座反力的分配与塔吊动臂转动的角度有关，因此，根据塔吊定位平面图，选取8种工况计算塔吊支架的反力。

针对ZSL750塔吊爬升支架计算，选用全塔吊与爬升支架一体建模的方式，可以更加合理地体现出爬升支架在塔吊作用下内力与位移的情况。X向为平行于剪力墙方向，Y向为竖直方向，Z向为垂直于剪力墙方向。计算中，上部爬升支架的支座只承受支架的自重和水平反力，不传递塔身自重和吊重。下部支架及支座传递承受塔身自重、吊重及底部支架自重。通过计算分析得知，其单支水平杆受拉及受压最大值为-263 kN。对其单支钢牛腿计算分析，最大应力为95 MPa，最大变形为1 mm，满足要求。

6 剪力墙稳定性验算

动臂塔吊附墙安装时，附着点对应位置楼层的核心筒内水平构件已经完成施工。在施工期间，核心筒外墙主要承受动臂塔吊传递的剪力墙面外弯矩、上部墙体的自重、本层水平构件的自重以及考虑10 a一遇的风荷载。根据动臂塔吊的8种不同作业工况下的悬臂支架附墙点的受力情况，选取最薄的厚度为400 mm的墙体进行结构稳定性复核。本次分析采用Midas/Gen分析程序进行有限元分析，所有构件均采用壳单元，单元网格按1 000 mm×1 000 mm划分，采用弹性屈服分析方法，屈曲分析时结构构件自重视为不变荷载，将动臂塔吊附墙的节点荷载视为可变荷载，获得的一阶屈曲因子即为墙肢的稳定系数。通常，根据规范性建议，弹性稳定系数不小于10时，即可认为稳定因素对构件的承载能力降低不超过10%。

通过有限元分析，可以了解剪力墙在面外受荷且上部压力较小情况下的局部稳定性，根据弹性屈服分析结果，对剪力墙的稳定性进行评价。其工况7下其屈服因子最小，弹性屈曲分析结果如图2所示。

图2 工况7分析模型

通过对8种不同作业工况下动臂塔吊附着的墙肢弹性屈服分析结果可知，最小的屈服因子为1 598，远远大于建议值10。分析结果表明，动臂塔吊附着墙肢的弹性稳定性良好，因动臂塔吊附着力对墙肢的承载能力降低的因素基本可以忽略，通过正常的主体结构设计，可确保相应墙肢在考虑稳定因素下仍具有满足施工阶段受荷需求的承载能力。

7 结语

在超高层的建设过程中，因其钢结构构件或机电等大型设备的吊运需求，以及受平臂塔吊附墙高度、拆除等因素影响，通常在起重设备选择上采用大型动臂塔吊。本文基于星河雅宝四A地块项目4-1栋塔楼，阐述了其2#ZSL750外挂动臂塔吊因其结构剪力墙变化导致附墙困难，通过设置附加牛腿，解决了塔吊水平支撑斜杆在剪力墙收缩后的附着，很好地解决了其双支变单支后塔吊使用过程中的偏心受力，确保了塔吊使用的安全，并针对剪力墙不同的特点设计了埋件形式。经实践应用情况良好，可为类似项目施工提供借鉴。