行走式塔式起重机施工技术研究与分析

王开发/WANG Kaifa

(中核华兴达丰机械工程有限公司，上海 200331)

随着建筑工地施工顺序的复杂多变，使得施工现场部件的吊装变得更加困难。目前，吊装距离远、制作固定基础的塔机后期拆除困难等特点在大型施工现场变得十分常见。为解决上述问题，可采用行走式塔机实现长距离吊装的难题。行走式塔机一般多用于施工现场的设备与材料堆场处，用以长距离运输物料。

1 行走式塔机的适用条件

行走式塔机相较于固定基础塔机，对场地的要求更高（图1）。

图1 行走式塔机

安装行走式塔机时，一般场地应满足以下3个条件：①行走区域内应平整，无坡度，若场地行走区域内长度存在坡度，则需消除坡度，平整场地；②行走式塔机的行走区域内的地耐力需满足要求，若地耐力无法满足，需采取行走区域内的场地进行开挖回填夯实或者回顶等相关措施；③若在楼面或者地下室顶板上安装行走式塔机，此时就需要对行走轨道下方的已有建筑结构承载力进行复核，确保建筑结构承载力满足行走式塔机的最大轮压。

2 行走式塔机轨道轮压计算分析

行走式塔机与固定基础塔机不同，行走式塔机的基础载荷中无竖向拔力，只存在竖向压力及水平力。因此，在分析行走式塔机的基础载荷时，需求解行走塔机的最大轮压即可。

设计行走轨道时，根据现场实际情况计算轮压。行走轨道的下方有混凝土枕，钢枕等，其中混凝土轨道适用于承载力满足要求的地面或者楼面上，而钢梁枕则适用于地下室顶板等承载力无法满足需求的建筑结构上。混凝土轨道与钢梁轨道设计如图2 所示。

图2 两种行走轨道设计图

轮压的大小与行走台车滑轮间距、混凝土枕的高度宽度有关。

轮压计算方法如式（1)所示。

式中，Fv为垂直荷载（竖直力包括压重）；Mv为倾覆力矩；L为行走底架对角线长度；

以混凝土枕木为例，行走底架每个角1 个行走台车，每个行走台车2 个滑轮，滑轮间距a；混凝土轨枕高h1，宽b1（单位m），轨枕下方铺设宽b2高h2的混凝土垫层，考虑轮压沿轨道两侧45°方向斜向下传递至持力层，故每个瞬间每个台车支点下受力面积

则，地面所受压力为

式中，[Pb]为塔机基础所在持力层地基承载力。

在确定行走塔机的单点最大压力后，可根据最大压力来选择钢轨，钢轨的材质按照起重机用钢轨YB／T 5055-2014《起重机用钢轨》来进行选用。将设计的混凝土轨道应用于现场，行走式塔机与行走轨道如图3 所示。

图3 行走塔机限位器与混凝土轨道图

3 特殊形式行走塔机轨道布置

3.1 钢梁基础轨道设计及施工

以某项目为例，由于场地的特殊性，塔机需要在地下室顶板上行走。基于此种情况，考虑借助地下室支柱来布置行走轨道。其中，地下室支柱之间横向间距有8.4m 和12m 两种规格，纵向间距为8m，使用塔机型号为永茂STL420A-25t动臂塔机，行走区域平面布置图如图4 所示。

图4 地下室上方钢轨铺设平面图

地下室支柱上方铺设钢梁，作为塔机行走轨道的基础。此种方法无法采用预埋U 型螺栓的方式，需采用在钢轨的两侧焊接压板的方法固定钢轨。当采用钢梁基础时，可采用有限元分析的方法对整个钢梁基础进行设计与复核。

轨道下方钢梁的设计应根据最大轮压来确定，其中钢梁的强度与刚度应满足使用需求，同时钢梁内部筋板应均匀布置，在满足构造要求的前提下，需注意筋板与筋板之间的距离不易过大。钢梁的材料选用应不低于Q355，在考虑安全系数的情况下，若计算中材料的选用无法满足计算要求，可将Q355 材料替换为Q420 等强度更高的材料，以满足钢梁的强度要求。

将设计好的钢梁及钢轨三维模型导入有限元分析软件中，单点施加最大压力后，可得到整个模型的变形量（图5）。该行走式塔机的钢梁基础最大变形量约为3.3mm，满足塔机安全使用要求。

图5 钢梁基础变形云图

在确保该基础安全可靠后，还需对地下室支柱进行复核。钢梁搭在地下室支柱上，地下室支柱承受竖向压力与水平剪力，钢梁与支柱的连接处采用焊接连接。当塔机型号较大，所受水平力较大时，在钢梁与支柱的连接处应增加三角筋板，以保证整个钢梁轨道的整体稳定性。随后即可展开现场施工，现场施工照片如图6 所示。

图6 钢梁基础行走轨道

3.2 钢梁基础轨道施工注意事项

由于钢梁基础轨道无法制作混凝土联系梁，就需要考虑采用其他办法制作联系梁。在钢梁基础中，采用最多的就是焊接或者铰接的方法将钢梁与钢梁连接为一体。本项目采用焊接槽钢的形式将2 个钢梁轨道连接在一起，如图7 所示。

图7 钢梁基础轨道联系梁

在焊接联系梁的时候需注意，为更好减小塔机基础载荷对钢梁基础带来的影响，联系梁的焊接位置应在钢梁的中上部。

4 行走式塔机的特性及优点

当吊装部件在塔机回转半径内无法满足建筑结构施工时，此时就需考虑行走式塔机。此类建筑一般为网架结构，例如高空云廊，需多点吊装，1 台塔机无法满足大型网架的施工（图8）。由于行走式塔机左右两侧均有建筑物，在左右两侧建筑物上方需施工钢网架云廊，采用行走式塔机可极大的解决物件吊装运输距离大的问题，1台塔机就可以实现不同地方的钢网架吊装，较大的降低了生产成本。

图8 行走式塔机大型网架施工现场

5 结论

本文以行走式塔机为例，详细介绍了行走式塔机的适用条件，重点论述了行走式塔机的轮压计算方法，并对非常规的钢梁轨道的计算给出分析与校核思路，针对钢梁基础轨道无法预埋的特点，采用焊接的方式固定钢轨，同时结合现场施工经验，给出常规行走式塔机轨道与非常规行走式轨道施工时需注意的相关事项，为行走式塔机的推广与应用起到了促进作用，也为行走式塔机及其轨道的设计施工提供一定的理论和实践依据。