技术创新

结构梁荷载式超高层内爬式塔式起重机施工

日期：2015-9-10 14:10:40　来源：互联网　浏览数：
　

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在现代超高层建筑施工过程中，起重设备的选用是一个很关键的技术，一般的外附塔式起重机因为高度的限制不能满足一些超高层建筑的施工需求，且随着建筑高度的增加，外附塔式起重机的标准节增多，所受风荷载也较大。因此，在现代超高层建筑施工中，不受建筑高度限制且一次投入少的内爬式塔式起重机得到了广泛应用，因其随着施工楼层的上升而整体爬升，自投入使用开始无须再增加标准节，且塔身一部分在楼层内，所受风荷载较小。
    在以往的内爬式塔式起重机使用中，塔身一般安装在电梯井道内，采用预埋牛腿的方式进行支撑，安装和顶升操作均在电梯井道内进行，安全隐患较多，且操作不方便，本技术对传统的内爬式塔式起重机的使用技术进行革新，巧妙地解决了内爬式塔式起重机使用过程中的各种难题和安全隐患。
    1 应用背景
    贵阳花果园D 区双子塔工程，总建筑面积约82. 7 万m2，占地6. 7 万m2，由2 栋塔楼及裙楼组成。其中塔楼由2 栋结构高度334. 5m 的塔楼组成，单栋塔楼建筑面积约17 万m2，地上66 层，地下5 层，塔楼主要功能为写字楼和酒店，裙房与塔楼相连，地上7 层，地下6 层，建筑面积约50 万m2，主要功能为商铺和停车场。建成后将成为贵州的地标性建筑之一。
    本工程采用筒中筒结构，内筒由钢筋混凝土墙体组成，外筒主要为混凝土框架，外框筒由矩形钢筋混凝土柱( 部分为混凝土叠合柱) 和周边钢筋混凝土环梁组成。平面上4 个角部切角处理，切角边长5. 8m; 核心筒大小为24. 5m × 24. 5m( 底层墙体中到中) ，核心筒高宽比约为12. 5，核心筒从下到上内壁尺寸保持不变( 见图1) 。

    塔楼在施工过程中采用MCT370 型平头式内爬式塔式起重机，塔身安装在核心筒后浇板区域，直接以混凝土结构梁作为塔式起重机的承载构件，在施工过程中总结出结构梁荷载式超高层内爬式塔式起重机施工技术。该技术采用核心筒混凝土结构梁作为内爬式塔式起重机支撑，避开电梯井道，降低了安全隐患，直接安装在混凝土梁上，采用无牛腿式结构梁承载爬升工艺，降低了施工条件限制。因塔式起重机的安装与顶升操作均在楼板上进行，不需要在电梯井道内操作，在提高施工效率、保证安装质量的同时，提高了安全性，减少了后期的处理，获得了良好的经济效益。
    2 技术特点
    传统搭设工字钢电梯井操作平台施工技术在搭设的过程中危险性大，施工时间长，操作困难。本施工技术包含支撑钢梁、次梁骨架、花纹钢板、钢管架操作平台等部分，具有操作简单、施工便捷、工作效率高、施工过程安全性高等优点。该技术攻克了超高层建筑封闭电梯井道操作平台搭设的难点，达到了节约资源、节省工时、节约费用、提高建筑业劳动生产率的效果，通过在贵阳花果园D 区双子塔项目的应用产生了巨大的经济和社会效益。
    3 主要技术说明
    1) 内爬式塔式起重机摒弃传统的安装牛腿支撑方式，直接以混凝土结构梁作为承载构件，省去在电梯井道内预埋牛腿的复杂工序。
    2) 内爬式塔式起重机安装区域楼板原本设计为后浇板，无须安装牛腿及其后期处理，无须在剪力墙上开洞，对结构无损伤，支撑钢梁直接安装在混凝土梁的预埋件上，与预埋钢板进行焊接固定。
    3) 混凝土梁预埋钢板钻孔并在孔内焊接钢筋，将钢筋插入梁钢筋内，通过调节达到水平后固定在梁上，保持钢板露出混凝土梁约2cm，则钢板作为钢梁与混凝土梁的传力支座。
    4) 1 台内爬式塔式起重机的基础支撑钢梁共计3 套，工作时使用2 套支撑钢梁，顶升时，在下一次顶升后的基础支座安装第3 套支撑钢梁，顶升完成后内爬式塔式起重机底部的原基础支撑钢梁可以拆卸循环使用。
    4 主要操作要点
    4. 1 测量放线
    1) 根据施工现场的实际情况和平面布置图，确定好塔式起重机的安装位置，根据塔身和塔式起重机基础的尺寸，在结构图上确定好预埋件和钢梁的位置。
    2) 根据图纸上确定的位置，在现场确定预埋件的位置和预埋板的标高，定好预埋件的中心位置和轴线，并做好标记和保护措施。
    3) 在安装完成后，测量员需继续进行位置校核，如有差错需进行校正。
    4. 2 预埋件加工与安装
    1) 混凝土梁预埋钢板根据梁的宽度确定其尺寸，要求其宽度与混凝土梁相同，长度比H 型支撑钢梁的宽度大，本工程预埋板为400mm ×700mm × 30mm。
    2) 根据混凝土梁钢筋的绑扎情况及位置，确定预埋钢板下钢筋的长度及焊接位置，在梁板浇筑混凝土前将预埋钢板安装在确定好的混凝土梁上，将预埋件的钢筋全部伸入混凝土梁钢筋架体中。
    3) 钢板预埋件安装在指定位置后，测量人员需对其进行水平度控制，确保4 块钢板的高差≤5mm，并保证钢板上表面超出混凝土梁表面2cm 左右，确定好水平度后将预埋件焊接在梁钢筋上。
    4. 3 H 型支撑钢梁加工与安装
    1) 支撑钢梁采用H 型钢梁，钢梁材质均为Q345，翼缘板和腹板厚度均为30mm，且在每侧翼缘板上加焊30mm × 500mm × 500mm 钢板，用来与混凝土预埋钢板焊接。
    2) 每根钢梁设置7 块25mm 厚加强筋板，其位置如图2 所示。
    3) 钢梁上侧翼缘板根据塔式起重机标准节尺寸及连接位置，在两侧各预留3 个36 孔洞，其具体位置及排布如图2 所示。

    4) 钢梁安装时，事先清理混凝土钢梁预埋板，将垃圾和锈迹清除掉，保持钢板整洁。将钢梁两侧焊接的钢板放置在混凝土梁的预埋板上，调整其方向和两根钢梁的间距，严格按照内爬式塔式起重机基础设计的尺寸和位置进行定位，再对钢板和预埋板进行焊接，确保焊接质量。
    4. 4 塔式起重机顶升施工准备
    1) 技术准备内爬式塔式起重机顶升前确定其顶升条件，确定各构件能正常工作，编制详细的施工方案，并由塔式起重机厂家技术总工程师和项目技术总工程师组织对项目管理人员及现场施工人员进行交底，顶升工作由具有丰富操作经验的人员完成。
    2) 人员、材料、设备准备塔式起重机顶升前根据现场的实际需要，安排好操作人员，并对顶升操作人员进行系统培训和交底; 同时配备足够的材料和设备，对支撑钢梁做好探伤检测，做好安全应急救援预案，以满足现场的塔式起重机爬升需求。
    3) 现场准备塔式起重机顶升前应将上层混凝土梁预埋钢板表面清理干净，不得留有垃圾，将表面锈迹清除掉。将第3 道钢梁和支撑框准备好，放在即将安装的位置，做好安装准备。
    4. 5 塔式起重机顶升
    1) 检查起重机配平状态，如有必要，通过移动小车位置完善配平。确认锁定楔块是否已移除，抽出将被顶起部分与停留在地面部分( 标准节或固定支脚) 之间的连接用销轴。伸出油缸，以便将需要顶升部分从基础中顶起。
    2) 在第2 道支撑框架上安装内爬液压泵站及顶升辅件，调节各支撑框内的楔块，平衡塔式起重机，将塔身与钢梁连接的螺栓拆除。
    3) 抽出销轴，使顶升横梁松开。缩进油缸，并将顶升横梁重新锁在下一组的踏步上。再次伸出油缸，重复若干次，直到把内爬基础节顶至第1 个顶升框架的高度。
    4) 安装第3 个C 型支撑框，拆卸顶升设备，再次安装到第2 个支撑框上。
    5) 为液压站和油缸排气，移除销轴以松开横梁，将其再次锁至踏步上，踏步位置和油缸冲程吻合。使第3 个框架投入使用，检查阻挡楔块是否已移除。将塔式起重机安放在理论配平位置，伸出油缸，以便支撑爬爪可以推入梁中，用销轴和安全销将其固定，以便将其置于顶升位置。
    6) 将塔式起重机安放在支撑爬爪上，抽出销轴，松开横梁; 缩回油缸，然后将横梁再次锁在低一个的踏步上。再次伸出油缸，重复若干次，直到把支撑横梁从支撑爬爪拔出，以便使其处于工作位置。缩回油缸，以便安放至内爬框上。
    7) 拆除内爬框，将其安装在楼板上。楔入2 个内爬框的楔块，使起重机处于工作位置，并检查各部件的连接情况，确保塔式起重机安全正常工作。
    5 效益分析
    5. 1 社会效益
    本工法解决了传统牛腿支撑型和剪力墙开洞型内爬式塔式起重机的安装繁琐、结构损伤，带有极大安全隐患、后期处理困难的弊病，避免了内爬式塔式起重机安装和顶升过程中的操作难点，推动了绿色环保、节能低碳的内爬式塔式起重机施工技术的发展，促进了无牛腿无开洞式内爬式塔式起重机在超高层建筑领域的推广和应用。同时，采用本工法施工整齐美观，大大推动了工地现场的文明施工进程，提高了建筑业形象。
    5. 2 经济效益
    本工法采用的混凝土结构梁承载式内爬式塔式起重机，相对于传统的电梯井剪力墙开洞型和牛腿支撑型内爬式塔式起重机，省去了预埋牛腿和预留孔洞的工作，无须在使用完成后进行切割牛腿、补充剪力墙孔洞的工作。因为安装与顶升施工均在楼层面进行，安全、方便、快捷，减少人力、物力且加快了施工进度，提高了施工工效。相比于传统的施工工艺，本工法的使用保证了施工质量，降低了安全隐患，加快了施工进度，可以大大节省工程投入费用。本工程作为贵州省地标性的超高层建筑，设计方和业主方均不允许采用剪力墙开洞的方法来支撑内爬式塔式起重机，本工法与牛腿支撑型塔式起重机做经济对比，东、西塔楼内爬式塔式起重机的施工共计节省相关费用42 万余元，具有良好的经济效益。
    5. 3 进度效益
    本工法采用的结构梁承载方式，内爬式塔式起重机的安装和顶升操作均在楼板上进行，操作方便，施工快捷，提高了施工工效，采用本工法的内爬式塔式起重机顶升平均每次在2h 内完成，比传统施工工艺的顶升时间缩短3h 以上，具有良好的进度效益。
    5. 4 环保效益
    本工程采用结构梁荷载式爬升施工工艺，避免了在电梯井道内预留牛腿，减少了施工工序，降低了操作难度，缩短了施工工期。在顶升完成后，钢梁转运之后无须再进行预埋件的切割处理，减少了建筑垃圾的产生，有利于提高楼层的整洁美观，对施工现场的环境保护具有重要意义。同时，顶升操作均在楼板面上进行，对所有因塔式起重机爬升过程产生的垃圾和对周边梁板造成的影响易于处理，若采用在电梯井内安装牛腿的方式安装内爬式塔式起重机，顶升后很难对现场进行清理。因此，采用结构梁荷载式的内爬式塔式起重机爬升施工工法，对施工现场的文明形象具有重大作用。
    6 结语
    结构梁荷载式超高层内爬式塔式起重机施工技术以其独特的安全可靠性和易于操作的特点，在超高层建筑的内爬式塔式起重机的施工中具有极大的应用前景，其产生的社会和经济效益使其具有广阔的推广价值。
    本工程内爬式塔式起重机结构梁荷载式施工技术的成功应用，从各项指标来看都是成功的，对于超高层建筑内爬式塔式起重机的施工具有积极的指导意义，值得推广和广泛应用。