超高层建筑施工垂直运输方案及管理

王政文

身份证号：220723198706283015

超高层建筑施工垂直运输方案及管理

王政文

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本文从高层建筑发展前景引入大型动臂式塔机的发展问题，从选用大型动臂塔机的原因分析、安全使用、发展历程以及发展方向四个基本要素展开阐述，详细分析了动臂式塔机在高层施工中的诸多优势及需要重点关注的若干安全问题，说明了其发展趋势及发展方向。

超高层建筑施工垂直运输方案及管理

引言：

高层建筑中超重结构单元的吊装对起重设备的大起重量、大起升高度、大起升速度均提出了严格的要求，这就使得具备这些优势的大型动臂式塔机成为典型超高层工程施工的首选，甚至是唯一选择。

1、超高层建筑垂直运输设备的选型分析

1.1 性能参数符合高层施工需要

(1)大起重量。现代大型建筑工程基本都采用了钢或钢、混凝土组合结构，吊装单元的重量大大提高，满足施工需要。

(2)大起升高度。采用了特殊的爬升体系，内爬或者外挂式支承，起重机可随建筑结构整体爬高，起升高度大幅度提高，完全规避掉了平臂式塔机增高就必须加节、附墙的繁琐工序以及由于过高而衍生的安全问题。

(3)大起升速度。动臂塔机普遍采用内燃机动力拖动方案，全液压无级调速，带负荷起升速度一般超过100m/min，运行平稳，有效解决能源紧张，规避了高层用电压降等问题，同时杜绝偶发性断电带来的安全隐患。

1.2 结构特性适合高层施工

(1)作业空间限制。现代城市建筑空间越来越拥挤，传统的平臂式塔机大臂经常覆盖到城市道路或存在碰撞相邻建筑物的风险，而动臂式塔机通过臂架俯仰可有效解决空间制约的难题。

(2)吊臂起伏角度大，尾部回转半径小。一般动臂式塔机的俯仰角度允许在15°～85°之间，相对于平臂式塔机，吊臂的大仰角相当于增加了塔身的高度，有效工作范围得到极大扩展。

(3)吊臂稳定性好，安装幅度范围大。动臂式塔机吊臂设计基本采用“杆”结构，相对于平臂式塔机的“梁”结构稳定性更好，吊臂占整机结构重量比例更小，而最大起重量则更大。

2.超高层建筑施工动臂式塔吊安拆施工新技术

2.1 安装技术

2.1.1 安装形式。塔吊的安装方式主要有两种，一种是固定式，一种是内爬式的。固定式目前采用钢筋混凝土组合的结构形式，以钢筋混凝土结构为承台，将塔吊基脚固定于台上。内爬式则需要借助于支撑系统。两种形式都是在预埋件做好之后，先在地面完成各部件的拼装，然后根据建筑实际情况，选择合适的起重安装设备，依照从上到下的顺序完成安装工作。

2.1.2 爬升系统安装技术。内爬式系统是比较常用的，每套塔吊使用三套支撑系统、三套爬升框以及一套爬升梯，内爬系统由爬升梯、爬升节和爬升液压系统组成，支撑系统分为抬轿式、斜拉式、斜撑式和撑拉结合式，在具体工程当中根据实际需要选用[1]。

2.1.3 采用合理的安装形式。由于高层建筑一般为对称结构，因此，在大型动臂式塔吊安装也应该是对称的，而且应该尽量使用悬挂式支撑方式，而不要采用简单支撑方式。为了提高稳固性，还应该相应地对建筑墙体进行加固处理，以满足塔吊附着的要求。

2.1.4 防塔吊后倾技术。大型动臂式塔吊是通过吊臂摆动来实现建筑材料的转运的，目前市场上的大型动臂式塔吊采用杆式结构，上部采用钢丝绳承拉，再加上新型材料的运用，使得塔吊重量减轻、结构较为合理，但是大型动臂式塔吊也存在缺点，即后倾风险较大，在实际施工当中就出现过后倾的事故。为了防止塔吊后倾，在安装过程中需要采取必要措施。例如在动臂后根部设置强力弹簧，从而增大前倾力矩，从而起到防止动臂后倾。

2.2 拆卸技术

在高层建筑施工完成后，就必须拆除大型动臂式塔吊，而此时的塔吊高度一般会超过两百米，再加上其自身质量大，因此拆除难度较大。该种方法主要分为五个基本步骤：第一步使用M600D动臂式塔吊拆除M1280D动臂式塔吊；第二步使用16吨屋面塔吊拆除M600D动臂式塔吊；第三步使用6吨屋面塔吊拆除16吨屋面塔吊；第四步使用简易拔杆拆除6吨屋面塔吊；最后人工拆除拔杆并利用现场施工升降机落地。

3.发展趋势

3.1 模块化、紧凑化及简捷化设计

动臂塔机在高层建筑中虽然有着不可替代的诸多优势，但其昂贵的成本、大尺寸的结构以及复杂的安装程序还是会让使用者大伤脑筋，所以尽量使结构简单，减少体积，提高结构可靠性，改善加工工艺，降低制造成本是全世界所有塔机厂家不可避免应该考虑的设计方向。模块化的设计将大幅简化安拆流程，以达到降低成本的目的。

3.2 性能优化设计

对动臂塔机而言，当动臂变幅时，由此会产生附加静载力矩，想办法平衡这一力矩会大大提高塔机的起重能力，有效解决此问题对大幅提升动臂塔机的起重性能极具意义。在机械方面的解决方法是移动配重，即当臂架向上变幅时，配重向接近塔身的方向移动，而当臂架向下变幅时，配重向远离塔身的方向移动，这一设计极大地改善了塔身受力状况，提高起重性能。

3.3 安全优化设计

对于动臂式塔机，制造商们一般允许臂架角度在15°～85°之间变化，随着臂架的加长，要达到塔身周边区域时臂架的仰角非常大，有时仰角甚至达到87°，这在有风的工况下臂架极易发生倾覆危险，但是如果将臂架下铰点布置在回转中心线后2米，在同样的臂长和最小幅度时，臂架的仰角可以减小到83°，这样就大大减小了臂架后翻的危险。当然这一优化设计的前提是塔身结构能够承受足够的弯矩，不过日本的IUKV700K动臂式塔机已将这一设计转为现实。

3.4 人性化设计

人性化设计是一种全新的设计理念，它是为了在设计文化的范畴中，提升人的价值，尊重人的自然属性和社会需求，对于动臂式塔机来说一般指司机室按人机工程理念设计，塔机装有超重限位、超高限位、超幅度限位、保护制动器等多种安全保护装置，整套系统由PLC(可编程逻辑控制器)监控，配合司机室内人机界面(触摸式显示屏)，可以实时显示吊重、吊钩高度、幅度、风速等数据，自动化程度高，便于实现自动保护及故障查找。

4.结语

对于现代化程度越来越高的中国来说，超高层建筑终将如小康生活一样普及，动臂式塔机也必将伴随着中国的现代化进程得到长足的发展，在建筑起重机械大家族，大型动臂式塔机定会持续独领风骚。

[1]罗宏，龙传尧，涂光辉.超高层建筑动臂式塔式起重机施工技术[J].施工技术，2015，41(375)：3738.

[2]李迪，王朝阳，蒋官业.超高层建筑施工中塔吊的合理应用[J].工业建筑，2015，42(12)：7681.

[3]李艳.论超高层建筑施工中塔吊的选型和定位[J].山西建筑，2015，38(6)：242244.