超高层外挂塔机支撑体系优化与安装施工技术

蒲 伟，龙开定，张田庆 PU Wei， LONG Kai-ding， ZHANG Tian-qing

（中国建筑第二工程局有限公司，北京 100160）

外挂式动臂塔机在超高层施工的垂直运输中起着重要作用，其支撑体系的高精度、高效率安装是施工得以顺利开展的保证。特别是超高层建筑工程结构设计越发多样化，以致动臂塔机标准C型梁无法直接安装与使用，增加了动臂塔机支撑体系结构的复杂性，加大了动臂塔机支撑体系的施工难度，如何确保非标准结构条件下动臂塔机支撑体系的顺利安装和安全使用是超高层建筑施工的重要内容。本文依托昆明西山万达广场项目，介绍了外挂动臂塔机受核心筒门洞影响，对塔机支撑体系进行了优化与改进。

1 工程概况

昆明万达广场项目（图1）为城市综合体项目（包含大商业、超五星酒店、高端写字楼、城市商业街及配套设施）。项目分为东西2个地块，总建筑面积约713 800m2。其中B地块南、北侧各有一幢超高层甲级写字楼。南、北超高层写字楼地下室3层，地上66/67层，建筑高度316m，标准层层高4.1m，结构形式为型钢钢筋混凝土核心筒+钢管混凝土柱钢梁框架，共有5个加强层，分别为10层、22层、34层、46层、58层，其中10层设置腰桁架，22层、34层、46层、58层设置伸臂桁架和腰桁架。核心筒内型钢柱62根，铸钢件最大重量53t，外框圆管柱共计16根，最大直径2.4m，楼板为钢筋混凝土压型钢板组合楼板。

图1 昆明万达广场项目结构效果图

2 动臂塔机布置

通过对超高层核心筒结构形式、构件重量、平面位置、吊次等因素综合考虑分析，确定超高层塔机数量、型号及平面布置（图2）：南超高层核心筒东侧、西侧各设置1台ZSL1250动臂式塔机，核心筒南侧设置1台ZSL750动臂式塔机；北超高层核心筒东侧、西侧各设置1台M760DX动臂式塔机，核心筒北侧设置1台M440D动臂式塔机。

图2 南超高层动臂塔机平面布置图

外挂式动臂塔机支撑体系（图3）由两道支撑梁组成，支撑梁间隔14～22m设置，支撑梁包括2根支撑主梁、2根垂直撑杆、2根水平撑杆、2根连杆及C型梁。第一道支撑梁位于塔身底部，作为塔机底框，主要承受竖向荷载；第二道支撑梁位于塔身标准节位置，作为塔机附框，主要承受水平荷载。塔机爬升前，安装第三道支撑梁，第三道支撑梁位于第二道支撑梁上部，第三道支撑梁安装完成，检查验收合格后开始爬升动臂塔机，塔机爬升完成后，拆除原第一道支撑梁，以备下次塔机爬升使用。

图3 塔机支撑梁构件组成示意图

3 塔机支撑体系的优化与改进

3.1 支撑体系的优化与改进

本工程外挂塔机支撑体系受到工程结构特点的影响（核心筒门洞较大），支撑主梁间距为塔机标准C型梁长度时，支撑主梁位于核心筒结构门洞口位置，支撑主梁无法与核心筒结构有效连接，为了使支撑主梁与核心筒结构有效连接需增大支撑主梁间距，以致支撑主梁间距大于塔机标准C型梁的长度，塔机标准C型梁无法安装（图4）。

图4 C型梁无法安装示意图

通常情况下，塔机标准C型梁无法安装时，一般采用增加转换梁的常规方式（C型梁+叠合梁）进行处理（图5），支撑体系为支撑主梁+转换支座+转换梁+转换支座+标准C型梁。

由于“C型梁+叠合梁”的常规支撑体系梁叠合梁、连接构造复杂、受力转换次数多、受力性能不好、用钢量大、加工制作费用高、并且安装、倒运困难，效率低下，施工周期长，针对性地将“C型梁+叠合梁”的常规支撑体系优化为“支撑主梁+转换支座+改进C型梁”（图6）。

图5 C型梁+叠合梁常 图6 优化后支撑体系规支撑体系

3.2 支撑体系的优化设计及加工制作

3.2.1 支撑体系的优化设计

1.2.4 MLPA检测 采用SALSA MLPA probemix P266-B1 CLCNKB试剂盒(MRC Holland， Amsterdam，Holland)检测大片段的缺失和重复。该试剂盒包含了29个探针：14个探针分别位于CLCNKB基因各个外显子上(4、7、9、12、16、20号外显子除外)，2个探针分别位于CLCNKA基因5和10号外显子上，2个探针位于CLCNKB基因上游区段，以及11个对照探针分别位于不同的常染色体区域，以上结果由迈基诺医学检验所提供技术支持。

根据动臂塔机型号，确定爬升支撑体系计算荷载大小，同时按最不利情况考虑风荷载影响，即风荷载的作用方向从塔机背部指向塔机吊臂的方向。

采用有限元软件ANSYS将塔机及爬升支撑体系整体建模分析计算，根据塔机吊臂的转动方向，选取具有代表性的8种工况（图7）分别计算塔机爬升支撑体系构件的应力、变形和支座反力，根据支撑体系的变形情况确定预拱度。

取最不利的支座反力对预埋件进行设计计算，并对主体结构承载力计算验算，确定爬升支撑体系构件的相关参数，最后根据计算确定的爬升支撑体系的相关参数绘制出爬升支撑体系设计图纸。图8为支撑主梁应力分布图，图9为斜撑杆和联系杆的应力分布图，图10为改进C型梁应力分布图。

图8 支撑主梁应力分布图

图9 斜撑杆和联系杆的应力分布图

图10 改进C型梁应力 分布图

3.2.2 支撑体系的加工制作

根据设计图纸确定的构件尺寸、大小、材料的规格型号和材质、焊缝厚度等相关设计参数，由专业单位对爬升支撑体系进行加工制作。

4 外挂塔机支撑体系的安装

4.1 预埋件的安装

按照塔机爬升支撑体系预埋件平面位置、尺寸大小、标高等设计要求，将预埋件深化设计在核心筒型钢暗柱上，预埋件在工厂与核心筒型钢暗柱焊接加工成整体，型钢暗柱安装完毕，预埋件亦安装完毕。省去预埋件现场安装、校正、焊接的时间，有利于保证焊接质量，提高安装精度。

4.2 安装工具式操作平台

工具式操作平台（图11）为可拆卸外挂式，在塔机爬升支撑体系预埋件上或者外框架型钢梁预埋件上焊接悬挂吊耳，塔机将工具式操作平台（图12）吊到安装位置后，采用固定螺栓将工具式操作平台与悬挂吊耳连接。

图11 工具式操作平台实况图

图12 工具式操作平台立面 效果图

4.3 安装预埋件连接耳板及定位固定点

采用全站仪、水准仪、钢卷尺等测量仪器，将外部控制轴线、高程控制水准点引测到埋件附近的墙面上，并通过轴线及高程控制线确定出每个预埋件销轴的竖向中心线和水平中心线，通过每个埋件销轴竖向中心线和水平中心线确定出连接耳板和加劲肋的位置。

4.3.2 定位固定点的设置

通过每个预埋件上连接耳板和加劲肋的平面位置，确定出定位校正固定点位置，并将定位校正固定点焊接在塔机爬升支撑体系预埋件上，以方便支撑梁构件就位。支撑主梁预埋件采用单侧连接耳板及下部挡铁作为定位校正固定点，垂直撑杆、水平撑杆预埋件采用下部挡铁及侧面挡铁作为定位校正固定点。

4.4 组合单元体的安装

4.4.1 组合单元体的拼装

在地面上将支撑主梁及其连接耳板和销轴、垂直撑杆及其连接耳板和销轴拼装成整体，再将垂直撑杆的自由端采用5t手动葫芦及钢丝绳悬挂于支撑主梁下方，形成2个吊装组合体。组合吊装方法减少了塔机吊次，提高施工效率，保证安装时支撑梁构件的临时稳定性和安装质量，降低因高空作业施工带来的安全风险。

4.4.2 组合体的安装

组合体安装示意图如图13所示，用塔机分别将组合体吊装到安装位置后，调整组合体标高及平面位置，使支撑主梁销轴与预埋件上已焊接耳板连接，校正主梁标高及平面位置，点焊固定另一侧连接耳板；通过手动葫芦调节垂直撑杆的位置，使垂直撑杆自由端连接耳板与其预埋件上标识位置重合，点焊固定垂直撑杆连接耳板；再通过挂设在塔机标准节上的10t手动葫芦及定位槽钢临时固定组合体，释放辅助塔机吊钩，二次调整支撑主梁标高及平面位置直至满足设计要求时焊接所有连接耳板及加劲肋，有效节约辅助塔机的使用时间，提高塔机的施工效率。

图13 组合体安装示意图

4.5 安装水平撑杆、连杆、C型梁

用塔机将水平撑杆吊到安装位置，调整水平撑杆位置及标高，使水平撑杆与支撑主梁采用销轴连接，再调节水平撑杆自由端，使水平撑杆连接耳板与预埋件上标识位置重合，焊接连接耳板。

水平撑杆安装完毕后，安装支撑主梁之间的连杆，使两道支撑主梁形成整体。

最后将塔机C型梁安装在支撑主梁的连接支座上，至此塔机支撑梁安装完成（图14）。

图14 支撑梁安装完成后照片

5 支撑梁的检查验收

焊缝采用开剖口等强焊接，焊缝均为一级焊缝，无损检测合格才可进行下道工序。

C型梁与支撑主梁连接支座的平面位置最大误差不超过3mm。

为了控制支撑梁受力后的下挠，挑出端比根部高10mm。

6 结 论

外挂式动臂塔机在超高层施工的垂直运输中起着重要作用，对于支撑主梁间距大于塔机标准C型梁的长度，塔机标准C型梁无法直接安装与使用时，通常采用增加转换梁的方式进行受力传递。该体系梁叠合梁、连接构造复杂、受力转换次数多、受力性能不好。

将“C型梁+叠合梁”的常规支撑体系优化为“支撑主梁+转换支座+改进C型梁”，使支撑主梁可结合结构特点灵活布置，降低了支撑体系的复杂程度，易于安拆，

安装时采取预埋件与型钢柱工厂焊接、组合构件单元整体吊装、利用自身构件进行吊装校正等一系列施工方法，简化操作，在保证施工质量的前提下也提高了施工效率，降低了高空作业风险，有力地确保了安全生产。