利用既有动臂塔机基础钢梁支撑屋面起重机的实践

时春震，刘 拓，王亭亭，庄 恒，刘瑞芳，张义飞，王玉朋 SHI Chun-zhen，LIU Tuo，WANG Ting-ting，ZHUANG Heng，LIU Rui-fang，ZHANG Yi-fei，WANG Yu-peng

（中建一局集团第三建筑有限公司，北京 100161）

超高层建筑因其内部结构多为框筒构造且结构高度大，一般采用自爬式动臂塔机进行材料的吊装运输，施工完成后由屋面起重机拆除依附于结构的动臂塔机；但屋面起重机基础多采用工字钢梁来支撑塔机，即重新设计制作工字钢作为基础钢梁的方式，直接固定在建筑物屋面上，容易造成屋面破损，给结构带来了安全隐患并影响屋面局部施工[2]，这样虽能满足塔机的拆除施工，但没能充分利用现场既有材料，不符合绿色施工的理念。而动臂塔机的自重及吊装性能远大于屋面起重机，因此动臂塔机的基础钢梁承载能力要大于一般屋面起重机的工字钢基础钢梁，且周转替换给屋面起重机进行施工能够保证其安全性，故合理利用现场动臂塔机的基础钢梁作为屋面起重机基础支撑的塔机拆除方式应运而生。

徐州苏宁广场项目利用既有动臂塔机基础钢梁周转代替屋面起重机基础支撑，并对转换过程和准备工作进行了合理优化，不仅顺利完成了屋面起重机与动臂塔机的安拆，还减少了钢材的浪费，节约成本工期，避免了屋面预留楼板洞口，降低了安全隐患，取得了良好的综合效益。

1 基础钢梁周转分析

1.1 施工前期策划

超高层结构一般选择自爬式动臂塔机作为垂直运输机械，同时运用两台动臂塔机能够相互配合、提高施工效率，而拆除动臂塔机多选择屋面起重机的形式进行拆除施工，因此，合理优化屋面起重机拆除动臂塔机的过程是非常重要的。因传统工字钢梁作为屋面起重机基础支撑在布置过程中需对楼板进行加固、部分结构需要加强，故在施工安全上增加了很多的不稳定性，且工序繁琐；不仅如此，工字钢梁的使用还需重新设计制作并从工厂运送至现场，增加了施工成本。通过将自爬式动臂塔机基础钢梁周转替换给屋面起重机应用，可以提高钢材的利用率，避免传统工字钢基础钢梁的设计与倒运工作，增强屋面起重机基础支撑的受力性能，节约成本和工期。

在钢梁周转过程中，考虑到动臂塔机基础钢梁的形状为鱼腹式，若将钢梁直接布置在屋面上或连梁上，鱼腹梁中部会位于屋面板下，则需在钢梁腹部对应的屋面板处进行剔凿，方能保证动臂塔机基础钢梁安全地放置在屋面板上。但在屋面板开洞会对屋面的防水和整体稳定性造成破坏，且影响后续工作的施工、增加工期。

为解决上述难题，徐州苏宁广场项目设计一种独立塔机基础支撑结构来抬高基础钢梁，即在屋面板上做钢筋混凝土柱墩，将屋面起重机基础钢梁一端布置在结构外钢梁上的钢筋混凝土柱墩上，一端布置在核心筒外墙体预留孔洞上（或在连梁上设置混凝土墩）可以解决上述问题，保证鱼腹梁的中部处于屋面板之上。在根据屋面起重机的吊装性能和现场情况确定其布置位置后，还应考虑基础钢梁是否穿过核心筒、核心筒应如何留洞、连梁上是否设置钢筋混凝土柱墩等问题，并根据具体情况加以解决。

1.2 周转过程要点分析

为了节省成本、提高钢材利用率、增强拆卸施工的安全性，选用原动臂塔机基础钢梁作为屋面起重机的基础支撑是更好的施工方式；但因动臂塔机的基础钢梁多为鱼腹梁，因此在自爬式动臂塔机与屋面起重机两者的基础钢梁替换过程中应综合考虑屋面起重机基础验算、基础钢梁的支撑方式等因素。

1.2.1 屋面起重机基础验算

动臂塔机基础钢梁具有良好的受力性能，较之一般工字钢梁有较强的承载能力，因此选用既有机械动臂塔机的基础钢梁作为屋面起重机的基础支撑能够降低安全隐患；但为使屋面起重机的施工过程确保安全，应提前对其进行基础验算。

在拆除动臂塔机前可以根据塔机构件的自重、屋面起重机的各种工况对基础钢梁端部4个支点进行受力分析，得出4个支点所受的最大压力与拉力，然后对屋面起重机与基础钢梁连接处的焊缝进行强度验算，判断屋面起重机的基础能否满足受力要求。

1.2.2 基础钢梁支撑方式分析

传统的屋面起重机拆塔方式一般用工字钢作为基础钢梁，以屋面为支撑，通过设置预埋件直接将工字钢梁固定在结构楼板上，一般结构设计时楼板未考虑塔机荷载，为保证屋面起重机基础所在楼板能承受整个安装及拆除过程中的荷载，一般将屋面起重机基础钢梁布置在有结构钢梁的屋面板上[3]。而为了合理利用既有资源，将原有动臂塔机的基础钢梁周转替换给屋面起重机作为基础支撑，但由于动臂塔机的基础钢梁多为鱼腹梁，若直接放在屋面上需局部甩项留洞，屋面无法一次浇筑成型，故应在屋面设计支撑结构抬高基础钢梁。基础钢梁的支撑结构为钢筋混凝土柱墩，其构造为长700mm、宽450mm、高800mm的C30混凝土柱墩，中间由10根直径14的纵筋和∅10@100的箍筋组成，底部用3根直径14的钢筋进行加腋处理；在其顶部有700mm×400mm×16mm的钢板作为塔机钢梁预埋件，钢板中部有深入混凝土柱墩100mm的10#槽钢抗剪键，并在抗剪键四周有深入柱墩400mm的8根直径20的锚筋穿孔塞焊。具体构造见图1～图3。

图1 基础钢梁支撑结构钢筋混凝土柱墩构造示意图

图2 钢筋混凝土柱墩剖面图

图3 钢筋混凝土柱墩预埋钢板示意图

如果屋面起重机的基础钢梁需穿过核心筒，则钢梁一端布置在钢筋混凝土柱墩上，一端布置在核心筒剪力墙上并与钢筋混凝土柱墩保持相同高度，因此，在核心筒相应高度墙体处应预留放置基础钢梁的孔洞并做好预埋措施。核心筒上的预埋件为长700mm、宽400mm、厚度16mm的钢板，钢板一侧焊有直径20的锚筋并深入核心筒剪力墙400mm。其具体构造见图4、图5。若屋面起重机基础钢梁穿过核心筒处没有剪力墙，仅有工字钢连梁，则在连梁对应位置处设置混凝土柱墩和预埋件，使其与另一侧支撑结构（钢筋混凝土柱墩）保持高度相同；连梁处支撑结构预埋件做法同核心筒支撑结构预埋件。

图4 核心筒剪力墙支撑与埋件示意图

图5 核心筒支撑结构埋件剖面图

徐州苏宁广场项目通过在边框钢梁与屋面起重机基础钢梁交接处设置钢筋混凝土柱墩和在核心筒外墙体预留孔洞的方式来支撑基础钢梁，很好地解决了动臂塔机与屋面起重机的基础钢梁在周转替换过程中钢梁形状对屋面适应性低的问题，并为拆除动臂塔机的施工节约了成本。屋面起重机基础钢梁的支撑放置情况见图6。

2 钢梁周转替换原理

图6 屋面起重机基础钢梁放置示意图

因传统的屋面起重机拆塔方式采用工字钢作为塔机基础钢梁，故增加了较多的材料费及运输费，对此，充分利用现场承载能力强的自爬式动臂塔机基础钢梁来作为屋面起重机的基础支撑是上乘之选，并且符合国家绿色施工的理念与要求。在时间上动臂塔机与屋面起重机的布置及作业时间应相互错开，以满足两种塔机基础钢梁的周转替换使用，则应用于超高层建筑中自爬式动臂塔机与屋面起重机的基础钢梁转换原理如下：动臂塔B拆除另一台动臂塔A→拆除后的动臂塔A基础钢梁作为屋面塔式机a基础支撑→安装屋面塔式机a并拆除剩余动臂塔B→将剩余动臂塔B基础钢梁替换给另一台屋面吊b→安装屋面起重机b并拆除屋面起重机a→安装扒杆拆除屋面起重机b。

徐州苏宁广场项目综合考虑现场情况和既有机械类型，运用上述基础钢梁替换原理安全、高效地拆除了两台内爬式动臂塔机STL600，并为项目节约工期和成本，达到合理配置资源、保障施工安全的要求，获得了良好的综合效益。

3 应用实例

3.1 实际工程应用

徐州苏宁广场项目位于徐州市繁华商务核心地段，是集超五星级酒店、甲级办公楼、大型电器旗舰店、高档SOHO办公等于一体的大型综合性商业建筑，最高建筑A塔楼共59层，建筑高度266m。通过对整体塔机吊次、吊重、覆盖范围及吊装场地的分析，并综合考虑施工总体部署、现场情况和施工成本等因素，超高层结构A塔楼选用6#、7#两台内爬式动臂塔机STL600作为垂直运输机械，并确定了如下的塔机拆除方式：首先在预先设计好的位置做预留孔洞和埋件处理，如在核心筒外墙对应位置预留孔洞或在边框钢梁与屋面起重机基础钢梁交接处设置钢筋混凝土柱墩和预埋件；然后由7#内爬式动臂塔机STL600拆除6#动臂塔机，并将6#塔机的基础钢梁倒运至屋面当作屋面起重机WQ250的基础钢梁；安装屋面起重机WQ250拆除7#塔机，并将7#动臂塔机的基础钢梁替换给WQ160屋

面起重机作为基础支撑；最后安装WQ160屋面起重机设备拆除WQ250屋面起重机，拆除完毕后由扒杆拆卸屋面起重机并运送至地面。这种方式安全高效地完成了对6#、7#2台内爬式动臂塔机的拆除，并节约了成本、提高施工安全性，为项目合理利用了资源。

3.2 钢梁周转使用法与传统方式的对比

通过将自爬式动臂塔机与屋面起重机基础钢梁周转替换的要点及注意事项明确后，对传统屋面起重机拆除法和钢梁周转替换后的屋面起重机拆除法进行综合对比分析如表1所示。

表1 两种拆塔方式对比分析

由表1可以看出采用动臂塔机与屋面起重机基础钢梁周转替换的方式进行拆除作业，可提高钢材利用率、节约成本，但因动臂塔机钢梁为鱼腹梁，若钢梁放置在楼层梁或屋面板上，鱼腹梁中部会位于屋面板下，屋面板需要局部留洞，后期还需二次浇筑和加强防水等施工，影响工期。为避免基础钢梁对屋面板及屋面工程的施工影响，设计支撑结构抬高基础钢梁，可使屋面板一次浇筑成型，避免了楼承板的二次浇筑、凿毛和止水钢板的使用。

较之传统工字钢支撑屋面起重机的方式，徐州苏宁广场运用既有动臂塔机基础钢梁替换给屋面起重机并设置钢筋混凝土柱墩的方式能够取得一定的经济效益，节约成本情况见表2。

表2 节约成本明细表

比较两种拆塔方式能够看出，将既有动臂塔机的基础钢梁替换给屋面起重机使用虽然需要提前做好预留孔洞和预埋件的处理，但能够保证屋面楼板一次浇筑成型，避免了对屋面的破坏和对后续工程施工的影响；而且综合比较材料费和人工费，因工字钢自重大、费用高，在实际工程中选择既有动臂塔机基础钢梁作为屋面起重机的基础支撑能够为项目起到节约成本的效果。

4 结 语

本文通过对自爬式动臂塔机与屋面起重机基础钢梁周转替换过程中的要点和注意事项的分析，以及对两种拆塔方式的综合比较，总结出利用现场既有动臂塔机基础钢梁代替屋面起重机工字钢梁作为基础支撑的方式能够节约成本、提高材料利用率，并避免对屋面结构的破坏，为后续屋面工程的施工提供便利。结合徐州苏宁广场项目实例和对两者基础钢梁替换原理的归纳，为其它类似工程积累经验并起到较好的指导、借鉴作用。