深圳市汉京集团有限公司 518000
摘要：简要介绍超高层动臂塔吊爬升和拆除过程中的的工艺流程和注意事项，以及如何满足大型动臂塔吊在超高层纯钢结构体系下的快速、安全有效的爬升，同时结合结构特点，提前做好塔吊后期拆除的技术要求，合理的组织好塔吊拆除的相关步骤和配合措施，保障大型动臂塔吊在超高层使用过程的始终。
关键词：M1280D动臂塔吊，大梁设计，异型C型框梁设计、ABAQUS有限元计算
1 工程概况
本工程为全钢结构工程，屋顶高度350m。主塔楼为巨型框架支撑结构，地上67层：结构采用30根方管巨柱竖向主体支撑，框架柱之间采用斜向撑杆和钢梁连接作为塔楼抗侧力体系，形成带支撑的钢框架结构，30根巨柱为巨型方钢管内灌注高强度混凝土形式，其避难层在标准层基础上于框架柱和楼层面增强斜支撑（腰桁架）；主塔楼地下室含32件巨型方钢管钢柱，内灌注高强度混凝土，部分箱型斜撑包含于混凝土剪力墙内。
汉京项目塔吊系统采用法福克公司生产的型号M1280D塔吊两个，目前为全国建筑施工中最大型塔吊，在结构中塔吊分布如下，图中左侧为4#塔吊，右侧为1#号塔吊，1#塔吊施工开始时支撑于地下室底板混凝土基础上，而后随着塔身高度增高至正负零开始向上爬升。4#塔吊从主体结构第6层开始安装，无地下室混凝土基础，直接从地下室开始爬升。
2.1 塔吊大梁设计与研究
塔吊附着钢管混凝土柱以及地下室剪力墙上对于塔吊支撑系统的要求非常高，既要满足塔吊爬升和受力的要求，又要保证支撑与主体结构的可靠连接，同时还要便于拆装。为此，在塔吊的立面，采取“中部下沉的构造”塔吊支撑体系，每台塔吊3套支撑体系和3套附着框，随着塔吊的爬升周转使用。
图1塔吊系统平面图
2.1.1塔吊大梁的设计
汉京中心项目地上部分为全钢结构，不存在剪力墙，所以塔吊的巨大荷载要由结构钢梁与塔吊大梁承受，同时由于塔吊爬升过程当中存在避让结构巨型斜撑施工难点，所以在利用有限元软件对施工过程经行模拟之前，先应对塔吊钢梁进行设计，使之达到能够承受较大荷载同时能够避让巨型斜撑的目的。大梁为满足重复利用且避让巨型斜撑，将塔吊大梁设计成中部下沉的构造，同时端部进行构造加强满足抗剪要求。塔吊大梁设计结果如下：
图6地下室剪力墙塔吊梁模型计算 图7地下室剪力墙建模分析计算
通过模型计算在不同工况的设计荷载作用下塔吊大梁和结构钢梁的受力状态均处于允许范围内。
2.1.3大梁设计方案相对于现有技术的有益效果
（1）本设计塔吊支撑梁采用能够满足钢结构内爬式塔吊施工过程中塔吊钢梁安置净高不足的困难；二是能够极大的节省塔吊支撑梁的数量，极大地节省了成本和工期。
（2）本设计可广泛应用于无核心筒结构或其他希望牛腿重复利用的施工环节中，以解决无核心筒供塔吊爬升和牛腿浪费的难问题，实现无核心筒结构中内爬升式塔式的使用和牛腿的重复利用。
（3）本设计可解决利用结构梁作为塔吊支撑梁时，塔吊大梁直接支撑在建筑结构上而导致的C 型梁放置两侧标高不一致的问题。
3 塔吊C型框梁设计与研究
3.1塔吊C型框梁的设计
塔吊C型梁一般作为塔吊设备标准件，因设备型号而不同，作为塔吊爬带悬挂点和塔吊标准节及整体塔塔吊身支承结构，并在C型梁侧面设置调节顶块，固定塔身标准节，是整体塔吊能自爬升重要的受力构件。但是，随着建筑的要求越来越高，复杂结构影响下空间对塔吊安装、爬升存在很大的影响。
为解决现有技术中存在的问题，本工程提出了一种用于塔吊的异形C型梁，改进C型梁的端部支承的连接方式，同时还调整了C型梁长度，能够满足复杂结构影响下空间对塔吊安装、爬升的要求。下面结合附图说明及具体实施方式对本工程C型梁设计进一步说明。
如附图9所示，本工程的异形C型梁包括C型梁主梁1、连接杆连接部2、措施大梁铰接端3、结构梁承接端4、加劲板5；
图10 C型梁设计示意图（剖面）图11 C型与周边节点三维图
其中，措施大梁铰接端3、结构梁承接端4分别为主梁的两端，措施大梁铰接端上有连接孔6，措施大梁铰接端采用螺栓连接的方式与设计大梁相连接；结构梁承接端4上有加劲板5，加劲板5位于结构梁承接端4的尾部，使得C型梁为伸臂式C型梁，在安装时由原来的竖向垂直摆放式改为插入式；结构梁承接端4与结构梁通过加劲板5焊接。
附图8是现有技术中的C型梁组装的标准件的结构图，措施大梁铰接端、结构梁承接端都采用螺栓连接的方式，附图9是采用本工程异形C型梁组装的标准件的结构图，措施大梁铰接端采用螺栓连接的方式，结构梁承接端采用加劲板焊接的方式，这样使得原有的C型梁改为伸臂式C型梁，在利用结构梁作为支承大梁时，考虑到空间影响，由原来的竖向垂直摆放式改为插入式，满足C型梁的安装和使用过程中的空间需求。
两根C型梁之间通过连接杆7连接，连接杆7也采用螺栓连接的方式与连接杆连接部2固定连接。连接杆连接部有两个，两个连接杆连接部分别位于主梁的两端，其中，第一连接杆连接部、连接杆、措施大梁铰接端3在同一延长线上，第二连接杆连接部位于结构梁承接端4的中部，使得结构梁承接端4能够形成伸臂式，以便在安装时能够插入式安装。
3.2塔吊C型框梁有限元建模分析
塔吊C梁设计中应对其强度进行分析计算，C型框梁将塔吊大梁、周边结构梁连成，作为塔吊基座。塔吊荷载的传递路径为：标准节——C型框梁——塔吊支承钢梁——结构钢梁——方钢管混凝土柱，根据荷载传递特点，需要重点验算C型梁、塔吊支承钢梁和侧结构钢梁三个构件，验证深化设计后设置的截面尺寸能否满足强度和变形要求。
3.3 异形C型梁的创新技术的有益效果
1）在带斜撑的巨型钢框架结构中，考虑到施工过程中结构变形因素，C型梁两端分别采用螺栓连接和加劲板焊接，因塔吊大梁一端刚接于结构梁，一端铰接于支承措施大梁，纯钢结构因施工变形，若结构梁上设计为螺栓连接，工厂制作，现场安装精度难以达到安装要求。同时若设计支座形式，则支座高度最小需要230mm，而对应的造成C型梁与斜撑体系碰撞，影响斜撑的安装，削弱整体结构体系。
2）采用伸臂式C型梁，因C型梁结构体系中两个C型梁的连接杆件安装过程需要与结构有一定操作空间，而且塔身要求与结构边线距离至少大于500mm，满足塔吊运行过程中的摆幅。在利用结构梁作为支承大梁时，考虑到空间影响，将C型梁改为伸臂式C型梁，由原来的竖向垂直摆放式改为插入式，满足C型梁的安装和使用过程中的空间需求。通过利用原结构体系，减少三道塔吊新增支承措施大梁，同时避开结构不利空间的影响。较传统安装，减少了一道大梁的安装工作，缓解了塔吊安装精度要求高的处理难度。
4 研究设计成果的经济及社会效益
4.1经济效益
本工程大梁制作单台塔吊只需要3套，同时单台塔吊的安装及顶升完成时间只需要1.5天，配合塔吊的使用时间只需要8小时，较传统塔吊爬升需求时间3天~5天，大大降低了塔吊爬升耗用时间，提高了塔吊有效工作时间，而塔吊的租赁费60万元/月?台，综合比较，故本工程塔吊（2台）爬升费用单次爬升降低12万。总之，此课题在降低塔吊爬升耗用等不可避免中断和准备时间有着重要意义，具有广泛的推广价值。
4.2社会效益
本项目研发的技术及产品市场前景广阔，具有巨大的经济、社会、环境效益。这在施工和日后运营的过程中均有效的控制了建筑的成本。在新的科学技术语境下，建筑的技术与设计施工的综合应用技术也在不断进行创新，并已逐步运用于设计与施工的各个环节中，演变成多层次的管理体系架构。
5 结语
本文结合汉京金融中心两台M1280D动臂式塔吊如何在选择平面定位、钢框架结构中大梁的设计、复杂结构中C型框梁的设计，通过充分分析结构设计的特点，选取结构刚度较大部位，同时利用原有结构作为塔吊爬升支撑构件，减少措施的投入量。本文对于钢框架结构中大型塔吊在定位、节点设计、结构安全、经济方面有一定借鉴意义。
参考文献
[1]《钢结构工程施工质量验收规范》[S]GB50205-2002
[2]《钢结构工程施工规范》[S]GB50755-2012.
[3]《工程测量规范》[S]GB50026-2007.
[4]《塔式起重机安全规程》[S]GB5144-2006
[5]《建筑施工塔式起重机安装、使用、拆卸安全技术规程》[S]JGJ 196-2010
论文作者:刘发安
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年7期
论文发表时间:2019/7/10
标签：塔吊论文; 结构论文; 大梁论文; 钢梁论文; 措施论文; 地下室论文; 螺栓论文; 《建筑学研究前沿》2019年7期论文;