塔式起重机附墙处附加撑杆的施工技术研究.pdf

47塔式起重机附墙处附加撑杆的 施工技术研究张 铭，乔会丹，陈 磊，申小东，黄宏林（中国建筑第二工程局有限公司，广东深圳 518048）摘要 塔式起重机附着杆件通常附着于钢结构柱、型钢混凝土柱或钢筋混凝土柱上，但根据现场塔式起重机布置，部分杆件需附着在核心筒剪力墙上。由于塔式起重机的附着力较大，剪力墙所受反力为平面外受力，对剪力墙易产生破坏。因此，需在附着杆对侧增加一道支撑用于平衡附着杆件对剪力墙产生的平面外荷载。以深圳科技馆（新馆）工程为应用对象，通过对附加撑杆合理的设计与安装，确保塔式起重机附墙杆与核心筒结构的稳定，实现塔式起重机的安全使用。关键词 塔式起重机；附加撑杆；核心筒结构 中图分类号TH 213.3 文献标志码B 文章编号1001-523X（2023）08-0047-03RESEARCH ON CONSTRUCTION TECHNOLOGY OF ADDITIONAL STRUT AT THE WALL OF TOWER CRANEZhang Ming，Qiao Hui-dan，Chen Lei，Shen Xiao-dong，Huang Hong-lin AbstractThe attachment bar of tower crane is usually attached to steel structure column,steel reinforced concrete column or reinforced concrete column,but according to the layout of tower crane on site,some members need to be attached to the core tube shear wall.Due to the large adhesion force attached to the tower crane,the reaction force on the shear wall is an out-of-plane force,which is easy to damage the shear wall.Therefore,it is necessary to add a brace on the opposite side of the attachment bar to balance the out-of-plane load caused by the attachment member to the shear wall.Taking the shenzhen science and technology museum（new museum）project as the application object,through the reasonable design and installation of the additional strut,the stability of the structure of the attached wall pole and the core tube of the tower crane is ensured,and the safe use of the tower crane is realized.Keywordstower crane;additional strut;core tube structure1 工程概况深圳科技馆（新馆）项目位于深圳光明区，占地面积约为66 000 m2、总建筑面积为134 500 m2、地下 2层，地上6层，总高度约为57 m。2 塔式起重机概况开工初期，关于塔式起重机的现场布置有3种方案可供选择：（1）选用3台的塔式起重机，其中1台塔式起重机采用超长附着。（2）选用4台塔式起重机，方案（1）中超长附着的塔式起重机由2台同型号塔式起重机代替。（3）地下室施工期间，选用5台TC7035塔式起重机，待地下室施工完成后，将5台塔式起重机拆除，采用履带式起重机上2层室外屋面进行吊装或在结构外围进行吊装。通过对3种方案的较，在综合考虑施工成本、施工进度、塔式起重机吊运等因素后，采用方案（1）为现场塔式起重机使用方案。由于建筑物的造型不规则，为保证结构施工时塔式起重机的全覆盖，将3台塔式起重机放置于主塔楼的北侧、南侧和西侧，方可满足于施工现场材料（钢筋、钢结构构件等）的转运与吊装，塔式起重机自身附着杆件的安装和塔式起重机自身的顶升。考虑到本工程钢结构工程量达2.5万t，大部分钢构件重量在718 t左右，最大钢构件重量达25 t。钢构件堆场位于塔楼的南、北和西侧（均在塔式起重机覆盖半径范围之内），综合考虑后，位于塔楼北侧的塔式起重机选用一台ZSC1400平臂塔式起重机，臂长为70 m，塔身中心距该塔式起重机最近的核心筒结构的竖向距离为4.225 m，距附着钢混凝土柱水平距离为3.85 m（图1）。ZSC1400平臂塔式起重机首次安装高度为42 m，台风季最大独立安装高度为60 m，最终安装高度在90 m。附着杆长度最大为6 400 mm。考虑到每层附着收稿日期：20230512作者简介：张铭（1996），男，吉林磐石人，主要研究方向为建筑结构。施工技术建 筑 技 术 开 发48 Construction TechnologyBuilding Technology Development第50卷第8期2023年8月建筑轮廓线顶层机房夹层RF6F5F4F3F2F1FB1B257.000 m46.950 m43.000 m34.500 m26.000 m17.500 m7.500 m-0.150 m-10.300 m图1 ZSC1400塔式起重机与建筑物立面示意相对高度满足塔式起重机使用说明书中相关要求1，决定为塔式起重机附着安装2道附着杆，分别附着于钢管混凝土柱和剪力墙上。第一道附着：附着点位于2层板面以上6 980 mm，附着高度14.480 m；第二道附着：附着点位于5层板面以上3 980 mm，附着高度30.080 m。3 施工重难点（1）因附着撑杆长度较长，无法将成品直接运送至现场，需将杆件各部分构件（25a工字钢、缀板和预埋板）单独运输至现场完成拼装。（2）撑杆埋件需根据塔式起重机附着杆埋件准确定位。（3）撑杆埋件需根据现场施工进度及时预埋。（4）因现场施工需要，两根附着撑杆安装方法不同。（5）附着完成后，撑杆使用时间较长，需定期观测杆件及周边剪力墙情况，检查其是否出现墙体开裂、杆件与墙体脱离等情况。4 塔式起重机附着附加撑杆4.1 塔式起重机附着的受力分析塔式起重机一侧通过抱箍与钢管柱连接，另一侧在剪力墙内预留埋件与附着杆件焊接。如图2所示，以荷载较大的工况作为塔式起重机附着受力计算，考虑风荷载后，A、B点的节点反力如下：A点所受反力：64 kN（x方向），71 kN（y方向）；B点所受反力：56 kN（x方向），76 kN（y方向）。B点两方向反力可由钢管混凝土柱承担，A点x方向反力由剪力墙承担，属平面内受力；A点y方向反力同样由剪力墙承受，但属平面外受力且荷载值较大，不利于剪力墙的受力甚至会对剪力墙墙体造成破坏。为减小平面外的荷载对剪力墙的作用，在附着点与对侧剪力墙之间增加一道撑杆来平衡剪力墙所受的平面外 荷载。4 3653 8504 22513 50010 183钢梁支撑形式为格构式组合构件H图2 塔式起重机附着顶升平面示意4.2 塔式起重机附着附加撑杆构造4.2.1 撑杆构件的截面特性附加撑杆根据受力分析可知为轴力构件，对轴力构件截面形式的共同要求是：（1）能提供承载力所需要的截面积。（2）制作较简便。（3）便于和相邻的构件连接。（4）截面开展而壁厚较薄，以满足刚度要求。对于轴压构件（以下简称压杆），截面开展更具重要意义，因为这类构件的截面通常取决于稳定承载力，整体刚度越大其构件的稳定性越好，且用料较经济，对构件截面的两个主轴都应按此要求。根据以上情况，压杆除经常采用双角钢和宽翼缘工字钢截面外，有时需采用实腹式或格构式组合截面。格构式截面容易使压杆实现两主轴方向的等稳定性，同时刚度大、抗扭性能好、用料较省。轮廓尺寸宽大的格构式组合截面适用于轴压力不大，但较长的构件以便满足刚度及稳定要求2。因此，附着处的附加撑杆选用轮廓尺寸宽大的格构式组合截面。4.2.2 附加撑杆的构造附加撑杆结构示意如图3所示，由两根型号为25a的工字钢（长度约10 m）、350 mm250 mm10 mm的 缀 板（强 度 等 级 为 Q 2 3 5）及 两 块500 mm400 mm20 mm，强度等级为Q235的钢板组成。缀板以三面围焊的方式固定于工字钢的上下两侧，其中心距为500 mm，两根工字钢中心距为350 mm，通过三面围焊固定于预埋的钢板上。撑杆预埋板35025010缀板25a工字钢图3 附加撑杆结构示意 494.2.3 附加撑杆的受力分析与计算因附加撑杆安装于核心筒内侧，不会受到由风荷载组成的外部荷载作用，仅承受由附着杆传递的剪力墙平面外荷载以及构件本身的自重。剪力墙所受平面外荷载为710 kN（其中，剪力墙分担110 kN的反力，剩余600 kN的反力由撑杆承担），构件的自重（含工字钢、缀板和预埋板）为1 113.49 kg（约为1.12 t），构件长度为10.183 m，格构式构件等效惯性矩为2.97109mm4。经计算，构件轴心受压强度为112.15 MPa，小于杆件容许应力205 MPa；轴心受压构件稳定性强度为199.91 MPa，小于杆件的容许应力205 MPa，其强度验算满足要求3。根据计算得出：撑杆自重产生最大位移为0.167 mm，小于杆件的容许挠度（杆长的1 500）20 mm4，经验算满足要求。5 塔式起重机附着附加撑杆安装5.1 撑杆安装施工准备根据撑杆杆件构造，单个撑杆需准备如下材料：6 m长25a号工字钢4根，350 mm250 mm10 mm的缀板40块，撑杆预埋件2个。5.2 施工工艺5.2.1 第一道撑杆安装工艺待塔式起重机附墙第一道附着处待剪力墙混凝土强度达到要求后，进行第一道撑杆埋件安装。埋件安装：第一道附着在标高处剪力墙上，插入9根 25 mm钢筋（3行3列布置，钢筋水平间距100 mm，纵向间距125 mm），钢筋需在剪力墙内侧预留不小于100 mm长度，采用穿孔塞焊方式将500 mm400 mm20 mm钢板与钢筋连接。埋件安装后，由塔式起重机和手拉葫芦配合，吊起两段工字钢（工字钢单根长度为6 m，安装前预先裁切一段工字钢用于拼接）在两段中间进行焊接处理，在连接后，将工字钢焊接于预埋板上；待两根工字钢安装后，焊接缀板于工字钢上，缀板中心间距为500 mm。5.2.2 第二道撑杆安装工艺待塔式起重机附墙第二道附着处剪力墙钢筋绑扎完成后，墙模板封闭前，完成第二道撑杆埋件的安装。埋件预埋（图4）：预埋前，将9根直径25 mm的钢筋（排列方式同第一道撑杆埋件）通过穿孔塞焊的方式与500 mm400 mm20 mm钢板进行连接。安装后，将埋件预埋至剪力墙钢筋上。第二道撑杆采用杆件预拼装的方式，即在材料堆场将杆件工字钢和缀板在安装前加工完成，通过塔式起重机和手拉葫芦，将加工完成后的杆件吊装至指定位置，焊接于预埋板上，完成第二道撑杆的安装。双面角焊缝焊接25钢筋54020打孔为28孔图4 附加撑杆埋件示意5.2.3 两道撑杆工艺的较第一道撑杆的安装耗费18个工时，第二道撑杆的安装耗费10个工时。通过两根撑杆安装的工时的较，第二道撑杆的安装时间较第一道相比缩短了8个工时，间接减少了撑杆的施工成本。5.3 现场应用情况待塔式起重机附着杆件和撑杆安装完成后，在塔式起重机使用期间需对附着杆件、杆件周边剪力墙、撑杆埋件与剪力墙连接处进行定期检查与复核。经过对塔式起重机附着杆件及周边部位检查后可知，附着杆件与剪力墙连接良好，周边混凝土无脱落，附加撑杆埋件与混凝土未存在脱落，埋件周围混凝土未出现脱落，附加撑杆未出现明显变形与弯曲。6 结束语通过对附加撑杆的合理设计，在附加撑杆自身强度和变形达到规范要求的基础上，分担了塔式起重机附着杆件对剪力墙90%的荷载，减少塔式起重机附着杆件对剪力墙的破坏，进而保证了核心筒结构自身的稳定性。同时列举了两根附加撑杆两种不同的安装方法，对比两者不同安装方法可知，采用预埋板整体预埋与撑杆整体吊装的方法，可以做到节约时间、减少施工成本。通过对塔式起重机附着和附加撑杆的定期监测，保证了塔式起重机使用期间结构的安全稳定。塔式起重机附着附加撑杆的合理设计与安装，为大型塔式起重机在附着剪力墙处提供了一定的经验，深圳科技馆（新馆）项目塔式起重机附着附加撑杆安装和使用的顺利进行，证明了附着附加撑杆的合理性和可行性。参考文献1 塔式起重机设计规范:GB/T 137522017S.2 钢结构设计标准:GB 500172017S.3 建筑结构可靠性设计统一标准:GB 500682018S.4 建筑结构荷载规范:GB 500092012S.