沈延弘 沈鵬程 舒正偉

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某鋼管混凝土結(jié)構(gòu)超高層辦公樓的鋼構(gòu)件吊裝施工

沈延弘1沈鵬程2舒正偉1

1.福建建工集團(tuán)總公司 2.廈門市建設(shè)工程質(zhì)量安全監(jiān)督站

以超高層鋼管混凝土結(jié)構(gòu)辦公樓為背景，對鋼構(gòu)件吊裝施工中構(gòu)件的合理分段，塔式起重機(jī)的選型、定位，吊架（四腳扒桿）吊裝等方面做了深入分析和總結(jié)。

鋼管混凝土結(jié)構(gòu) 吊裝 塔式起重機(jī) 吊架

鋼管混凝土結(jié)構(gòu)融合了鋼結(jié)構(gòu)與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)點，是高層建筑的主要結(jié)構(gòu)類型之一。當(dāng)前鋼管混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)用廣泛，施工實踐豐富，但吊裝部分論述較少。本文以某超高層辦公樓為背景，對鋼管混凝土結(jié)構(gòu)施工中的吊裝做了總結(jié)與探討。

1 工程概況

1.1 項目概況

廈門港國際旅游客運(yùn)碼頭配套地產(chǎn)A1項目辦公樓為超高層高級寫字樓，屋面高度127.1 m。地上31層，與相鄰公寓樓共用2層地下室，-2層層高3.9 m，-1層與首層層高6.0 m，2層層高5.1 m其他標(biāo)準(zhǔn)層層高4.0 m。西面局部二層板挑空形成入口大堂。

建筑與施工道路，鋼構(gòu)件堆場平面（地下室施工階段）關(guān)系見圖1。

圖1 辦公樓總平面位置示意圖

1.2 結(jié)構(gòu)概況

辦公樓結(jié)構(gòu)由核心筒與周邊16根圓鋼管混凝土柱兩部分構(gòu)成。南、北兩端柱間設(shè)工字鋼勁性梁，以加強(qiáng)側(cè)向剛度（圖2）。包括地下室，02#~06#、10#~14#柱高92.95m（至21/F），其余柱高137.00m。首層10#~14#共5根鋼管柱位于入口大堂內(nèi)。鋼管壁厚由下至上分為24、22、20mm三種。

01~16-圓鋼管混凝土柱（16根） A1~A4-工字鋼混凝土勁性梁(4根) M-入口大堂范圍

1.3 鋼管混凝土的構(gòu)件分析

鋼構(gòu)件分解示意圖見圖3、4。圖3、4為按單個樓層進(jìn)行鋼管柱分段的情況。鋼管柱也可按多個樓層分段，對結(jié)構(gòu)構(gòu)造和運(yùn)輸有利，但成倍增加了吊裝難度。此外，原設(shè)計從結(jié)構(gòu)構(gòu)造考慮，勁性梁部位的鋼管柱段與勁性梁牛腿、斜支撐牛腿（即圖4中3與5、7、8）三部分為工廠焊接。經(jīng)研究，改為現(xiàn)場焊接，如此勁性梁部位鋼管柱段的起吊重量減少了40%左右，且便于拼車運(yùn)輸。

圖3

1-鋼管柱段 2-環(huán)形牛腿 3-帶勁性梁的鋼管柱段 4-水平勁性梁工字鋼5-勁性梁牛腿 6-斜支撐工字鋼 7-斜支撐牛腿 8-水平懸挑梁工字鋼

按單層鋼管柱段且不帶牛腿，主要鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件情況見表1?？梢钥闯觯瑢痈?1.1m的大堂鋼管柱段，層高6.0m的地下一層、首層鋼管柱段，以及A2、A3勁性梁工字鋼等構(gòu)件重量、尺寸較大。

表1 主要鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件

2 吊裝方法初步比選

2.1 鋼結(jié)構(gòu)吊裝原則

本工程垂直運(yùn)輸規(guī)劃，應(yīng)首先考慮鋼結(jié)構(gòu)吊裝，其次滿足土建材料、機(jī)電設(shè)備的運(yùn)輸需要。鋼管柱無法在樓板轉(zhuǎn)運(yùn)，吊裝應(yīng)滿足以下要求：①吊裝無盲區(qū)，覆蓋所有鋼管柱位置；②減少吊裝量以加快工程進(jìn)度；③適應(yīng)地下室與上部施工階段的不同特點，便于將構(gòu)件從堆場轉(zhuǎn)運(yùn)到辦公樓；④滿足其他材料(如混凝土)與設(shè)備運(yùn)輸需要；⑤經(jīng)濟(jì)合理，設(shè)備容易供應(yīng)。塔式起重機(jī)是最主要的垂直運(yùn)輸與吊裝設(shè)備。

2.2 塔式起重機(jī)與混凝土運(yùn)輸關(guān)系

本工程采用泵送混凝土，布料機(jī)施工。布料機(jī)全機(jī)重約2t，布料半徑15m。鋼管柱內(nèi)混凝土采用混凝土吊斗吊送，采用高位拋落法或手工逐段澆搗法澆筑。每斗混凝土0.5m3能滿足澆筑要求，混凝土與吊斗重約1.6t?；炷吝\(yùn)輸對塔機(jī)基本沒有特殊要求。

2.3 塔式起重機(jī)布置與選擇

塔式起重機(jī)選擇包括，單塔還是群塔，塔機(jī)類型、定位，以及塔機(jī)參數(shù)等內(nèi)容，如工作幅度、起升高度、起重量與起重力矩等。常規(guī)做法，由塔機(jī)生產(chǎn)率，及平面分區(qū)可確定塔機(jī)數(shù)量；由場地條件、建筑平面尺寸，建筑高度，混凝土吊斗重量可估算臂長，起升高度，臂端最大吊重等參數(shù)。但鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的質(zhì)量分布在平面上不連續(xù)，其塔機(jī)選擇與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比，較為復(fù)雜。

本工程南北長65m，東西寬35m，南接公寓樓，周邊場地開闊，無高壓電網(wǎng)等障礙物。鋼結(jié)構(gòu)工期接近14個月。辦公樓為框筒結(jié)構(gòu)，鋼管柱形心、建筑平面形心，鋼管柱外接圓（半徑32.8m）與建筑平面外接圓（半徑33.8m），鋼管柱平面最長線與建筑平面最長線PQ（長67.4m）三者基本重合（圖5）。RS為PQ的垂直平分線，R點位于建筑東邊線上。

1-鋼管柱形心 2-建筑平面形心 3-鋼管柱外接圓 4-建筑平面外接圓5-建筑平面最長線PQ 6-PQ的中垂線RS

按單層鋼管柱吊裝，利用圖解法，從有效利用起重能力出發(fā)，塔機(jī)的初步布置如下。如設(shè)兩臺附墻式QTZ120塔機(jī)，可布置在最長線PQ兩端的附近（圖6a）；如設(shè)單臺QTZ200附墻式塔機(jī)，兼顧RS方向的吊裝，可布置在R點偏北處（圖6b）；如設(shè)單臺內(nèi)爬式QTZ120塔機(jī)，考慮東面堆場，可布置在建筑平面形心偏東處（圖6c）。

1-QTZ120塔機(jī) 2-QTZ120塔機(jī) 3-QTZ200塔機(jī) 4-QTZ120塔機(jī)5-塔機(jī)工作范圍 6-鋼結(jié)構(gòu)吊裝范圍 7-鋼構(gòu)堆場

幾種布置方式各有利弊。雙塔吊裝可滿足要求，但成本較高，且不利于單元式幕墻中間介入安裝；單塔有利于堆場及土建材料吊裝，但對塔機(jī)要求高，吊裝任務(wù)繁重；內(nèi)爬升塔機(jī)可充分利用臂長，但堆場材料吊裝較難，塔機(jī)爬升后要澆筑樓板，封頂后塔機(jī)拆除困難，且對土建材料幫助較小。

2.4 吊架（四腳扒桿）吊裝

經(jīng)多個工程成功實踐，可利用吊架（四腳扒桿）輔助吊裝。具體為用方鋼制作吊架，汽車吊、塔機(jī)與吊架三者接力吊裝。圖7從左至右為汽車吊與塔機(jī)、塔機(jī)與吊架、吊架之間接力吊裝以及鋼管柱段安裝的示意圖。

1-起重機(jī) 2-塔式起重機(jī) 3-鋼管柱段 4-吊架（四腳扒桿） 5-吊架纜風(fēng)（其余纜風(fēng)略） 6-卷揚(yáng)機(jī)

吊架吊裝機(jī)動靈活，對于吊裝死角、場地障礙等優(yōu)勢明顯，是有效的輔助吊裝方法。但應(yīng)考慮吊架底座，抗側(cè)向力構(gòu)造措施等，以免造成重大安全隱患。

3 吊裝方案

3.1 方案編制與專家論證要求

采用非常規(guī)起重設(shè)備、方法，且單件起吊重量在10KN及以上的起重吊裝工程，屬于危險性較大工程，應(yīng)在施工前編制專項方案。如采用非常規(guī)起重設(shè)備、方法，且單件起吊重量在100kN及以上的起重吊裝工程，屬于超過一定規(guī)模的危險性較大的分部分項工程，還需要組織召開專家論證會。

3.2 QTZ160塔機(jī)為主，吊架輔助吊裝

綜合考慮設(shè)備供應(yīng)、經(jīng)濟(jì)因素等情況，吊裝采用單臺附墻式塔機(jī)，吊架輔助吊裝。塔機(jī)選用江麓QTZ160F（JL6516），臂長65m。見圖8。

1-QTZ160塔機(jī) 2-鋼構(gòu)堆場 3-塔機(jī)起重范圍 4-塔機(jī)3.45t起重范圍 01~16-鋼管柱 A1~A4-勁性梁

塔機(jī)噸位較小，但能滿足勁性梁吊裝需要，對鋼管柱段則采取以下輔助吊裝措施：①牛腿與鋼管柱段采用現(xiàn)場焊接，降低柱段重量；②地下二層與地下一層、首層與二層（包括入口大堂）兩層一吊，所有16根柱由吊架進(jìn)行吊裝；③三層及以上樓層，柱08#~10#、13#~15#（以下稱為遠(yuǎn)端柱）每層柱分為兩段吊裝；④三層及以上樓層，除遠(yuǎn)端柱外，采用每層一吊。

地下室施工階段構(gòu)件堆場距離較遠(yuǎn)，采用50t汽車吊與塔吊接力?；油练交靥詈螅扇〖庸檀胧?，將堆場移到地下室頂板。

3.3 吊架吊裝

吊架尺寸為2.4 m×2.4 m或2.4 m×1.9 m，高14.0 m，采用150×150×8方管制作，自重約2.0t，吊裝能力約為20t。卷揚(yáng)機(jī)安裝在焊接平臺上，平臺與吊架固定，在吊耳上掛橫吊梁，鋼絲繩起吊鋼管。相鄰吊架接力時，拆除臨時水平支撐，以便柱段通過。除基礎(chǔ)地板外，吊架必須用普通螺栓與連接板固定在下層鋼管柱上。如纜風(fēng)繩設(shè)置困難，應(yīng)增加有效的抗水平力鋼支撐等節(jié)點。見圖9、圖10。

1-吊架（均用150×150×8方管制作） 2-可拆卸的臨時支撐，與吊架螺栓連接 3-吊架底座（用于基礎(chǔ)底板） 4-吊耳，掛橫吊梁

1- I 250×160×12×12吊架底座，用螺栓、連接板與鋼管連接 2-吊架 3-鋼管柱

地下二層與地下一層鋼管柱段重約8.4T，長約11m；首層與二層鋼管柱段重約9.2T，長約11.1m；入口大堂部位重約8.8T，長約11.1m。吊架吊裝如圖11所示。

圖11 鋼管柱段吊架接力吊裝路線

塔機(jī)臂長2m~15m范圍內(nèi)，起重量10t。在鋼管柱部位設(shè)置吊架，按箭頭所示路線將鋼管柱段接力到指定位置。12#柱首先就位，然后與接力路線相反，其他柱段依次就位。03#~06#柱由塔機(jī)直接吊裝。

柱段吊到位后，將上下柱段吊耳用螺栓臨時固定。如需調(diào)整，可在上、下鋼管柱段上焊接臨時牛腿，用千斤頂將上段鋼管調(diào)整到位。校核無誤后，分段點焊定位。

3.4 塔機(jī)吊裝

三層開始，吊架臨邊纜風(fēng)設(shè)置困難，鋼結(jié)構(gòu)全部由塔機(jī)吊裝，每層一吊。經(jīng)設(shè)計認(rèn)可，遠(yuǎn)端柱（08#~10#、13#~15#）每層分為兩段，每段長約2m，進(jìn)行吊裝。至此，塔機(jī)覆蓋所有鋼管柱范圍（圖12）。

圖12 塔機(jī)吊裝

塔機(jī)附墻件錨固部位砼強(qiáng)度必須滿足附墻要求。應(yīng)對吊裝起升高度進(jìn)行驗算，以滿足構(gòu)件（包括吊架）高度要求，見公式（1）。如不滿足，可在低樓層預(yù)先增加附墻預(yù)埋件，利用臨時附墻增大起升凈高度。根據(jù)塔機(jī)說明，自由高度時起升高度53m；在七、十三、十九、二十五、三十一層進(jìn)行附墻；塔機(jī)工作允許自由懸高=35.5m。

H塔－H架＞H構(gòu)…………………………………………（1）

H塔——塔機(jī)起升高度（m）。塔機(jī)首次附墻，即樓層施工至七層以前，H塔取53 m；塔機(jī)附墻后，即八層及以上樓層，H塔=自基礎(chǔ)面起的附墻高度+塔機(jī)工作允許自由懸高35.5 m，以樓層施工至九層為例，H塔=37.0+35.5=72.5 m；

H架——施工樓層外架高度（m）。H架=自基礎(chǔ)面起的施工樓層高度+1.8m；

H構(gòu)——塔機(jī)首次附墻前，H構(gòu)取吊架高度14.0 m；附墻后，H構(gòu)取單層吊裝的鋼管柱段高度4.0m。

計算可知，塔機(jī)相對于施工面的最小起升高度，自由高度時為14.2m，附墻后為9.7m，可滿足吊裝要求。施工中，為避免塔機(jī)在三十一層附墻，塔機(jī)于五層梁處第一次附墻。

3.5 主要質(zhì)量、安全保證措施

鋼結(jié)構(gòu)吊裝應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行各項質(zhì)量安全措施。

3.5.1吊架卷揚(yáng)機(jī)等吊裝設(shè)備由總配電箱專線供電。每次吊裝前應(yīng)檢查限位開關(guān)，超載、超速等保護(hù)裝置，保證其靈敏可靠。

3.5.2柱吊耳必須在工廠制作完成，以保證吊裝準(zhǔn)確定位。

3.5.3吊架組裝完畢后，拉力試驗合格方可投入使用。

3.5.4汽車吊、塔機(jī)與吊架之間奪吊時，應(yīng)保證汽車吊中心與吊臂，塔機(jī)回轉(zhuǎn)中心、吊臂與小車，吊架頂?shù)亩ɑ唭蓛稍谕粋€垂直平面上，避免側(cè)向力的產(chǎn)生。汽車吊決不能抗側(cè)向力。

3.5.5柱四周對稱點焊臨時固定，確定安全后，吊鉤方可摘除。為防止施焊時柱口變形引起偏差，鋼管柱段接縫必須對稱反向施焊，吊耳臨時固定必須在焊縫冷卻后方可拆除。

4 實施效果與總結(jié)

現(xiàn)本工程辦公樓已施工至主體結(jié)構(gòu)九層，以上措施經(jīng)現(xiàn)場實施，效果良好。精心組織后，每層鋼管柱段吊裝需塔機(jī)半個臺班左右，加上勁性梁吊裝在1個臺班以內(nèi)，標(biāo)準(zhǔn)層每層結(jié)構(gòu)工期能控制在八天。對本工程鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的吊裝施工總結(jié)如下：

4.1 鋼管柱段的分段情況為吊裝的前提。本工程基本按樓層分段下料制作，牛腿現(xiàn)場焊接。但應(yīng)綜合考慮構(gòu)造與運(yùn)輸要求。

4.2 鋼管混凝土結(jié)構(gòu)施工中，內(nèi)爬式塔機(jī)能充分利用其吊裝能力。不考慮堆場因素，本工程QTZ120內(nèi)爬式塔機(jī)的起重能力，接近QTZ200附墻式塔機(jī)。如采用QTZ200內(nèi)爬式塔機(jī)，可以考慮鋼管柱三層一吊的方案，對工期相當(dāng)有利，且減少大量的焊接。

4.3 吊架（扒桿）吊裝是有效的輔助吊裝方式，對局部超重、超長、超大構(gòu)件以及吊裝死角等優(yōu)勢明顯，但應(yīng)注意其構(gòu)造措施。如本工程采用吊架輔助QTZ120內(nèi)爬式塔機(jī)，可進(jìn)一步降低成本。

4.4本工程QTZ160附墻式塔機(jī)起重能力稍有不足，遠(yuǎn)端柱采用一層兩吊。但該塔機(jī)的選擇成本優(yōu)勢明顯，且設(shè)備容易供應(yīng)。

[1] 魏群,吳勇,彭成山.常用起重機(jī)械速查手冊[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2009.

[2] 楊曉毅,劉寶山,彭明祥.CCTV主樓結(jié)構(gòu)施工用塔式起重機(jī)選型和定位[J].施工技術(shù).2009,4(38):40.