朱建飛，蔣 峰，沈建平，彭 成，顧文斌

（江蘇九如建設(shè)有限公司，江蘇 昆山 215300）

0 引言

針對裝配式建筑的施工，需要充分做好前期策劃工作。其塔吊選型及定位尤其需要做好事前策劃，需要對裝配式建筑整體施工有較好的前瞻性。項(xiàng)目前期考慮不周，將會造成施工組織困難、留下安全隱患、后期彌補(bǔ)成本相對較高。如主樓起吊存在盲區(qū)、塔吊覆蓋區(qū)域的端部或最重預(yù)制構(gòu)件位置的吊力無法滿足、塔吊標(biāo)準(zhǔn)節(jié)與地庫框架梁沖突，塔吊覆蓋區(qū)域存在高壓架高線路等相關(guān)問題。

筆者單位承建昆山長江路商住用房項(xiàng)目涉及裝配式住宅，其樓棟間距密集、周邊環(huán)境復(fù)雜。筆者結(jié)合昆山長江路商住用房裝配式住宅項(xiàng)目就其塔吊選型、定位的考慮因素及相關(guān)方法闡述一些看法，可供類似項(xiàng)目進(jìn)行參照。

1 項(xiàng)目簡介

1.1 工程概況

昆山長江路商住用房 ABC 地塊建筑位于昆山市開發(fā)區(qū)長江路東側(cè)朝陽路南側(cè)，總建筑面積 15.88 萬 m2，由 3 種標(biāo)準(zhǔn)戶型組成三種房型，主要為 C 戶型、CC 戶型、AB 戶型。其中 6# 樓、7# 樓為 CC 戶型，2# 樓、3# 樓、11# 樓、12# 樓為 C 戶型，1# 樓、9# 樓、13# 樓、4# 樓為 AB 戶型?，F(xiàn)場標(biāo)準(zhǔn)層高為 2.9 m，其建筑樓棟間距及建筑層數(shù)詳見各棟建筑物間距統(tǒng)計(jì)表（見表 1）。其各建筑物的相對位置參考圖 1。

表1 各棟建筑物間距統(tǒng)計(jì)表 m

圖1 建筑平面總圖示意圖

1.2 裝配式概況

其裝配式構(gòu)件主要涉及疊合板及預(yù)制樓梯，其 C 戶型及 CC 戶型主要涉及疊合板預(yù)制構(gòu)件，其 AB 戶型主要涉及疊合板及預(yù)制樓梯兩種構(gòu)件。

疊合板為桁架鋼筋混凝土疊合板，混凝土強(qiáng)度等級為 C30，疊合預(yù)制板厚為 60 mm，后澆混凝土厚度為 80 mm，90 mm。C 戶型及 CC 戶型疊合板最大尺寸為 3.78 m×3.12 m；其總重量為 1.77 t；C 單層疊合板數(shù)量為 12 塊，CC 單層疊合板數(shù)量為 22 塊。AB 戶型最大尺寸為 3.57 m×2.82 m，其總重量為 1.55 t。疊合板數(shù)量為 24 塊。疊合板桁架高度主要有 90、10 0 兩種。

預(yù)制樓梯寬度為 1.220 m，踏步段高度為 1.61 m，其預(yù)制樓梯投影長度為 2.980 m，低端平臺寬度則為 0.42 m，高端平臺寬度 0.22 m，踏步寬度 260 mm，踏步高度 161.1 mm，混凝土體積為 0.738 m3，鋼筋總重 56.99 kg，預(yù)制樓梯總重為 1.91 t。

1.3 周邊環(huán)境概況

本工程施工場地狹長，其北側(cè)為待開發(fā)建設(shè)酒店用地，其東側(cè)臨近市政道路。南側(cè)為市政道路，市政道路邊存在 10 kV 的架空線路。西側(cè)為居民區(qū)，所開發(fā)工程地庫距居民區(qū)僅為 5 m。項(xiàng)目整體效果圖詳如圖 2 所示，其效果圖右上角為北側(cè)。

圖2 項(xiàng)目整體效果圖

2 裝配式塔吊選型與定位考慮因素

不同的項(xiàng)目，其塔吊的定位考慮因素各不相同。通常情況下塔吊的定位在臨近預(yù)制構(gòu)件最重的位置，以避免產(chǎn)生加大塔吊型號所產(chǎn)生的費(fèi)用。針對群體住宅，每棟盡可能設(shè)置一臺塔吊。本工程各考慮因素簡述如下。

2.1 考慮因素一:裝配式構(gòu)件重量

本工程裝配式構(gòu)件最重為 1.91 t，疊合板最重為 1.51 t。在其塔吊選型前期，需要對裝配式構(gòu)件位置及重量進(jìn)行確認(rèn)復(fù)核。避免設(shè)計(jì)錯(cuò)誤致使裝配式構(gòu)件計(jì)算錯(cuò)誤。同時(shí)需要確定裝配式構(gòu)件的起吊方式，確認(rèn)吊具的重量。裝配式構(gòu)件吊裝主要有脫模起吊和安裝起吊兩種工況驗(yàn)算；由于脫模起吊時(shí)，混凝土強(qiáng)度相對安裝時(shí)強(qiáng)度較低，所以其脫模工況下最為不利。通常只對脫模工況下進(jìn)行構(gòu)件驗(yàn)算。安裝過程中可以按照脫模工況下選擇吊裝方式。如安裝過程中，吊裝方式與脫模起吊方式不同則需要重新進(jìn)行構(gòu)件驗(yàn)算。塔吊定位需要優(yōu)先布置靠近構(gòu)件較重的位置，以選擇較經(jīng)濟(jì)的塔吊型號。

2.2 考慮因素二:樓棟間距及周邊建筑的高度

本工程樓棟間距相對密集，沿南北方向呈兩端高中間低的局勢。北側(cè)端部有兩棟 29 層建筑，南部有 1 棟 32 層建筑。中間分布著 18 層及 17 層建筑。6# 樓與 9# 樓、11# 樓與 7# 樓、13# 樓與 4# 樓建筑間距密集，且 6# 樓為 17 層建筑物，9# 樓為 32 層建筑物，建筑物存在一定高差。在建筑物相對密集的情況下，由于無法保證塔與塔之間的防碰撞距離，所以無法按照一棟樓設(shè)置一臺塔吊進(jìn)行實(shí)施。

具體做法：本工程通過“兩棟樓共享一臺塔吊”的施工方式，解決塔吊的布置問題。由于 9# 樓建筑物較高，所以將塔吊定位于 9# 樓。由于 9# 樓南側(cè)為高壓架空線路、西側(cè)為居民區(qū)。通過 9# 樓的塔吊只能解決 6# 樓的西單元塔吊運(yùn)輸需求，其東單元需要借助 2# 樓塔吊。此外 11# 樓處于建筑群的邊緣，為保證塔吊能夠最大限度地覆蓋施工范圍，通過 7# 樓的塔吊解決 11# 樓的塔吊運(yùn)輸需求。4# 樓與 13# 樓在同一側(cè)內(nèi)，且兩棟均為 19 層的高層，故采用臂長為 30 m 的塔吊，以滿足施工需要。

2.3 考慮因素三:周邊環(huán)境

9# 樓周邊環(huán)境存在居民區(qū)及高壓架空線路，其 9# 樓主樓邊緣距西側(cè)居民區(qū)僅為 6 m，主樓南側(cè)存在 10 kV 的高壓線路，邊緣距高壓線路約 39 m。根據(jù) JGJ 305－2013《建筑施工升降設(shè)備設(shè)施檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定（8.2.1）［1］，其 10 kV 的架空線路沿垂直距離方向＞3 m，沿水平方向大于 2 m。

具體做法：在考慮安裝 9# 樓塔吊定位過程中，優(yōu)先考慮避免塔吊大臂覆蓋居民區(qū)，塔吊在其塔吊定位過程中，遠(yuǎn)離居民區(qū)一側(cè)布置。同時(shí)保證塔吊距離架空線路的安全距離，塔吊初始安裝考慮塔吊與高壓線路的距離，大臂底部高出高壓線路 13 m；安裝塔吊防碰撞系統(tǒng)，以覆蓋范圍內(nèi)的高壓為中心往外 4 m 設(shè)置塔吊區(qū)域保護(hù)區(qū)域，使得塔吊小車無法進(jìn)入該區(qū)域。

2.4 考慮因素四:施工段劃分及現(xiàn)場組織

本工程樓棟間距相對密集。沿南北方向呈兩端高中間低的局勢。北側(cè)端部有兩棟 29 層建筑，南層有 1 棟 32 層建筑。中間分布著 18 層及 17 層建筑。對臨近高層周邊的樓棟塔吊布置形成了約束和限制。

具體做法：在其定位及選型的過程中，優(yōu)先施工建筑高度較高的塔機(jī)。以滿足群塔作業(yè)防碰撞距離。此外根據(jù)現(xiàn)場施工段劃分、順序及塔吊定位，對緊后施工段的塔吊進(jìn)行檢查，其緊后施工段的塔機(jī)大臂需要與緊前施工的建筑物及防護(hù)設(shè)施保持足夠的安全距離。

2.5 考慮因素五:塔吊拆除方向

由于塔吊周邊擬建筑物交叉布置，在前期考慮塔吊定位時(shí)，將塔吊大臂的方向朝向指向后期拆除方向。以便后期塔吊能夠順利拆除。

2.6 考慮因素六:塔吊附著裝置

由于擬建筑的高度較高，塔吊的獨(dú)立高度無法滿足施工要求，往往通過設(shè)置附臂才能滿足施工要求。目前，設(shè)置角常見的附臂方式為三桿附臂和四桿附臂兩種。通過構(gòu)建穩(wěn)定幾何不變體系（三角形不變體系）保證能夠滿足塔吊附臂高度［2］。其三桿附臂附著桿與垂直于附著面塔吊標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的水平夾角通?？刂圃?15°～ 45°（見圖 3），四桿附著通?？刂圃?40°～ 60°（見圖 4）。具體控制角度需要根據(jù)塔吊說明書進(jìn)行確認(rèn)。

圖4 四桿附著裝置示意簡圖

2.7 考慮因素七:塔吊基礎(chǔ)選擇及結(jié)構(gòu)、建筑沖突檢查

塔吊基礎(chǔ)生根于底板之上，往往會與地下室結(jié)構(gòu)柱、結(jié)構(gòu)梁發(fā)生沖突。可采用高承臺樁基礎(chǔ)，采用格構(gòu)式鋼柱承臺基礎(chǔ)進(jìn)行處理避免結(jié)構(gòu)部分沖突。承臺高于地庫頂板。避免標(biāo)準(zhǔn)節(jié)與結(jié)構(gòu)構(gòu)件沖突。此外如塔吊基礎(chǔ)采用樁基礎(chǔ)，需要考慮樁基礎(chǔ)與結(jié)構(gòu)工程樁之間的位置及項(xiàng)目已有樁之間的位置；對建筑功能同樣需要沖突檢查，如塔吊基礎(chǔ)面與底板面平齊，需要避開積水坑、水池等位置。

3 裝配式塔吊選型與定位方法

在項(xiàng)目勘察及難點(diǎn)分析的基礎(chǔ)上，需要建立相應(yīng)的模型數(shù)據(jù)。結(jié)合 CAD 及 BIM 運(yùn)用技術(shù)，對該類平面模型及空間模型進(jìn)行分析比對吊力及相關(guān)的考慮因素，形成裝配式塔吊選型與定位的最優(yōu)方案。就該類方法簡述如下。

3.1 塔吊型號的吊力驗(yàn)算方法

裝配式建筑的塔吊選型首要考慮塔吊的吊力，塔吊吊力隨著幅度的遞增呈遞減變化。其次塔吊的吊力性能分為二倍率和四倍率。其四倍率的吊運(yùn)速度慢于兩倍率，即同一臺塔吊四倍率的吊運(yùn)的慣性力往往小于兩倍率的慣性力，但其吊力在其根部一定范圍內(nèi)四倍率的吊力往往是兩倍率的吊力的兩倍。在工期允許的前提下，優(yōu)先考慮塔吊的四倍率作為塔吊的吊力性能主要參數(shù)。隨著塔吊起升高度的不斷提升，其塔吊四倍率的鋼絲繩長度將受到限制；從而會出現(xiàn)塔吊頂升至一定高度后只能使用兩倍率。采用四倍率進(jìn)行施工可避免兩倍率下降速度過快產(chǎn)生安全事故。

針對裝配式塔吊吊力驗(yàn)算，首先根據(jù)施工總說明及深化總說明選擇合理的起吊方式，根據(jù)起吊方式，確認(rèn)起吊吊具的重量；再將不同裝配式構(gòu)件的重量與吊具的重量之和（即吊重）在平面表示出來，初步確定塔吊的位置；根據(jù)塔吊的位置及塔吊說明書起吊性能表繪制塔吊吊力圈，將兩倍率、四倍率的吊力圈繪制在兩張圖紙中；根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范，確認(rèn)起吊的動力系數(shù)，計(jì)算塔吊的吊力與吊重的比值。如該比值大于動力系數(shù)則驗(yàn)算通過，反之，則不通過。以 1# 樓最重構(gòu)件復(fù)核為例，具體吊力圈如圖 5 所示（圖 5 為兩倍率吊力圈），最重構(gòu)件為預(yù)制樓梯，重量為 1.91 t，其吊具重量為 0.3 t；其吊重為 2.21 t，對應(yīng)塔吊起重性能曲線對應(yīng)臂長處吊重分別為 3 t、6 t。其吊力與吊重的比為1.35（即 3/2.21=1.35）；根據(jù) GB 50666－2011《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工規(guī)范》第 9.2.2 條［3］，吊運(yùn)過程中的動力系數(shù)取 1.5，故該型塔吊在預(yù)制樓梯吊運(yùn)過程中需要采用四倍率。該建筑層高為 17 層，借鑒以往施工高度，四倍率可以滿足施工。

圖5 1# 樓塔吊吊力圈復(fù)核示意圖

3.2 利用 CAD 塊對塔吊各類因素進(jìn)行放樣

根據(jù)塔吊實(shí)際臂長、標(biāo)準(zhǔn)節(jié)寬度、平衡臂等相關(guān)參數(shù)建立單獨(dú)塔吊 CAD 圖塊。根據(jù)現(xiàn)場建筑的位置及吊力對塔吊進(jìn)行初步定位，將所定位的塔吊組成一個(gè) CAD 圖塊.根據(jù)該圖塊的基準(zhǔn)點(diǎn)將所建立的圖塊放入總平面圖、地下室結(jié)構(gòu)圖、基礎(chǔ)樁位圖、施工升降機(jī)定位圖中，進(jìn)行沖突檢查。首先以單獨(dú)因素為考慮前提，在塊的編輯功能中調(diào)節(jié)，查看與其他因素的影響。通過單因素調(diào)節(jié)，查驗(yàn)其他因素，避免因考慮不周，塔吊標(biāo)準(zhǔn)節(jié)與結(jié)構(gòu)構(gòu)件發(fā)生沖突，與周邊居民區(qū)、高壓架空線路未能保證有足夠的安全距離。圖 6 為 CAD 塊對周邊環(huán)境進(jìn)行沖突檢查，設(shè)置塔吊區(qū)域保護(hù)。

3.3 BIM 模擬塔吊群塔作業(yè)施工

利用Revit軟件體量功能，對擬建建筑外輪廓、建筑高度、建筑的相對位置建立體量模型。根據(jù)塔吊說明書的相關(guān)參數(shù)建立塔吊模型族，其標(biāo)準(zhǔn)節(jié)可采用共享參數(shù)，根據(jù) CAD 圖紙中的塔吊位置將所建好的塔吊族放置在模型內(nèi)。通過調(diào)整共享參數(shù)族對現(xiàn)場的塔吊初始安裝高度及安裝高度進(jìn)行模擬。以保證塔吊與塔吊之間的防碰撞距離滿足安全距離需要（見圖 7）。

圖6 塔吊圖塊與周邊環(huán)境沖突考慮

4 結(jié)語

圖7 塔吊 BIM 定位模擬示意圖

塔吊定位、選型是裝配式吊裝安全的重要保障。而成功的塔吊選型及定位需要同時(shí)考慮諸多因素。在諸多因素中，環(huán)環(huán)相扣。本文通過項(xiàng)目實(shí)列，結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際考慮因素利用 CAD 和 Revit 軟件進(jìn)行模塊化模擬，對裝配式建筑塔吊選型及定位具有一定價(jià)值。通過 CAD 及 Revit 軟件進(jìn)行模擬，通過圖塊或模型在特定的環(huán)境中模擬，提前發(fā)現(xiàn)問題解決問題，是對塔吊選型及定位的一項(xiàng)重要工作。