第五章高层建筑起重及运输机械

第五章高层建筑起重及运输机械知识目标：了解施工外用电梯的特点；了解各类塔式起重机装拆程序及操作要求理解泵送混凝土施工机械的原理；理解附着式塔式起重机的锚固要点掌握如何选择塔式起重机能力目标：能够正确选择高层建筑的施工运输机械高层建筑施工，每天都有大量的建筑材料、半成品、成品和施工人员要进行垂直运输，因此，起重运输机械的正确选择和使用非常重要。现代高层建筑施工的主要特点是：(1)垂直运输量大、运距高；(2)结构、水电、装修齐头并进，交叉作业多，安全隐患大；(3)工期紧张；(4)施工人员上下频繁，人员交通量大；(5)组织管理工作复杂。实践表明，在高层建筑施工中使用性能良好的、适合施工需要的垂直运输机械，进行合理的机械布置和管理，则一定能在保证质量的前提下，节约劳动力，减轻劳动强度，缩短工期，提高经济效益。高层建筑施工常用的垂直运输机械有：塔式起重机、快速提升机、井架起重机、施工外用电梯、混凝土泵等。第一节起重运输体系的选择一、高层建筑运输体系的组成及特点高层建筑施工运输体系主要有以下几种：塔式起重机十施工电梯。塔式起重机十混凝土泵十施工电梯。塔式起重机十快速提升机（或井架起重机）十施工电梯。第一种运输体系具有垂直运输的高度高、幅度大、垂直与水平能同时交叉立体作业等优点。但它一次性机械投资费用大，且受环境影响大（如大风、雨雪）,同时由塔式起重机运输全部材料、设备，其作业量较大。第二种采用混凝土泵车与塔式起重机具有很大优越性。首先，混凝土输送作业是连续的，输送效率高；其次，占用场地小，现场文明；此外，其作业安全，大风等环境因素对它的影响小。但它的设备投资大，机械使用台班费高。第三种方法机械成本低，一次性投资少，制作简便，但在楼层需搭设高架车道，用手推车输送，劳动量大，机械化程度低。这种输送方法目前已较少采用。1993年建成的上海国际饭店（地上22层），便是用井架起重机完成全部建筑材料及制品的垂直运输。二、选择起重运输体系时应注意的问题1、运输能力要能满足规定工期的要求高层建筑施工的工期在很大程度上取决于垂直运输的速度，如一个标准层的施工工期确定后，则需选择合适的机械、配备足够的数量以满足要求。2、机械费用低高层建筑施工应用的机械较多，所以机械费用较高，在选择机械类型和进行其配套时，应力求降低机械费用，这对于中、小城市中的非大型建筑施工企业尤为重要。3、综合经济效益好因为机械费用的高低有时不能绝对地反映经济效益，例如，机械化程度高，势必机械费用也高，但它能加快施工速度和降低劳动消耗。因此，对于机械的选用和其配套要考虑综合经济效益，要全面地进行技术经济比较。目前，从国外及我国北京、上海、广州等大中城市一些高层建筑施工时选用的起重运输机械的现状及发展趋势来看，采用塔式起重机十混凝土泵＋施工电梯方案者愈来愈多。第二节塔式起重机一、概述塔式起重机又称塔吊或塔机。塔式起重机的结构特点是有一个直立的塔身，起重臂安装在垂直塔身的上部，它是高层、超高层建筑施工的主要施工机械。随着现代新工艺、新技术的不断广泛使用，塔式起重机的性能和参数的不断提高。塔式起重机由金属结构部分、机械传动部分、电气控制与安全保护部分以及与外部支承设施组成。塔式起重机种类繁多，高层建筑施工中主要应用外部附着自升式和内爬式塔式起重机。二、外部附着式塔式起重机附着式塔式起重机是固定在建筑物近旁钢筋混凝土基础上的起重机，它也是一种自升式塔式起重机。随建筑物的升高，利用液压自升系统逐步将塔顶顶升，塔身接高。为了保证塔身的稳定，每隔一定距离将塔身与建筑物用锚固装置水平联结起来，使起重机依附在建筑物上。同内爬式塔式起重机相比，其主要优点是：①建筑物只承受塔吊传递的水平载荷，即塔吊附着力；②附着在建筑物外部，附着和顶升过程可利用施工间隙进行，对于总的施工进度影响不大；③因起重机小幅度可吊大件，因此，可以把笨重的大件放在起重机旁边，吊装大件或组合件。由于某些小件可在地面组合成大件吊装，减少了高空的工作量，可以提高效率，对于安全有利。④司机可以看到吊装全过程，对吊车操作有利；⑤其拆卸是安装的逆过程，比内爬式方便。其缺点：吊臂要长，且塔身高，所以塔吊的造价和重量都明显的高。（一）基础附着式塔式起重机，一般采用固定式混凝土基础，它由C35温凝土和I级螺纹钢筋浇筑而成。分为整体式和分离式两种。前者是塔身节的四个肢通过预埋件固定在一厚钢筋混凝土板上，混凝土用量大，对预埋件位置、标高要求高，但它能起压载作用，提高塔身抗整体倾覆的稳定性。前者一般用于设在建筑物内部的塔式起重机基础，或与建筑结构联成一体时。后者是塔机底架的四个肢直接座在混凝土基础上，无需预埋件，表面标高有差异时，用垫片调整，混凝土用量较少。下面讲述固定式基础设计计算方法。（1）基础几何尺寸的确定塔式起重机基础受偏心荷载作用（图5-1），按如下方法确定方形基础的几何尺寸（图5-2为基础计算简图）：FVMFhFghbel图5-1塔式起重机抗倾覆稳定性计算简图（二）附着装置1、附着装置形式附着式塔式起重机在塔身高度超过限定自由高度（一般为30～40m）时，即应加附设装置与建筑结构拉结。装设第一道附着装置后，每增高塔身14～20m应再加设一道，最上一道附着装置以上的塔身自由高度不应超过规定限值。建筑结构的拉结支座，可套装在柱子上或埋在现浇混凝土墙板里面，锚固点应紧靠楼板，距离不宜大于200mm。锚固支座如设在墙板上，应利用临时支撑与相邻墙板相联，以增强墙板刚度。对于附着支撑拉住塔体结构的形式有两种，即整个塔身抱箍式和节点（塔身）抱柱式(图5-3)，前者能充分利用塔身的空间，整体性能好；后者结构较简单，安装方便。附着装置由锚固环箍和附着杆组成（图5-4）。锚固环箍由两块钢板或型钢组焊的U型梁拼装而成；附着杆可由型钢、无缝钢管组成，也可用型钢组焊成桁架式结构。在附着杆上应设置调节螺母、螺杆副，调节距离约±200mm，以便灵活调节塔身附着距离和塔身立于地面的垂直度。塔机塔身与建筑物墙（柱）之间连接的附着杆（杆系）形式常用的有如图5-5所示几种，附墙距离一般4.1～6.5m，距离大的可达10m，个别情况也有达15m的。附着距离在6.5～10m的，也可采用图5-4所示布置形式，附着杆可借用标准附着件适当加长和加固，必要时在一附着点上下各设置一道附着杆。对15m或超过15m的附着杆，可采用三角截面空间桁架式附着杆系，如图5-4（g）所示，并可用作桁架，供司机登机操作之用。2、附着装置的计算如图5-5为附着杆布置图，如图5-6为附着点的支反力情况。a1bB2B1zyxHAMdLαβγBb1c1F1F2F3F4HMLαβγB图5-5附着杆布置图图5-6附着点的支反力情况（三）附着自升式塔式起重机的接高爬升方法附着自升塔式起重机的加节接高，一般分为上加节和中加节两种接高方式。Z80型折臂自升式塔式起重机属于上加节，液压缸布置在塔身侧边，如图5-7。这种液压缸设计成单节，一次行程1m多，可连续多次顶升，液压缸及套架简化，但顶升时液压缸侧面顶升单向受力，尚不完善。ZT120型自升式塔式起重机则属中加节，中加节接高爬升方法如图5-8所示。中加节者液压缸可为中间顶升，亦可为两旁侧面顶升，后者液压缸均衡作用，受力情况较好。三、内爬式塔式起重机内爬式塔式起重机将塔身支撑在建筑结构的梁、板上或电梯井壁的预留孔洞内，利用自身装备的液压顶升系统随建筑结构的升高而向上爬升。对于高度在100m以上的超高层建筑，可优先考虑用内爬式塔式起重机。与外部附着式塔式起重机相比，优点是：内爬式一般布置在建筑物内部，所以其塔吊的幅度可以做的小一些，即吊臂可以做短，不占用建筑物外围空间；由于是利用建筑物向上爬升，爬升高度不受限制，塔身也短不少。因此整体结构轻，造价低。其缺点是：塔吊要全部压在建筑物上，建筑结构需要加强，增加了建筑物造价；爬升必须与施工进度互相协调，并且只能在施工间歇进行；司机不能直接看到吊装过程；更为麻烦的是，施工结束后，需要用屋面起重机或其他设备将塔吊各部件一个一个拆下来，放在竣工的建筑物顶部，然后再放到地面，屋顶为了支承这些设备又需要加强。（一）内爬式塔式起重机支撑架计算内爬式塔式起重机上、下两道支撑架的水平力和扭力的计算（图5-9）。支撑架的支承反力应根据具体支承方案的不同确定简化的力学模型。对于通常采用的上、下两支架支承的情况，可以认为上框架为移动刚性铰接支座，下框架为固定刚性铰接支座，扭矩由上框架承受。（二）内爬式塔式起重机爬升与拆除内爬式塔式起重机的三个爬升框架分别安置在三个不同楼层上，最下面的框架用作支承底架，承受塔式起重机全部荷载并传递给建筑结构。上面两套框架用作爬升导向架和交替用作定位及支承底架。爬升时，必须使塔式起重机上部保持前后平衡。爬升之前，应将爬升框架、支承梁及爬梯等安置好，有关的楼层结构应进行支承加固。爬升后，塔式起重机下面的楼板开孔应及时封闭。内爬式塔式起重机露出结构外的自由高度一般为三个楼层高度，每次爬升1～2个楼层高度，在建筑物内的嵌固长度与露出结构的自由高度和其重量有关。但最少不得少于8m。如图所示为内爬式塔式起重机的爬升过程。内爬式塔式起重机的拆除工序复杂且是高空作业，困难较多，必须周密布置和细致安排。拆除所采用的设备主要有附着式重型塔式起重机，或屋面吊，或人字拔杆，视具体情况选用。内爬式塔式起重机的拆除顺序与安装相反，拆除过程一般是：①开动液压顶升机组，降落塔吊，使起重臂落至屋顶层；②拆卸平衡重并逐块下放到地面运走；③拆卸起重臂，将臂架解体并分节下放到地面运走；④拆卸平衡臂，解体并分节下放到地面运走；⑤拆卸塔帽并下放到地面运走；⑥拆卸转台、司机室并下放到地面；⑦拆卸支承回转装置及承座并下放到地固运走；⑧逐节顶升塔身标准节，拆卸、下放到地面并运走作业。第三节外用施工电梯外用施工电梯是一种安装在建筑物外部，施工期间用于运送施工人员及建筑器材的垂直提升机械。施工电梯的主要部件有基础、立柱导轨井架、带有底笼的平面主框架、梯笼和附墙支撑。如图5-11为施工电梯示意图。一、施工电梯的分类施工电梯按施工电梯的动力装置可分为电动与电动―液压两种，电动―液压驱动电梯工作速度比电机驱动电梯工作速度快，可达96m/min。施工电梯按用途可划分为载货电梯、载人电梯和人货两用电梯。施工电梯按其驱动形式可分为绳轮驱动、齿轮齿条驱动和星轮滚道驱动三种形式。施工电梯按吊厢数量可分为单吊厢式和双吊厢式。施工电梯按承载能力，施工电梯可分为两级(一级能载重物1t或人员11～12人，另一级载重量为2t或载乘员24名)。我国施工电梯用得比较多的是前者。施工电梯按塔架多少分为单塔架式和双塔架式。目前，双塔架桥式施工电梯很少用。二、施工电梯的选择和使用1、选择高层建筑施工电梯的机型选择，应根据建筑体型、建筑面积、运输总量、工期要求以及施工电梯的造价与供货条件等确定。现场施工经验表明，为减少施工成本，20层以下的高层建筑，采用绳轮驱动施工电梯，25～30层以上的高层建筑选用齿轮齿条驱动施工电梯。2、使用(1)确定施工电梯位置。施工电梯安装的位置应尽可能满足：①有利于人员和物料的集散；②各种运输距离最短；③方便附墙装置安装和设置；④接近电源，有良好的夜间照明，便于司机观察。(2)加强施工电梯的管理。施工电梯全部运转时间中，输送物料的时间只占运送时间的30%～40%，在高峰期，特别在上下班时刻，人流集中，施工电梯运量达到高峰。如何解决好施工电梯人货矛盾，是一个关键问题。第四节混凝土泵和泵车一、混凝土搅拌运输车混凝土搅拌运输车由混凝土集中搅拌站将商品混凝土装运到施工现场，并卸入预先准备好的料斗里，再由混凝土泵或塔式起重机输送到浇筑部位。混凝土搅拌运输车运输过程中，同时对混凝土进行不停地搅动，使混凝土免于在运输途中产生离析和初凝，并进一步改善混凝土拌合物的和易性和均匀性，从而提高混凝土的浇筑质量。混凝土搅拌运输车主要由底架、