超高层建筑内爬外挂塔吊施工工法

1超高层建筑内爬外挂塔吊施工工法1前言随着现代超高层建筑的不断突破，核心筒与钢框架组合结构被广泛采用。此类结构对垂直运输设备要求越来越高，而传统核心筒内爬塔吊因筒内空间狭小，多台塔吊布置困难且塔吊效率低。基础外附式塔吊又因附着于钢外框受到外框结构滞后影响，施工缓慢。本工法通过采用内爬外挂塔吊工艺，采用了一种新型附着形式，将塔吊外附于核心筒外壁，增大了塔吊的施工覆盖面，合理有效地发挥了塔吊的起重工效。2011年11月8日，其施工技术经山西省科技厅组织专家鉴定达到了国际先进水平。2015年1月25日，经山西省住房和城乡建设厅有关工法专家鉴定达过年领先水平。该工法成功用于太原湖滨广场综合项目，天津高新区软件及服务外包基地综合配套区第一期中央商务区总承包工程项目和广州珠江新城西塔项目工程，提高了施工工效，加快了工程施工进度。2工法特点2.1位置选择多样化，整体影响面小本工艺将超高层塔吊附着于核心筒外壁，有效克服了因核心筒内狭小引起的多台塔吊布置困难的问题，同时避免了因塔吊穿楼层板造成的结构后施工问题。2.2覆盖面广，提高机械效率本工艺的超高层塔吊可以悬挂于核心筒外壁，钢结构外框覆盖面积更大，在采用同等型号塔吊的情况下，塔吊吊运钢构件实际利用率大大提高，有效发挥塔吊满载使用率，提高机械效率。2.3周转安拆及爬升效率高，节约工期塔吊外挂架采用整体拼装，构件之间销轴连接，周转安拆便捷，外挂2架随核心筒进度在过程中即可安装完毕，塔吊单次爬升周期短，不占用主体施工工期。2.4不受核心筒超前施工制约，施工更加机动灵活塔吊外附于核心筒外壁与核心筒施工同步爬升，不受外框钢结构施工滞后的影响，更加机动灵活。2.5各项指标增长快，经济效益显著较基础外附式塔吊，内爬外挂塔吊减少了固定基础，省去了大量的标准节，降低了后施工区域难度，加快了施工进度，带来了显著的经济效益。3适用范围本工法适用于各类复杂多变的超高层施工，适合由型钢混凝土框架-钢筋混凝土筒体混合结构形式的超高层施工。4工艺原理本工艺基本原理是经过模拟受力分析优化设计一个钢基座悬挂于核心筒外壁承载塔吊，并设计一道抵抗水平力的附着框将塔吊固定于核心筒外壁，再加设一套周转框，使基座框附着框相互转化，三道水平框及配套的受力杆件组成了循环组合挂架结构体系。该体系通过优化设计的超规预埋件悬挂于外壁，通过深化设计超强销轴连接，施工方便快捷。3图4塔吊支撑体系撑拉结合式示意图塔吊塔身上支撑架下支撑架斜撑杆主梁短水平撑杆长水平撑杆次梁斜拉杆支承框45施工工艺流程及操作要点5.1基本施工流程图5.1内爬外挂塔吊施工工艺流程5.2操作要点5.2.1外挂架支撑体系设计验算本工艺中塔吊以核心筒作为依附结构，根据工程的实际情况，由于塔吊定位、建筑结构型式及塔吊参数等的不同，塔吊附着体系的设计会有所不同，但均可分为支撑体系框架结构设计、预埋件设计、连接节点设计这三部分进行设计，并尽量采用销轴的形式连接固定，以便于外挂架构件的拆卸周转。1、塔吊支撑体系的设计：整体结构设计、预埋件及连接部位的强度验5算。2、塔吊依附结构校核：塔吊依附于主体核心筒上，依据塔吊的实际工况，对其结构承载能力进行验算。3、混凝土剪力墙：需对剪力墙混凝土局部承压强度进行验算，由于受施工进度和工期制约，通常情况下，不可能等混凝土达到设计强度后再进行塔吊挂架的安装和塔吊爬升，因此在进行验算时，应以实际强度进行验算，通常可取7天。支撑体系设计验算完成后绘制制作图及相关说明，并交原塔吊厂或相应能力的厂家进行加工制作。5.2.2塔吊附着点确定塔吊外挂架支撑体系附着点的位置需根据塔吊原制造厂的参数确定，结合现场实际情况，可适当调整附着点位置，但两道水平支撑框架之间的距离必须小于最大间距。塔吊附着点按以下基本原则确定：核心筒施工至塔吊最大自由高度，此时需安装第三道水平支撑框架后方能继续爬升，根据核心筒内钢结构柱的分段长度及核心筒液压爬模的空间位置，综合确定附着点的情况，且水平构件的附着点应尽量设置在楼层标高处。5.2.3塔吊外挂架支撑体的安装1、埋件施工：塔吊埋件随着核心筒的施工进度相应埋设即可，为防止在混凝土浇捣过程中预埋件发生移位，应采取相应的固定措施，埋件部位的混凝土应振捣密实，塔吊的预埋件重量较大，需事先设置好吊耳，便于吊装。2、牛腿焊接：预埋件埋设完成后，将连接外挂架构件的牛腿焊接至埋板上，牛腿焊接过程中应做到精确定位，合理施焊，尽量减少焊接变形，出现焊接变形须在焊后进行校正，确保后续构件安装一次到位。6图5.2.3-1塔吊预埋件图5.2.3-2塔吊牛腿3、安装下层水平支撑框架：安装下层水平框架的支撑横梁、水平支撑、次梁及与支撑横梁连接的斜拉杆。按照支撑横梁→次梁→斜拉杆→水平支撑的顺序依次安装，构件拼装时只需精确对孔，打入销轴即可。图5.2.3-3安装支撑横梁图5.2.3-4安装水平支撑7图5.2.3-5安装斜拉杆图5.2.3-6下层水平框架安装完成4、安装上层水平框架：采用与下层水平框架相同的安装方式进行安装，8包括支撑横梁、水平支撑、斜撑杆及次梁。图5.2.3-7上层水平框架安装完成图5.2.3-8水平支撑与核心筒连接节点5、塔吊爬升：塔吊顶升至支撑横梁的高度位置后，将塔吊顶升节上的撑爪摆出，撑在支承框上即完成一次塔吊爬升。9图5.2.3-9塔吊撑爪撑于支承框上5.2.4塔吊爬升及外挂架拆卸周转核心筒在施工过程中即按照图纸要求埋设好塔吊附着预埋件，塔吊每顶升完一次，便可将最下层的水平支撑框架、斜拉杆、斜撑杆拆除并转至上部进行附着。10以下以撑拉结合式支撑体系为例简述塔吊爬升的原理。步骤一，塔吊在正常使用状态下，上、下两套支撑架共同工作，如图4.3-1所示。步骤二，安装第三道支撑架，将爬带安装在中间一道支撑架上，爬升梁支撑块爬出撑于爬带台阶上，准备爬升，如图4.3-2所示。步骤三，将塔吊支撑爪松开，收回至标准节相应位置，如图4.3-3所示。步骤四，油缸顶出，使塔吊脱离C型梁，完成一个行程，将标准节上的上支撑块摆出，支撑在爬带台阶上，如图4.3-4所示。步骤五，油缸收缩，再次使爬升梁支撑块支撑在爬带台阶上，将上撑块摆回，再次顶升完成一个循环，如图4.3-5所示。步骤六，重复步骤四和步骤五，直至支撑爪高出C型梁，然后将支撑爪摆出，固定在C型梁上，如图4.3-6，图4.3-7所示。步骤七，收缩油缸归位，塔吊爬升完成，最后拆除爬带。11图5.2.4-1步骤一图5.2.4-2步骤二12图5.2.4-3步骤三图5.2.4-4步骤四13图5.2.4-5步骤五14图5.2.4-7步骤六图5.2.4-8步骤七156材料与设备6.1主要材料表6.1主要材料序号构件名称型号及规格材质焊缝质量等级防腐要求1支撑横梁箱型钢梁Q345B一级全熔透红丹底漆100μm2斜拉杆无缝钢管Q345B一级全熔透红丹底漆100μm3水平支撑无缝钢管Q345B一级全熔透红丹底漆100μm4斜撑杆无缝钢管Q345B一级全熔透红丹底漆100μm5次梁H型钢梁Q345B一级全熔透红丹底漆100μm6销轴实心圆形截面40Cr调质处理无表面镀铬7预埋件钢板及锚筋Q345B，HRB335穿孔塞焊无8牛腿钢板Q345B一级全熔透红丹底漆100μm备注：各个主要构件的截面需根据工程实际、塔吊型号进行设计验算确定。6.2设备工具表6.2设备工具序号名称型号单位数量产地1电焊机OTCCPVE350/500台3中国2炭弧气刨机MZ-1250台2中国3电焊条烘箱YGCH-X-400台1中国164葫芦5t把12中国5全站仪索佳SET230RK台1日本6经纬仪北京博飞DJD2-C台1中国7水平仪苏光DSZ2台2中国8钢尺10米把5中国9大锤5kg把2中国10缆风绳Φ15m75中国11超声波探伤仪CTS－2000台1德国12脚手管Φ48×3.5t0.2中国13脚手板50mm厚块20中国14安全绳Φ9m42中国7质量控制7.1塔吊外挂架支撑体系的施工必须符合GB50017钢结构设计规范[S]，JGJ81-2002建筑钢结构焊接技术规程[S]，塔吊使用说明书以及其他相关设计要求、国家产品标准和工程技术规范的规定。7.2塔吊外挂架钢结构验收执行现行《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205中有关规定的要求。7.3外挂架钢结构的所有焊缝均为一级全熔透焊缝，工厂焊缝以及现场焊缝均进行100%超声波探伤检测，合格后方可投入使用。177.4冬期施工期间，现场焊缝必须采取焊前预热、焊后保温等措施保证焊缝的焊接质量。7.5外挂架埋件埋设时，须采用测量仪器对其进行定位，并采取临时固定措施，以防止混凝土浇捣埋件移位。7.6外挂架支撑横梁安装时，采用测量仪器校核其水平度，须达到《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205中的要求。7.7本工艺焊接时采用的焊丝和焊剂应与母材相匹配。7.8塔吊爬升完成后，进行塔吊垂直度的检测和复核。7.9塔吊司机、指挥人员、丝索人员必须持有有关部门核发的操作证持证上岗，附着顶升作业要有专人指挥，电源液压系统须专人操作。7.10塔吊使用过程中，应定期检查关注附着系统构件是否有过大变形，焊缝是否存在细小裂缝等现象，如有问题应立即解决。8安全措施8.1塔吊爬升作业之前，组织学习有关塔吊爬升技术方案，对班组作业人员进行技术方案交底。8.2作业人员必须经过培训考核合格，起重工和电工要持证上岗；进入施工现场必须戴安全帽，高空作业时要系好安全带，穿防滑鞋。8.3在埋件埋设部位搭设安全操作平台，保证牛腿焊接过程中人员的安全。8.4作业人员岗位明确，作业职责清楚，自觉遵守安全操作规程及安全技术措施规定。8.5油泵、顶升横梁应有专人操作，职责明确。并相互监督、协调，安装、拆除销轴时，铁锤与扳手要握牢，防止销轴、榔头、扳手等物件高空坠落，使用铁锤应由熟练的人承担。8.6当操作完成一个步骤后，必须相互通气，并互检查后，都已完成好，方可进行下一步作业。188.7每天做风速、风向预报和记录，风力大于5.5～7.9m/s时，禁止安装和顶升作业。8.8严禁酒后作业。8.9外挂架安装过程中，每一次吊装都必须检查吊钩吊索是否可靠。8.10使用的工具，卸卡及零件必须放稳妥，严禁抛扔。9环保措施根据国家环保法规的有关规定，应采取以下环保措施：9.1所有的钢构件须规划出固定的堆放场地，对拆卸下来的构件进行集中堆放，统一管理；9.2现场焊接过程中，在焊接部位采用帆布搭设防风棚，降低焊接过程中的光污染对周围环境的影响；9.3在塔吊爬升作业中，应尽量避免使用大锤敲击构件以降低噪音污染；9.4牛腿焊接时，尽量避免焊渣等飞溅物从高空落下，避免引起火灾事故;9.5对废电器、废机油、废油手套、废配件等固体废物，应回收利用，不具备回收利用条件的，不得随意弃置和倾倒，交专门部门回收。10效益分析经济社会效益：内爬外挂塔吊施工工艺重点向超高层建筑施工领域进行推广，现代超高层建筑发展迅速，对工程的质量、安全、成本、进度要求更高，本工法适应超高层建筑施工各个方面的要求，在应用过程中实现了成本的降低、进度的加快、安全的保障、质量的保证，能够为社会所广泛接受。19表10-1经济效益对比分析表序号比较因素内爬外挂塔吊工艺固定基础式塔吊传统内爬塔吊1成本一次性投入外挂架制作及安装费用130.8万元。每增加一节标准节租赁费用增加2.5～3万元，每设置一道附着增加费用0.8万元，其成本综合为188.8万元。一次性投入内爬支撑架体系140万元。2工效附着于核心筒外壁，塔吊起重性能充分发挥。根据塔吊布置位置不同而定，越靠近外框越能发挥塔吊的起重性能。布置于核心筒内，塔吊起重性不能能充分发挥，若核心筒内空间狭小便不能布置塔吊。3爬升效率塔吊爬升只需2小时即可完成，不耽误主体结构施工任务。顶升加节一次需要1～2个工作日，加节较慢，影响主体施工进度。塔吊爬升只需2小时即可完成，不耽误主体结构施工任务。4进度不用穿过结构楼板，施工方便，保证主体结构施工最快4天/层，正常情况下5天/层。需要穿过结构楼板，给后续施工带来不便，能保证主体的单层施工速度，但耽误整体施工工期。电梯井内无法布置塔吊时，