季建國 王寶建 孫謹

【摘要】本文介紹了在建筑物結構條件和地形條件的限制下，在超常規(guī)的情況下，利用在建筑物上附加鋼結構格構件，作為塔吊附墻桿件的支座，進行高層建筑塔吊附墻施工的實例。

【關鍵詞】超長桿件；格構架；承載力；穩(wěn)定性；撐桿；鉸接；強度；剛度；焊縫；綴板

中圖分類號：TU323文獻標識碼： A 文章編號：

1工程概況

深圳市某工程，建筑面積10.24萬平方米，32層，其中地下室1層，4層裙房，6層為結構轉換層，其上為5棟住宅樓，總高104米。本工程設有3臺塔吊，其中的2# 塔吊為沈陽建筑機械廠生產(chǎn)的K4021塔吊，由于結構條件和地形條件的限制，只能布置在18軸以西100mm、M軸以北9200mm的位置，該塔吊的直接附墻時桿件長度達20.3米，已超出常規(guī)附墻桿件的長度范圍；決定在主體結構上設計附加鋼結構格構架，作為塔吊附墻桿件的支座。本文針對這方面的計算依據(jù)和施工措施作相應的介紹。K4021塔吊的主要技術參數(shù)見下表：

K4021塔吊主要技術參數(shù)

注:最大起重力矩為1600KN.M，最大幅度71.9M 時起重量為2.1t，最小幅2.5M時起

重為16t，最大轉動扭矩為295t.m。

2 方案布置

2.1 方案選擇

按照初期設想，塔吊附墻有三種設計方案，如（圖一）示。方案二中的右側附墻桿件長度達到20.3m，使得在設計中使用的桿件過長、過重，長細比難以保證，并且在制作、吊運、拆卸時比較困難，同時也不符合塔吊附墻桿的角度要求（300~600之間），所以方案二予以排除；由于在20~23/H軸之間布置有高層人貨電梯，（該人貨電梯只宜布置在兩棟塔樓的中間位置，這樣既能保證貨梯附墻的安全，又極大地方便了工程的施工），使得附墻桿件無法拉通，故方案三予以排除；方案一選擇在主體結構上附加設計鋼結構格構架，作為塔吊附墻桿的支座，這樣既滿足了普通塔吊附墻桿件的設計要求，又能較方便地施工塔吊附墻桿件和格構架。綜合各方面的因素，對初期設想的三種設計方案進行比較，決定采用方案一來進行塔吊附墻的設計。

具體布置：16軸與M軸向南900的交接處設附墻桿的預埋件，在H—M/20軸與18—20/M軸處設鋼結構格構件作為附墻桿的支座，同時在B點上設反拉鋼絲繩、在F點下設三角架支撐，以及在格構件FB與BE之間加設連接件MH作為安全構造保證措施，見（圖一）及（圖七）。該塔吊共布置四道附墻，分別在6、13、20、27層。

2.2內(nèi)力計算

本附墻支架的內(nèi)力計算分為二部分，一是附墻桿件的內(nèi)力計算，二是附墻桿件支座鋼結構格構件的內(nèi)力計算。通過力法方程，在考慮風荷載的作用下，經(jīng)計算附墻桿對支架支座的最大反力為：±452.86KN，即計算簡圖中的BD桿的軸向受力（計算過程忽略）。

BD附墻桿的受力見（圖二）：圖中NBD=+452.86kN

BD桿在其自重和風荷載組合最不利情況下的垂直荷載為NZ：

p（自重）=9.63 kN p（風）=2*q*L=0.4556kN（q為深圳市風載系數(shù)）

P風1=455.6*6.7/10.59=2.88KN P風2=455.6*8.2/10.59=3.53KN

說明：上圖中的計算簡圖一為塔吊附墻支座處的最大反力計算簡圖，其中，M2為塔吊的最大扭矩，N2為支座處最大反力；計算簡圖二為附墻格構架內(nèi)力分析計算簡圖；計算簡圖三為構造加強措施BG桿的受力分析，詳見第3.2條。

對支座B：NBD=N軸力=452.86KN NZ1=P/2=4.82KN

所以由計算簡圖二可知： NBF1=±290.1kN NBE1=±350.75KN

Nz=7.75+(PBE自重+ PBF自重+PBG自重 )/2=13.68 KN

由計算簡圖三可知,

NBF2=13.68*7.5/5.6=18.31 KNNBE2 =0 KN

對鋼結構格構架,按最不利荷載組合：

NBF = NBF2+ NBF1=±309.41KN NBE = NBE2+ NBE1 =±350.75KN

BF桿兩端鉸接,計算長度為L0=7500mm, 其受力簡圖同上：

BE桿兩端同樣按鉸接, 計算長度L0=8500mm,格構件的截面形式見（圖四）：

由于BE桿內(nèi)力最大，以BE桿作為設計計算桿進行驗算：

支架桿規(guī)格： [25b，材質：Q235B

S=2*39.91=79.82CM2WX=2*282=564CM3 iX=9.41CM

λX=L/ix=90.23φX=0.62 λ0Y=（λ2Y+λ21）1/2

IY=2*(196+39.92*15.672)=19991.71CM4 iy=(IY/A)1/2=15.82CM

λY=L0Y/ iy=850/15.82=53.72

格構件截面示意圖 （圖四）

λ1=L01/i1=55/2.22=24.7<0.5λY=26.86，且不大于40的分肢穩(wěn)定性要求。

λ0Y=(24.72+53.722)1/2=59.1<[λ]=150 L0=850CM

查表可得 φBE=0.813

其中：

S：雙肢格構件的面積WX：X軸方向的截面抵抗矩

iX：X軸方向的回轉半徑λX：X軸方向的長細比

φX：X軸方向的穩(wěn)定系數(shù) λ0Y：Y軸方向的換算長細比

IY： 格構件在Y軸方向的慣性矩 iy： Y方向的回轉半徑

λY：Y方向的長細比 λ1：分肢對最小剛度1-1軸線的長細比

L0Y：格構件在Y方向的計算長度 L01：相鄰綴板間的凈尺寸

i1： 分肢對1-1軸線的回轉半徑，可查表。

2.2.1軸力產(chǎn)生的應力：

σ1=NBE/(ФBE*S)= 540.50kg/cm2 σ1ˊ= NBE/(ФX*S)= 708.75kg/cm2

2.2.2 自重產(chǎn)生的應力和兩槽鋼在豎直方向上的中心線高為：

M=qL2/8=PL/8=92862Kg.cmH2=31.34CM N2=M/H2=2963Kg

λ2=75/2.22=33.78（75cm為綴板的中心距離）

Ф2=0.925 σ2=N2/(Ф2S2)=80.26Kg/CM2

2.2.3 風力產(chǎn)生的應力： N風=348Kg

M風=PL/8=36975Kg.CM σ3=M/WX=65.6Kg/cm2

2.2.4 支架桿所受的應力： σ=σ1+σ2+σ3=854.61kg/cm2

2.3 內(nèi)力復核

2.3.1應力復核

[σ]/ σ=2150/1.34=1604.5>854.61 ， 1.34為安全系數(shù) 即σ<[σ],支架安全。

2.3.2架桿豎向撓度

f=5qL4/(384EIY)=5PL3/(384EIY) =0.167cm

[f]=L/700=850/700=1.214cm>f=0.167cm滿足撓度要求。

2.3.3對綴板的驗算

綴板間的凈距為L01=λ1 * i1=24.7*2.22=55CM

預估綴板的寬度bj≥2b1/3=20.89cm,取20cm.

綴板的厚度 tj≥b1/40=31.34/40=0.78cm,取1cm 則綴板軸線間距L1=L01+bj=55+20=75cm

綴板線剛度與分肢線剛度之比值為:< 2(Ib/b1)> /(I1/L1) =16.27>6(滿足要求)

2.3.4綴板的連接焊縫

采用角焊縫，三面圍焊，計算時偏安全地僅考慮豎直焊縫，但不扣除考慮缺陷的10mm

取ht=8mm,內(nèi)力計算從略。

2.3.5塔吊附墻桿與格構架支座的連接板的焊縫驗算

格構架支座的連接板采用二個20厚的鋼板與格構架焊接，連接板中間開孔Φ60±3mm，其中面層的連接板與該處的綴板合二為一，用螺栓與附墻桿連接，連接見格構件端部構造大樣圖。計算從略。

連接板與格構架之間的焊縫采角焊縫,其搭接長度為400mm，二面圍焊，但不扣除考慮缺陷的20 mm，取ht=10mm,驗算從略。

2.3.6上述連接板與塔吊附墻桿之間的連接

①、 連接板與塔吊附墻桿之間用鉸接，有利于塔吊的卸載，螺栓采用Φ60高強螺栓(8.8級承壓型)，由計算可知，由風力與自重產(chǎn)生的彎矩對連接點強度影響可忽略不計。

②、 格構件BF與格構件BE之間的連接用8M30*120，具體連接方式見（圖五）。

格構件端部構造大樣圖 （圖五）

3附墻支架的構造措施

為了確保附墻壁支架在各種復雜情況下都能正常工作，除嚴格按上述設計的鋼結構格構架制作、安裝外，還增加以下構造措施，以有利于荷載的傳遞，增加格構架的穩(wěn)定，以確保安全。所有構造措施作為安全儲備，不納入荷載的計算。構造措施如下圖所示：

3.1 在兩格構件的中點M與H點之間，增加連接件MH，以加強格構架的整體穩(wěn)定，MH

為20號工字鋼，兩端與格構架進行焊接，焊縫高度為8，焊縫長度＞200。在格構架BF與BE的交接處，兩側均增加三角形連接耳板，以加強兩格構件之間的剛度，耳板采用20厚鋼板，耳板的兩邊與格構架進行焊接，長度300，焊縫高度10。在耳板與格構件的連接點K、P點部位，對格構架內(nèi)部增設腹肋板，以加強格構架的抗扭剛度。詳見（圖六）、（圖七）：

3.2為保證附墻桿的水平傳力及格構架在水平方向的穩(wěn)定，在格構架的下方5600處設撐桿BG，BG選用2根槽鋼[25b，中間加設綴板，組焊成小格構架。

腹肋板詳圖（圖六）

3.3格構件BF與撐桿BG之間，加設連接桿FL，以加強撐桿的整體穩(wěn)定性，連接桿采用

用20號工字鋼，兩端與格構架BF和撐桿BG進行焊接，焊接要求同上。見（圖七）：

3.4 在附墻桿與鋼結構支座的連接處的格構件的二個槽鋼中間加設縱向加強鋼板，以加強連接點處的整體鋼度；在端部連接中，由于左側鋼板與格構架的綴板不在同一平面上，為保證其剛度及傳力效果，增設4塊加強肋板，具體連接方式見（圖八）。

3.5附墻桿受力為拉撐兩種作用，砼對受拉比較敏感，同時由于結構條件限制了埋件的大小、形狀，故預埋件的設計尤其重要。本工程六層以上外圍結構均為剪力墻結構，墻厚15層以下為250，15層以上為200，不能保證所有的預埋件的元鋼均錨入到砼中，這樣就不能保證預埋件不被拔出，現(xiàn)對16軸處A點的預埋件處理如下：此處結構上為豎向剪力墻與水平樓層的交點，在埋置預埋件時，只能保證縱橫兩個中軸上的7根元鋼能完全錨入到砼中，而四角各有預埋件的二根元鋼因砼墻厚只有200而達不到錨固要求，現(xiàn)取消這8根元鋼，而在砼墻的兩側用8根Φ60高強螺栓連接，螺栓的抗拉應力等于元鋼充分所產(chǎn)生的拉應力，在剪力墻預埋件的背面，緊固螺栓時要采用鋼墊板。詳見（圖九）：

附墻桿件端部連接示意圖 （圖八）

3.6 塔吊附墻格構架支點處預埋件在標準層埋設時的處理措施；

3.6.1 為加強格構架在M/18軸位置處的預埋件的受力效果，決定對該部位的窗戶洞口在M軸方向上澆筑砼進行封閉。標號同墻體部位，配筋除與墻體具有相同的配筋外，增配鋼筋

φ20@100雙層雙向進行加強，對洞口部位與墻體連接處采用鋼絲網(wǎng)進行間隔，以便在塔吊拆除后對窗戶洞口進行恢復。

3.6.2 為加強格構架在H/20軸處的預埋件的埋設效果，決定對該部位在梁范圍以外的外伸墻體進行后澆，預留插筋，以保證預埋件的受力。詳見（圖十）：

4塔吊附墻桿件與格構架制作、安裝、拆卸施工注意事項

4.1塔吊附墻桿與格構架的施工必須待方案審批后才能進行。

4.2必須按設計要求施工，構件尺寸必須精確。

4.3必須確保焊縫的高度、長度和焊縫質量，每條焊縫必須認真檢查，尤其是結構焊縫。施焊人員必須持有特殊工種操作證，并設立專人負責檢查驗收。

4.4格構架附墻處的標高要與樓面層標高基本持平，以增加塔吊附墻桿支座處的水平剛度，同時也方便預埋件的設置和施工。

預埋件在標準層處的節(jié)點圖（圖十）

4.5構造措施按構造說明施工，必須確保預埋件的埋設符合設計要求，保證預埋件的制作尺寸、錨固長度、焊縫長度與高度達到要求，保證該處砼的密實度和整體性能，砼中的構造鋼筋按設計要求施工。對于連接耳板、加強連接件MH、FL及鋼絲繩OB，必須認真施工與檢查，保證其質量，不能遺漏。

4.6將塔吊的70M大臂改制成50M大臂，重新設計塔吊的限載，將最大起重量降低，嚴格按操作規(guī)程使用塔吊，大風和暴雨天氣嚴禁操作。

4.7 塔吊附墻桿與鋼結構格構架施工時，要有技術交底和安全交底，并由相關負責人講解

操作要點，設立專職指揮，劃定施工區(qū)域，嚴禁閑人進入。施工完備后，要經(jīng)過項目部、工程處檢查驗收并報請公司驗收后，塔吊方可繼續(xù)使用。

4.8在格構架拆卸過程中，由于塔吊大臂受結構形狀限制，不能吊運附墻格構架，為了保證格構架拆卸能夠順利進行，對二十七層的格構架暫不進行拆卸，作為吊運下幾層格構架的支撐；待塔吊拆除后，在屋面上安裝吊桿，用卷揚機將未拆卸的鋼結構格構架在進行分割后，逐一拆除。

5結束語

5.1目前該塔吊已投入使用，該部位的施工層次到達了32層，四道附墻已施工完備，在上級主管部門的監(jiān)督和控制下，各方面運轉均正常。

5.2 從經(jīng)濟角度看，由廠家進行附墻設計、施工的總報價為35萬元，而按照本方案進行設計、施工的附墻總造價為9萬元，節(jié)約了近26萬元。但它的總造價還是超過了普通塔吊附墻造價的2.5倍。

5.3該塔吊附墻的施工難度較大，因此在條件許可下，還要謹慎使用。通過這次事例，可以為我們以后在工作中，遇到塔吊附墻在特殊情況下施工時，提供一些實踐經(jīng)驗。

作者簡介：

季建國（1971年出生），男，江蘇泰州市人，工程師，國家一級建造師、監(jiān)理工程師、安全工程師，現(xiàn)就職于江蘇華建建設股份有限公司，從事建筑施工技術管理；

王寶建（1969年出生）,江蘇泰州市人，高級工程師，國家一級建造師、監(jiān)理工程師，就職于江蘇省第一建筑安裝有限公司, 從事建筑施工技術管理、行政管理；

孫謹（1973年出生），男，江蘇泰州市人，高級工程師，國家一級建造師，現(xiàn)就職于江蘇華建建設股份有限公司，從事建筑施工技術管理、行政管理。

注：文章內(nèi)所有公式及圖表請用PDF形式查看。