关于上楼面大型行走式塔式起重机在钢结构施工中的应用研究

  作者：张毅                        

1  工程概况

    某大剧院工程主要由音乐厅、戏剧厅、歌剧厅、综艺厅和公共大厅5个部分组成。5个场馆均位于大面积混凝土结构楼层上，总建筑面积约27万m2，建筑高度47. 3m。其中，音乐厅、戏剧厅、歌剧厅和综艺厅4个单体的外罩钢结构由斜柱、摇摆柱、中环梁、顶环梁以及内凹顶盖的钢拉梁与环梁等主要部分组成。如图1，2所示。

    由于场馆钢结构构件超大超重，采用常规的大型起重机在混凝土结构外侧进行吊装无法完全覆盖吊装范围。为此，所采用的吊装机械必须同时满足起重吊装能力、可布置在混凝土结构楼面和可移动用于构件的驳运3个基本要求。为此，经合理构件质量划分及轨道布置，本工程采用4台1 400t-m行走式塔式起重机在首层楼面进行构件吊装。

2  1400t.m行走式塔式起重机施工设计

2.1  行走式塔式起重机布置

    A，B塔式起重机和C，D塔式起重机的相互关系如图4所示。

    以B塔式起重机的轨道梁为例（见图5），混凝土结构施工时，在混凝土柱顶预埋设埋件，所有轨道梁设置于混凝土柱柱顶，为避免与⑩~⑩轴混凝土柱柱顶钢筋干涉，在柱顶以上500mm浇筑混凝土柱墩作为轨道梁的支承，其余部位采用设置钢短柱( HW400×400)的形式将轨道梁调平。

2.2轨道梁设计

    轨道梁将塔式起重机的轮压荷载通过转换传递给混凝土结构，是确保塔式起重机使用安全的重要部件。本工程采用的1400t．m行走式塔式起重机轮压及相关参数如表1所示。

    以B塔式起重机的轨道梁为例。B塔式起重机非工作状态下的单角最大轮压1720kN，分配给4个轮子，每个轮子最大轮压为1720/4=430kN（活荷载），考虑动力系数后的轮压活荷载为P=1.1×1.4×430=662. 2kN，轨道梁按简支梁计算，其最不利工况位置主要为轮压处于梁跨中位置。

    由计算结果可知，轨道梁最大弯矩4 717.1kN . m。轨道梁截面选择箱形截面口878×520×22×40，材质均为Q345B，由于上翼缘局部受压，其板厚加大，同时在其下侧设置纵向加劲板以增强面板的刚度。截面特性如下：A=75 760mm2，Ix=9. 018×109mm4，Iy=1.7×109 mm4，W x=2. 031×107 mm3。轨道梁的抗弯强度和挠度计算如下：= M/ y x WX=222.4MPa,f =F k l3/48El=14.1mm。

    轨道梁最大受弯应力为222. 4MPa，与有限元分析结果249. 5M Pa基本一致，均小于材料强度设计值265MPa，满足受力要求。

    轨道梁的连接处理如图6所示，轨道梁在柱头位置与柱上埋件通过钢底板调平卡板固定。轨道与轨道梁通过压板固定，压板间距500mm。为控制轨道梁的侧向稳定，根据《塔式起重机安全规程》，在轨道梁两侧每隔6m左右设置侧向斜撑，斜撑与预先埋设在混凝土楼层上的埋件焊接固定。由于轨道梁的对接采用螺栓连接，不仅提高了轨道梁的安装精度，同时使得轨道梁长期可重复利用。

2.3  行走式塔式起重机对下部结构的影响分析

    以B塔式起重机为例。除和轴线在混凝土柱上设置钢短柱以外，其余部位轨道梁均搁置于混凝土柱上，塔式起重机轮压荷载通过轨道梁传递给混凝土柱，以下将对混凝土柱和钢短柱( HW400×400)承载力进行验算。以轮压同时作用在混凝土柱顶和钢短柱柱顶为最不利工况验算。荷载组合：1.2D+(1.4×1.1)L；1.35D+0.7×(1.4×1.1)1；标准组合：1. 0D+1.01。其中D为结构自重荷载，包括楼层质量；L为轮压荷载。

    经验算，混凝土柱最大轴压比为0. 21，钢短柱最大应力比0. 60，均满足要求。

3  塔式起重机安装

    塔式起重机的安装流程如下：安装行走机构->安装塔身标准节->安装爬升套框->安装引进梁、回转、中心塔->安装平衡臂、吊臂、配重块、司机室->安装其他附件->试车->顶升->调试->验收使用。根据塔式起重机各部件的质量，采用160t汽车式起重机进行塔式起重机及部分轨道梁的安装，利用安装好的塔式起重机再对剩余轨道梁逐步安装。

    轨道在铺设前应用水平仪对轨道下方的轨道梁高度进行水平测量，纵横方向上的倾斜度

≤1/1 000；轨距误差不大于公称值的1/1 000，其绝对值≤6mm；钢轨接头间隙≤4mm，与每一侧钢轨接头错开距离≥1.5 mm，接头处两轨顶高度差≤2mm；轨道两端安装限位接触板及缓冲止挡板。

4  结语

某大剧院工程受现场施工条件的限制，采用4台1   400t.m大型行走式塔式起重机上首层楼面进行吊装施工，解决了大面积混凝土楼面无法采用大型吊装机械的难题。通过合理的设计计算，在混凝土柱顶设置钢短柱的形式将起重机荷载传递给混凝土柱，确保了结构的安全性，同时对轨道梁及轨道梁的连接做了详细的设计与计算。

5[摘要]某大剧院主要由5个场馆组成，5个场馆均位于大面积混凝土结构楼层上，在混凝土结构外侧使用大型起重机无法完全覆盖吊装范围，利用混凝土结构楼层的受力特点，在首层混凝土结构楼面上布置4台1 400t -m大型行走式塔式起重机以满足所有构件的吊装要求。通过合理的设计计算分析，在混凝土柱顶设置钢短柱、在柱距较大位置设置临时钢柱，在上部铺设轨道梁，将塔式起重机荷载传递到混凝土柱和临时钢柱上。该施工技术具有经济适用、安全可靠的优点。