内爬式塔式起重机在超高层建筑施工中的应用研究
日期：2017-4-20 9:17:09 点击：
超高层建筑在施工过程中，起重机的选择和应用是非常关键的，通常一般外附式起重机由于高度的限制很难满足超高层建筑的施工需求，随着高度的增加，起重机的标准节就会越多，受到的风荷载也会比较大，这种情况下在超高层建筑施工中应用内爬式塔式起重机，不会受到建筑高度的限制，同时一次性投入也比较少，还可以随着施工楼层高度的上升而爬升，不需要增加标准节，受到的风荷载也比较小。
1· 应用背景
1． 1 工程概况
某超高层项目的总高度为269. 7m，总建筑面积为17. 2 万m2 ，地上57 层，地下3 层，整体建筑结构形式为框架+ 立面支撑+ 筒结构。从建筑整体结构来看，9层以下部分共有16 根外框钢管柱，29 层以下部分共有16 根外框钢管柱，29 以上共有17 根外框钢立柱和18 根核心筒十字型钢柱，115 根单层钢梁。44 层设置了伸臂桁架结构，单节构件的重量为21. 8t。该超高层建筑项目中需要用到2 台动臂式塔式起重机，其中1 台为外附着，其半径为30m，臂长为50m，起吊重量为23. 12t，另外一台为内爬升，其半径为36m，臂长为48m，吊重为22. 85t，这两台起重机的覆盖范围可以使工程项目需求得到满足。
1． 2 技术特点
本工程中主要用到了支撑钢梁、花纹钢板、及钢管架操作平台等多个组成部分，施工技术具有操作简单、安全性较高等一系列优点，该项技术在超高层建筑工程中的应用，有效克服了封闭电梯井道操作平台中存在的诸多困难，不仅有利于节约资源，同时也节省了工时、费用，具有提升作业生产效率等效果，在本工程中的应用带来了巨大的经济效益和社会效益。
1． 3 主要技术说明
混凝土结构梁是内爬式塔式起重机的主要承载构件，原来电梯井道中预埋牛腿的复杂工序均得到了省略。通常情况下需要将内爬式塔式起重机安装在楼板中，将楼板设计成不需要安装牛腿、后期处理、剪力墙上开洞等形式，因此不会对结构造成损伤，直接将支撑钢梁安装在混凝土梁预埋件上，与预埋钢板一同进行焊接固定; 在混凝土梁预埋钢板上钻孔，然后将钢筋焊接在孔钻好的孔中，将钢筋插入到梁钢筋内，通过相应的调节得到预期水平以后将其固定在梁上，钢板应露出混凝土梁大约2cm，这样钢板就可以为混凝土梁和钢梁提供传力支座。内爬式塔式起重机需要3 套基础支撑钢梁，在工作过程中需要2 套支撑钢梁，顶升过程中，需要安装第3 套支撑钢梁，顶升过程完成以后，应拆卸起重机底部的基础支撑钢梁，以实现循环利用。
2· 施工重难点分析
2． 1 支撑钢梁安放条件得不到满足
该超高层建筑工程中使用了内爬式塔式起重机，利用基础筏板作为基础，第一次爬升在核心筒施工到4 层完成，这时利用支撑钢梁进行固定，利用外附着动臂式塔式起重机完成安装内爬式塔式起重机的过程。核心筒为“田”字形结果，核心筒剪力墙内外墙各有1 个洞口，两个支撑钢梁，内墙洞口下部墙体采用砌体填充墙，内爬式塔式起重机为以上过程提供了支撑点，但是支撑点的受力要求无法得到满足。
2． 2 起重机独立高度较低
在本工程中核心筒施工进度为关键所在，为了保证核心筒进度可以满足要求，本工程应用内爬式塔式起重机时采用内外全爬的施工工艺，爬模的高度是16m，内爬式塔式起重机的高度为48m，去掉爬模高度16m 和锚固距离18m 以外，尚且可以利用的高度大概有14m，这样一来就增加了起重机爬升的次数，这种情况下必然会制约核心筒的施工进度。
2． 3 核心筒内空间狭小
起重机安装筒的净尺寸是9. 4 × 9. 4m，可利用空间为4. 2 × 4. 2m( 内筒爬模宽度2. 6m) ，在施工过程中，应用的两根支撑钢梁其长度均为10. 6m，因为可以被利用的空间非常狭小，所以在倒运钢筋存在很大难度。
2． 4 爬模、钢结构形成了制约作用
施工过程中爬模高度与起重机爬升形成制约，由于起重机爬升组织不力，在施工中可能会存在停工的危险，进而带来巨大的损失，如果不能将爬升距离精确计算出来，起重机爬升的次数将会大大增加，进而延误工期。
3· 主要应对策略
3． 1 对核心筒墙体设计进行修改
原来设计中剪力墙上没有洞口，同时砌体结构也存在问题，与设计院沟通以后，提出了这样的建议: 将钢梁下部后砌墙体改成混凝土结构，并在支撑钢梁另一端新开洞口，经过计算以后设计院给出了新开洞口补强、荷载验算的措施，经过修改设计，两道支撑钢梁的安装成功完成。
3． 2 提升起重机独立高度
起重机独立高度是降低其效率的主要原因之一，施工到2、3 层时起重机不得不爬升，因此大大延误了工期。面对这种情况，适当增加独立高度可以有效解决这一问题，提出这一要求，经过反复计算以后，增加标准节强度，将起重机独立高度提升了6m，从原来的48m 提升到了54m。按照标准层4. 2m 进行计算，每爬升1 次可以多施工1 个楼层，该方案得到实施以后，爬升次数大大减少。
3． 3 对爬模设计进行改动
爬模架体与起重机框是紧密贴合在一起的，在倒运南侧支撑钢梁的过程中，起重机吊钩要想进入到操作面上存在一定难度，与此同时，当爬模架体安装操作完成以后，支撑钢梁吊入核心筒中也存在一定难度。因此，为了起重机钢梁正常倒运的实现，本工程针对爬模设计进行了适当改动，将北侧、南侧爬模机位之间的距离从原来的1. 9m 改成1. 6m，在南侧爬模中间开设一个洞口( 1 × 2m) 。该方案实施以后，起重机框和爬模之间距离的安全性得到了保证，从新开洞口直接进入到操作面，将钢梁倒运的工作完成。
3． 4 利用CAD对工况进行全程模拟
在施工过程中，利用型钢柱分段、爬模高度、起重机爬升可以形成相互制约的效果，这种情况下如果爬升工况出现错误，必然会造成工程停工，经过和爬模、钢结构及起重机等单位商讨以后，通过CAD 对1 套工况图进行绘制。通过CAD 对工况进行全程模拟，为施工正常运行提供保证。
4· 经济效益分析
内爬式塔式起重机减少了标准节配置及附墙件的资金投入，同吨位塔式起重机租赁的费用也得到了相应降低，如果按照相同吨位进行计算，外附着式塔式起重机租赁需要的费用为28 元，而内爬式塔式起重机租赁需要20 万元的费用，按照租期为20 个月来计算，可以节省160 万元的费用( ( 28 － 20) × 20) 。核心筒设计修改完成以后，将原来的砌墙改成了剪力墙，混凝土梁加固顶撑费用得到了节省，减少了牛腿安装的费用。如果按照每道混凝土梁5000 元、加固14 道计算，总计为70000 元，需要安装28 个牛腿，那么就是84000 元。增加了独立高度同时减少了爬升的次数，劳动力节省了70 个工日，如果按照每个工日200 元进行计算，共计14000 元。从整体上来看，内爬式塔式起重机在本工程中的应用，共节省了176. 8 万元费用，带来了巨大的经济效益。
5· 结束语
总而言之，将内爬式塔式起重机应用于超高层建筑工程中，并对其施工技术进行优化，有效克服了工期紧张、场地狭小等难题，该起重机不仅施工范围大，同时爬升速度也较快，有效吊重能力非常强，节省了场地和设备购置费用，经济效益非常显著。
1· 应用背景
1． 1 工程概况
某超高层项目的总高度为269. 7m，总建筑面积为17. 2 万m2 ，地上57 层，地下3 层，整体建筑结构形式为框架+ 立面支撑+ 筒结构。从建筑整体结构来看，9层以下部分共有16 根外框钢管柱，29 层以下部分共有16 根外框钢管柱，29 以上共有17 根外框钢立柱和18 根核心筒十字型钢柱，115 根单层钢梁。44 层设置了伸臂桁架结构，单节构件的重量为21. 8t。该超高层建筑项目中需要用到2 台动臂式塔式起重机，其中1 台为外附着，其半径为30m，臂长为50m，起吊重量为23. 12t，另外一台为内爬升，其半径为36m，臂长为48m，吊重为22. 85t，这两台起重机的覆盖范围可以使工程项目需求得到满足。
1． 2 技术特点
本工程中主要用到了支撑钢梁、花纹钢板、及钢管架操作平台等多个组成部分，施工技术具有操作简单、安全性较高等一系列优点，该项技术在超高层建筑工程中的应用，有效克服了封闭电梯井道操作平台中存在的诸多困难，不仅有利于节约资源，同时也节省了工时、费用，具有提升作业生产效率等效果，在本工程中的应用带来了巨大的经济效益和社会效益。
1． 3 主要技术说明
混凝土结构梁是内爬式塔式起重机的主要承载构件，原来电梯井道中预埋牛腿的复杂工序均得到了省略。通常情况下需要将内爬式塔式起重机安装在楼板中，将楼板设计成不需要安装牛腿、后期处理、剪力墙上开洞等形式，因此不会对结构造成损伤，直接将支撑钢梁安装在混凝土梁预埋件上，与预埋钢板一同进行焊接固定; 在混凝土梁预埋钢板上钻孔，然后将钢筋焊接在孔钻好的孔中，将钢筋插入到梁钢筋内，通过相应的调节得到预期水平以后将其固定在梁上，钢板应露出混凝土梁大约2cm，这样钢板就可以为混凝土梁和钢梁提供传力支座。内爬式塔式起重机需要3 套基础支撑钢梁，在工作过程中需要2 套支撑钢梁，顶升过程中，需要安装第3 套支撑钢梁，顶升过程完成以后，应拆卸起重机底部的基础支撑钢梁，以实现循环利用。
2· 施工重难点分析
2． 1 支撑钢梁安放条件得不到满足
该超高层建筑工程中使用了内爬式塔式起重机，利用基础筏板作为基础，第一次爬升在核心筒施工到4 层完成，这时利用支撑钢梁进行固定，利用外附着动臂式塔式起重机完成安装内爬式塔式起重机的过程。核心筒为“田”字形结果，核心筒剪力墙内外墙各有1 个洞口，两个支撑钢梁，内墙洞口下部墙体采用砌体填充墙，内爬式塔式起重机为以上过程提供了支撑点，但是支撑点的受力要求无法得到满足。
2． 2 起重机独立高度较低
在本工程中核心筒施工进度为关键所在，为了保证核心筒进度可以满足要求，本工程应用内爬式塔式起重机时采用内外全爬的施工工艺，爬模的高度是16m，内爬式塔式起重机的高度为48m，去掉爬模高度16m 和锚固距离18m 以外，尚且可以利用的高度大概有14m，这样一来就增加了起重机爬升的次数，这种情况下必然会制约核心筒的施工进度。
2． 3 核心筒内空间狭小
起重机安装筒的净尺寸是9. 4 × 9. 4m，可利用空间为4. 2 × 4. 2m( 内筒爬模宽度2. 6m) ，在施工过程中，应用的两根支撑钢梁其长度均为10. 6m，因为可以被利用的空间非常狭小，所以在倒运钢筋存在很大难度。
2． 4 爬模、钢结构形成了制约作用
施工过程中爬模高度与起重机爬升形成制约，由于起重机爬升组织不力，在施工中可能会存在停工的危险，进而带来巨大的损失，如果不能将爬升距离精确计算出来，起重机爬升的次数将会大大增加，进而延误工期。
3· 主要应对策略
3． 1 对核心筒墙体设计进行修改
原来设计中剪力墙上没有洞口，同时砌体结构也存在问题，与设计院沟通以后，提出了这样的建议: 将钢梁下部后砌墙体改成混凝土结构，并在支撑钢梁另一端新开洞口，经过计算以后设计院给出了新开洞口补强、荷载验算的措施，经过修改设计，两道支撑钢梁的安装成功完成。
3． 2 提升起重机独立高度
起重机独立高度是降低其效率的主要原因之一，施工到2、3 层时起重机不得不爬升，因此大大延误了工期。面对这种情况，适当增加独立高度可以有效解决这一问题，提出这一要求，经过反复计算以后，增加标准节强度，将起重机独立高度提升了6m，从原来的48m 提升到了54m。按照标准层4. 2m 进行计算，每爬升1 次可以多施工1 个楼层，该方案得到实施以后，爬升次数大大减少。
3． 3 对爬模设计进行改动
爬模架体与起重机框是紧密贴合在一起的，在倒运南侧支撑钢梁的过程中，起重机吊钩要想进入到操作面上存在一定难度，与此同时，当爬模架体安装操作完成以后，支撑钢梁吊入核心筒中也存在一定难度。因此，为了起重机钢梁正常倒运的实现，本工程针对爬模设计进行了适当改动，将北侧、南侧爬模机位之间的距离从原来的1. 9m 改成1. 6m，在南侧爬模中间开设一个洞口( 1 × 2m) 。该方案实施以后，起重机框和爬模之间距离的安全性得到了保证，从新开洞口直接进入到操作面，将钢梁倒运的工作完成。
3． 4 利用CAD对工况进行全程模拟
在施工过程中，利用型钢柱分段、爬模高度、起重机爬升可以形成相互制约的效果，这种情况下如果爬升工况出现错误，必然会造成工程停工，经过和爬模、钢结构及起重机等单位商讨以后，通过CAD 对1 套工况图进行绘制。通过CAD 对工况进行全程模拟，为施工正常运行提供保证。
4· 经济效益分析
内爬式塔式起重机减少了标准节配置及附墙件的资金投入，同吨位塔式起重机租赁的费用也得到了相应降低，如果按照相同吨位进行计算，外附着式塔式起重机租赁需要的费用为28 元，而内爬式塔式起重机租赁需要20 万元的费用，按照租期为20 个月来计算，可以节省160 万元的费用( ( 28 － 20) × 20) 。核心筒设计修改完成以后，将原来的砌墙改成了剪力墙，混凝土梁加固顶撑费用得到了节省，减少了牛腿安装的费用。如果按照每道混凝土梁5000 元、加固14 道计算，总计为70000 元，需要安装28 个牛腿，那么就是84000 元。增加了独立高度同时减少了爬升的次数，劳动力节省了70 个工日，如果按照每个工日200 元进行计算，共计14000 元。从整体上来看，内爬式塔式起重机在本工程中的应用，共节省了176. 8 万元费用，带来了巨大的经济效益。
5· 结束语
总而言之，将内爬式塔式起重机应用于超高层建筑工程中，并对其施工技术进行优化，有效克服了工期紧张、场地狭小等难题，该起重机不仅施工范围大，同时爬升速度也较快，有效吊重能力非常强，节省了场地和设备购置费用，经济效益非常显著。
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