連厚舫

上海寶冶集團(tuán)有限公司 上海 200941

引言

隨著社會(huì)的快速發(fā)展，城市化進(jìn)程日益加快，具有建筑工程體量超大、基坑超深、結(jié)構(gòu)超復(fù)雜、塔樓高度超高等特點(diǎn)的大型城市綜合體項(xiàng)目越來越多；塔吊機(jī)械設(shè)備具有起升高度大、覆蓋面廣等優(yōu)點(diǎn)，作為建筑工程施工材料水平運(yùn)輸、垂直運(yùn)輸?shù)闹匾ぞ?，多臺(tái)塔吊同時(shí)作業(yè)時(shí)既要滿足自身覆蓋范圍內(nèi)的施工運(yùn)輸要求，又要盡量減少對(duì)相鄰塔吊運(yùn)行過程中的影響；塔吊合理的選型和平面布設(shè)對(duì)項(xiàng)目各階段的整體規(guī)劃尤為重要。

1 工程概況

1.1 項(xiàng)目概況

本項(xiàng)目坐落于鄭州市鄭東新區(qū)繁華地段，北鄰商鼎路、南鄰蓮湖路、東到圃田路區(qū)域，項(xiàng)目共包含11棟單體，業(yè)態(tài)包括超高層辦公樓、高層辦公樓、多層辦公樓、商業(yè)、會(huì)議中心、地下車庫等。地下建筑面積197955.46m2，地上建筑面積426821.61m2，總建筑面積624777.07m2。

本工程鋼結(jié)構(gòu)部分主要分布在8#樓（146.15m）、9#樓（83.95m）、11#樓（146.15m）和10#樓（83.95m）中，塔樓采用型鋼混凝土框架-核心筒結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)主要分布在外框柱內(nèi)鋼骨、核心筒內(nèi)勁性柱和鋼板墻、高低樓之間懸挑連廊。鋼結(jié)構(gòu)連廊分別位于8#與9#、10#與11#之間，標(biāo)高從27.83m（七層）至73.13m（十七層），共分11個(gè)吊裝單元。鋼結(jié)構(gòu)分布區(qū)域：核心筒內(nèi)鋼板墻和勁性柱、外框架混凝土柱內(nèi)勁性柱、懸挑空中連廊。

1.2 項(xiàng)目場區(qū)環(huán)境

項(xiàng)目周邊均為鄭州市區(qū)主干道，項(xiàng)目基坑距東西南三個(gè)方向的主干道不足10m，基坑距北側(cè)主干道距離約20m；項(xiàng)目施工臨時(shí)道路只能設(shè)置在基坑北側(cè)，場區(qū)可利用的臨時(shí)布設(shè)面積異常狹小。塔樓施工是項(xiàng)目的關(guān)鍵線路，為確保塔樓區(qū)域工期目標(biāo)，項(xiàng)目策劃塔樓優(yōu)先施工，在車庫區(qū)域設(shè)置道路、鋼筋加工場等臨時(shí)設(shè)置服務(wù)塔樓施工；車庫區(qū)域待塔樓結(jié)構(gòu)施工至正負(fù)零后，車庫區(qū)域分區(qū)施工，完成鋼筋加工場等臨時(shí)設(shè)置地上地下的搬遷轉(zhuǎn)換，確保塔樓施工連續(xù)不受影響[1]。

圖2 項(xiàng)目現(xiàn)場規(guī)劃圖

2 塔吊策劃

2.1 塔吊選型原則

2.1.1 塔吊高度、起重量、覆蓋面積、升降效率、轉(zhuǎn)向速度、限位質(zhì)量、用電功率等各項(xiàng)參數(shù)均應(yīng)滿足現(xiàn)行設(shè)備規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)和現(xiàn)場施工需要。

2.1.2 根據(jù)項(xiàng)目進(jìn)度計(jì)劃和各樓棟的建筑面積，采用施工手冊計(jì)算各單體需要塔吊的數(shù)量確?，F(xiàn)場正常生產(chǎn)。

2.1.2.1 高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)層施工對(duì)塔吊的要求需要滿足每平方米的建筑面積起吊1.1～1.6次，通過單體單層建筑面積，可以計(jì)算出每層標(biāo)準(zhǔn)層結(jié)構(gòu)施工周期內(nèi)所需要的總吊次數(shù)N；

2.1.2.2 塔吊正常使用每班平均起吊能完成50～75次（現(xiàn)場實(shí)測每臺(tái)班約70吊），項(xiàng)目考慮塔吊加班作業(yè)（按1.5臺(tái)班計(jì)算），標(biāo)準(zhǔn)層計(jì)劃10天完成，可以估算項(xiàng)目正常生產(chǎn)時(shí)，每臺(tái)塔吊起吊的數(shù)量n，進(jìn)而可以計(jì)算各單體正常生產(chǎn)需要塔吊的數(shù)量。

結(jié)合項(xiàng)目的特點(diǎn)，每棟單體外圍護(hù)體系均采用外爬架系統(tǒng)，布置塔吊時(shí)需考慮外爬架系統(tǒng)的拆除，塔吊覆蓋外爬架區(qū)域的最遠(yuǎn)位置應(yīng)保證1.2t的起重量。

項(xiàng)目塔吊總體策劃前，需要對(duì)項(xiàng)目的整體布局和施工圖紙充分了解，同時(shí)在結(jié)構(gòu)平面圖中分別標(biāo)注出各單體各樓層需要使用塔吊吊裝的中大型構(gòu)件的具體位置；在項(xiàng)目總圖規(guī)劃圖中明確需要塔吊吊裝的大型構(gòu)件的卸車、堆放區(qū)域。

需要對(duì)鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行優(yōu)化、合理分段，既要確保工程的快速推進(jìn)又確保每根構(gòu)件重量均在塔吊的安全起吊范圍內(nèi)，選擇最經(jīng)濟(jì)塔吊型號(hào)。

2.2 鋼結(jié)構(gòu)吊裝對(duì)塔吊要求

2.2.1 鋼結(jié)構(gòu)分布。8#樓、11#樓型鋼柱的安裝高度最大為127.55m，型鋼柱分布在建筑物外邊緣，詳見圖3；8#與9#、10#與11#分別設(shè)置有鋼結(jié)構(gòu)連廊，其標(biāo)高從27.83m（七層）至73.13m（十七層），鋼連廊構(gòu)件最大重量（含吊具）為7t。根據(jù)項(xiàng)目場地狹小，鋼結(jié)構(gòu)的安裝高度及鋼構(gòu)件重量，項(xiàng)目選擇塔吊施工鋼結(jié)構(gòu)。

圖3 8#樓、9#樓鋼結(jié)構(gòu)與塔吊位置關(guān)系圖

2.2.2 鋼結(jié)構(gòu)吊裝驗(yàn)算。主樓區(qū)域鋼結(jié)構(gòu)最不利吊裝條件為勁性柱（含吊具）重7.41t，距8-1#塔吊32.68m；連廊區(qū)域最不利吊裝條件為鋼梁（含吊具）重7.0t，距8-1#塔吊35.65m；7527型塔吊起重性能詳見表1。

表1 7527塔吊起重性能

7527型塔吊為提高塔吊的吊裝效率采用2倍率，在起吊距離32.68m位置的最大起重量為8t（＞7.41t），起重荷載為塔吊最大起重量的92.6%；在該處勁性柱安裝時(shí)需試吊（把重物調(diào)至里地面200mm的位置停止，檢查塔吊的穩(wěn)定性、制動(dòng)器的可靠性等，確認(rèn)安全后再進(jìn)行吊裝）。7527型塔吊起吊距離35.65m位置的最大起重量為7.95t（＞7.0t），起重荷載為塔吊最大起重量的88%，可正常吊裝。

2.3 型鋼組合結(jié)構(gòu)樓棟塔吊選擇

8#樓、11#樓型鋼組合結(jié)構(gòu)勁性柱分節(jié)最大重量（含吊具）7.41t和鋼結(jié)構(gòu)連廊（含吊具）7.0t，判定該樓棟選擇塔吊型號(hào)至少為70型塔吊；根據(jù)型鋼結(jié)構(gòu)勁性柱分布在建筑物的外邊緣，可選擇1臺(tái)80型塔吊或1臺(tái)75型+1臺(tái)70型塔吊輔助施工。建筑的單層面積為2600m2，單層塔吊起吊次數(shù)2860次（2600×1.1）；1臺(tái)塔吊10天（每天2個(gè)臺(tái)班）起吊次數(shù)1400次（70×2×10），1臺(tái)塔吊無法滿足樓棟正常施工，最終選擇1臺(tái)75型塔吊+1臺(tái)70型塔吊配合施工。

9#樓、10#樓型鋼組合結(jié)構(gòu)勁性柱分節(jié)最大重量（含吊具）5.6t和鋼結(jié)構(gòu)連廊（含吊具）7.0t，判定該樓棟選擇塔吊型號(hào)至少為70型塔吊；根據(jù)型鋼結(jié)構(gòu)勁性柱分布相對(duì)集中，建筑的單層面積為1300m2，最終選擇1臺(tái)70型塔吊服務(wù)施工，鋼結(jié)構(gòu)連廊主要采用8#樓、11#樓75型塔吊施工。

2.4 塔吊布置

根據(jù)該項(xiàng)目實(shí)際情況，為滿足項(xiàng)目物料運(yùn)輸需求，現(xiàn)場安裝塔吊14臺(tái)，其中60型塔吊8臺(tái)、70型塔吊4臺(tái)、75型塔吊2臺(tái)；70型、75型負(fù)責(zé)型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)樓棟施工，60型塔吊負(fù)責(zé)框筒-剪力墻結(jié)構(gòu)樓棟施工，詳見塔吊平面布置圖[2]。

圖4 塔吊平面布置圖

3 塔吊基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

3.1 塔吊基礎(chǔ)與建筑基礎(chǔ)的關(guān)系

3.1.1 塔吊基礎(chǔ)位于建筑基礎(chǔ)下部。優(yōu)點(diǎn)：塔吊基礎(chǔ)可以先于主樓基礎(chǔ)提前單獨(dú)施工；不存在塔樓基礎(chǔ)或車庫基礎(chǔ)鋼筋甩筋的問題。

缺點(diǎn)：塔吊基礎(chǔ)開挖深度大，后期級(jí)配砂石回填量較大增加工程成本；級(jí)配砂石回填深度較大存在較大安全隱患。

圖5 塔吊基礎(chǔ)位于建筑基礎(chǔ)下部

3.1.2 塔吊基礎(chǔ)與建筑基礎(chǔ)共用。塔吊基礎(chǔ)與建筑基礎(chǔ)完全共用（詳見圖6、圖7）。

圖6 塔吊基礎(chǔ)與建筑基礎(chǔ)完全共用

圖7 塔吊基礎(chǔ)與建筑基礎(chǔ)部分共用

優(yōu)點(diǎn)：可以與塔樓基礎(chǔ)共用節(jié)約鋼筋和混凝土的使用量。避免大量級(jí)配砂石回填，控制項(xiàng)目成本。塔吊基礎(chǔ)開挖深度較小，降低塔吊基礎(chǔ)施工過程中的安全隱患。

缺點(diǎn)：若塔吊基礎(chǔ)與塔樓基礎(chǔ)同時(shí)澆筑將導(dǎo)致塔吊的安裝時(shí)間嚴(yán)重滯后，塔樓基礎(chǔ)施工材料水平運(yùn)輸收到嚴(yán)重制約。若塔吊基礎(chǔ)先于塔樓基礎(chǔ)施工，塔樓基礎(chǔ)鋼筋需提前預(yù)埋于塔吊基礎(chǔ)，塔樓基礎(chǔ)鋼筋預(yù)埋是塔吊基礎(chǔ)施工的重難點(diǎn)。

3.1.3 塔吊基礎(chǔ)與建筑基礎(chǔ)關(guān)系選擇。塔吊基礎(chǔ)設(shè)置優(yōu)先考慮借用建筑物基礎(chǔ)，該處理方式有以下優(yōu)點(diǎn)：①無須考慮塔吊長期泡水導(dǎo)致塔吊失穩(wěn)傾覆；②為防止因塔吊標(biāo)準(zhǔn)節(jié)導(dǎo)致建筑物基礎(chǔ)滲漏而澆筑于建筑物基礎(chǔ)；③借助建筑基礎(chǔ)可以增強(qiáng)塔吊的抗傾覆能力；④可以節(jié)約鋼筋混凝土。

項(xiàng)目塔吊基礎(chǔ)布置形式最終選擇采用基礎(chǔ)共用的方式，該項(xiàng)目采用BIM技術(shù)提前模擬塔吊基礎(chǔ)的位置，并把塔樓基礎(chǔ)鋼筋逐根畫出精確定位避免后期塔樓施工預(yù)留鋼筋的偏差問題。

圖8 塔吊基礎(chǔ)BIM模型

圖9 塔吊基礎(chǔ)實(shí)體

13#、14#塔吊因主要服務(wù)于車庫區(qū)域施工可以避開沉降后澆帶的影響，該兩臺(tái)塔吊采用塔吊基礎(chǔ)與建筑基礎(chǔ)完全共用的方式；其他12臺(tái)塔吊采用塔吊基礎(chǔ)與建筑基礎(chǔ)部分共用的方式。

3.2 塔吊基礎(chǔ)設(shè)計(jì)情況

表2 塔吊參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

3.3 塔吊基礎(chǔ)與建筑基礎(chǔ)共用受力分析

以13#塔吊為例分析塔吊基礎(chǔ)與地庫筏板共用；驗(yàn)算交界面筏板沖切驗(yàn)算和配筋。計(jì)算考慮塔吊基礎(chǔ)外延1米，外延筏板厚度按最薄的筏板厚度700mm取值。兩方向?qū)ΨQ僅計(jì)算一個(gè)方向即可[3]。計(jì)算基礎(chǔ)總長 7.500m，計(jì)算基礎(chǔ)總寬7.500m。

3.3.1 豎向荷載計(jì)算：

基礎(chǔ)自重：Gk=γ×Bx×By×dh=25.000×7.500×7.500×1.300=1828.125kN

塔吊荷載：F1=1.35×Fk=1.35×464.100=626.535kN

3.3.2 彎矩計(jì)算：

3.3.3 水平力計(jì)算：

3.3.4 作用在基礎(chǔ)底部彎矩值：

3.3.5 變截面處抗剪計(jì)算：

因(YH≤800) βhp=1.0

x沖切不利位置

x沖切面積

x沖切截面上的地基凈反力設(shè)計(jì)值

變階處對(duì)底板的沖切滿足規(guī)范要求

3.3.6 變截面處配筋計(jì)算：

計(jì)算變截面彎矩

因x方向小偏心

因y方向小偏心

計(jì)算Asx=γo×MI_2/(0.9×(h-as)×fy)

計(jì)算配筋取大值422.2mm2構(gòu)造配筋即可滿足要求；即塔吊基礎(chǔ)與建筑基礎(chǔ)共用滿足結(jié)構(gòu)安全。

3.4 塔吊基礎(chǔ)橫跨塔樓、裙樓基礎(chǔ)做法

塔吊基礎(chǔ)與塔樓基礎(chǔ)部分共用；塔吊基礎(chǔ)頂面位于車庫區(qū)域基礎(chǔ)下部，為避免塔吊基礎(chǔ)對(duì)車庫區(qū)域、塔樓區(qū)域不均勻沉降的影響，塔吊基礎(chǔ)頂部與車庫區(qū)域采用砂石墊層軟連接。（詳見圖10）。

圖1 項(xiàng)目整體效果圖

圖10 塔吊基礎(chǔ)與車庫基礎(chǔ)軟連接

3.5 塔吊遇建筑基礎(chǔ)后澆帶的做法

塔吊遇建筑基礎(chǔ)后澆帶時(shí)，塔吊標(biāo)準(zhǔn)節(jié)外擴(kuò)500mm范圍預(yù)留后澆筑；預(yù)留區(qū)域需留設(shè)止水鋼板，止水鋼板位置與后澆帶止水鋼板標(biāo)高一致，預(yù)留區(qū)域待塔吊拆除后與后澆帶一同澆筑。

圖11 塔吊遇后澆帶平面圖

圖12 塔吊遇后澆帶剖面圖

3.6 塔吊基礎(chǔ)防水做法

塔吊基礎(chǔ)下部及側(cè)面防水分別與車庫、塔樓區(qū)域形成封閉的防水體系；塔吊基礎(chǔ)防水做法同地下室底板做法；在與塔樓結(jié)構(gòu)相連的部位設(shè)置止水鋼板，防止預(yù)留施工縫的位置發(fā)生滲漏[4]。

圖13 塔吊基礎(chǔ)防水構(gòu)造節(jié)點(diǎn)詳圖

3.7 塔吊基礎(chǔ)遇錨桿處理方式

塔吊基礎(chǔ)與抗浮錨桿相遇時(shí)采用油氈對(duì)錨桿進(jìn)行保護(hù)豎直穿過塔吊基礎(chǔ)；盡量減少塔吊基礎(chǔ)影響抗浮錨桿對(duì)建筑物的作用力（詳見圖14）。

圖14 塔吊基礎(chǔ)遇抗浮錨桿時(shí)節(jié)點(diǎn)詳圖

3.8 塔吊優(yōu)化經(jīng)濟(jì)效益

塔吊基礎(chǔ)與塔樓基礎(chǔ)部分共用可以使塔身盡可能靠近塔樓避免塔吊出現(xiàn)超長附臂（附臂長度大于8m），超長附臂每道需增加費(fèi)用1.5萬元，現(xiàn)場所有塔吊需安裝47道附臂，為項(xiàng)目節(jié)約70.5萬元。采用塔吊基礎(chǔ)與建筑基礎(chǔ)部分共用的方式，合理布置節(jié)約混凝土約150m3、鋼筋約30t，為項(xiàng)目節(jié)約費(fèi)用約25萬元。通過塔吊基礎(chǔ)優(yōu)化設(shè)計(jì)合理布置為項(xiàng)目合計(jì)節(jié)約約100萬元。

4 塔吊運(yùn)行及監(jiān)測

4.1 群塔防碰撞

4.1.1 群塔防碰撞策劃。塔吊基礎(chǔ)的定位是防碰撞的關(guān)鍵，在布置塔吊前要嚴(yán)格控制塔吊之間的運(yùn)轉(zhuǎn)半徑，預(yù)防塔吊之間碰撞塔身的情況。根據(jù)規(guī)范要求，兩塔之間的距離應(yīng)大于2.0m，確保塔身不會(huì)碰撞大臂[5]。

塔吊布置階段充分考慮塔吊交叉作業(yè)對(duì)樓棟施工進(jìn)度的影響，通過策劃塔吊布局、優(yōu)化塔吊大臂長度，確保每臺(tái)塔吊服務(wù)一棟主樓，盡量避免一塔多用的現(xiàn)象；避免因一棟塔樓進(jìn)度緩慢導(dǎo)致其他塔樓施工受到制約的現(xiàn)象。

4.1.2 群塔防碰撞智能軟件應(yīng)用。目前塔吊防碰撞設(shè)備的應(yīng)用可以極大的提高塔吊安裝作業(yè)的安全系數(shù)。塔吊可視化系統(tǒng)是采用球狀監(jiān)控儀安裝在塔吊大臂最前端，自動(dòng)對(duì)吊裝區(qū)域進(jìn)行聚焦并傳輸視頻數(shù)據(jù)到司機(jī)操作屏幕上，塔吊司機(jī)無死角監(jiān)控吊運(yùn)范圍，減少盲吊所引發(fā)的安全事故，對(duì)地面指揮起到有效的補(bǔ)充作用。

塔吊防碰撞系統(tǒng)和吊裝可視化系統(tǒng)的應(yīng)用可以實(shí)時(shí)判斷兩臺(tái)塔吊或塔吊與障礙物之間的距離，當(dāng)此距離接近安全距離時(shí)，該系統(tǒng)能及時(shí)報(bào)警提示司機(jī)并控制塔吊運(yùn)行。

4.2 塔吊監(jiān)測

塔吊使用的過程中，現(xiàn)場每15天安排專業(yè)測量隊(duì)對(duì)項(xiàng)目所有塔吊進(jìn)行檢測，檢查塔吊垂直度及塔吊沉降量確保塔吊使用安全，監(jiān)測數(shù)據(jù)詳見表3。

表3 塔吊使用過程監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

通過施工全過程對(duì)塔吊運(yùn)行全過程的檢測，塔吊垂直度及塔吊基礎(chǔ)沉降量均滿足規(guī)范要求，塔吊安全有序運(yùn)行[6]。

5 塔吊附臂管理

5.1 塔吊附臂原則

5.1.1 根據(jù)塔吊使用說明書及每棟塔樓的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，策劃每臺(tái)塔吊最經(jīng)濟(jì)附臂位置；

5.1.2 梳理每臺(tái)塔吊附臂提升受制約條件，塔吊與塔吊之間的相互制約；塔吊服務(wù)塔樓以外是否還與其他塔樓外架等附臂構(gòu)件相交；

5.1.3 策劃每棟塔樓的施工進(jìn)度，避開塔樓及其外架與塔吊相交。

5.2 5#、6#塔吊附臂分析

5.2.1 單臺(tái)塔吊附臂分析。5#樓6013型塔吊，塔吊在塔樓施工過程中需要6次附臂，從圖15發(fā)現(xiàn)塔吊在21層附臂階段塔吊已頂升至塔吊懸臂最大高度才能滿足5#樓的結(jié)構(gòu)施工，由此可知該塔吊的附臂位置在不增加附臂次數(shù)的前提下沒有調(diào)整空間。

圖15 5#樓6013型塔吊附臂

6#樓采用6015型塔吊，塔吊在塔樓施工過程中需要6次附臂，從圖16發(fā)現(xiàn)塔吊在20層附臂階段塔吊并未頂升至塔吊懸臂最大高度即可滿足2#、6#樓的結(jié)構(gòu)施工，由此可知該塔吊的附臂位置在施工過程中根據(jù)塔樓的施工進(jìn)度可以適當(dāng)調(diào)整。

圖16 6#樓6015型塔吊附臂

5.2.2 5#、6#塔吊工況分析。5#塔吊大臂與6#樓外架有交叉，6#塔吊對(duì)5#塔樓無影響；5#、6#塔吊附臂特性相同；項(xiàng)目策劃優(yōu)先施工5#樓，確保5#樓施工進(jìn)度快于6#樓。

5.2.3 5#、6#塔吊附臂設(shè)計(jì)。5#～6#塔樓采用60型塔吊，塔吊在獨(dú)立高度施工階段，采用高低相錯(cuò)的方式（6#塔吊安裝高度39.2m，5#塔吊安裝高度33.6m）；待塔樓施工至地上二層后，根據(jù)塔吊的相互制約條件分析，優(yōu)先施工5#樓，6#樓施工重點(diǎn)轉(zhuǎn)移至車庫施工，為后期塔吊最經(jīng)濟(jì)的附臂創(chuàng)造條件[7]。

6 結(jié)束語

大型城市綜合體項(xiàng)目塔吊的選型和布置是能否滿足項(xiàng)目正常施工的前提；高密度塔吊群作業(yè)需提前規(guī)劃每臺(tái)塔吊的附臂位置，有效的協(xié)調(diào)空間關(guān)系。本項(xiàng)目合理布設(shè)14臺(tái)塔吊，通過合理的選型、科學(xué)的布置、有效的管理、協(xié)調(diào)空間關(guān)系等措施確保塔吊群施工安全、可靠、有序運(yùn)行，為協(xié)作隊(duì)伍提供優(yōu)質(zhì)的運(yùn)輸服務(wù)，對(duì)類似工程具有一定的借鑒意義。