超高层内爬外挂塔式起重机施工技术研究

1?工程概况

项目位于马来西亚吉隆坡市中心繁华区域，四周为大型商场，高档写字楼及宾馆等建筑，建筑面积10.5万m ² ，业态为商场及公寓，结构形式为混凝土核心筒钢结构框架，地下5层、地上51层，建筑高度218.27?m，核心筒为偏置核心筒。

施工现场平面布置要求塔式起重机的吊重应满足以下几点：（1）覆盖工程所有工作面，包括和已有建筑的连廊、运输车辆卸构件位置等；（2）塔式起重机的吊载能力应满足工作半径内吊运最重构件的能力；（3）塔式起重机的自由高度要足够高，尽量减少爬升及附着次数。

因此选择某公司塔机机械L250–16和L500–32型动臂塔式起重机。因本工程核心筒为20.8?m× 9.37?m，尺寸较小，电梯筒尺寸为2.5?m×2.5?m，楼梯间宽3?m；L250–16塔身的最小尺寸为2.2?m×2.2?m，L500–32为2.5?m×2.5?m。塔身入筒安装困难，即使入筒后也会造成核心筒液压爬模无法运行。若一台塔在筒内，另一台塔在筒外，将造成2台塔式起重机的平面和立面相互影响，且影响吊机拆卸。因此综合考虑后采取2台都外挂的方式。

故项目塔楼施工布置2台塔式起重机TC3、TC4，其中TC3为L500–32型动臂塔式起重机，TC4为L250–16型动臂塔式起重机，塔式起重机设备参数见表1。

表1?塔式起重机设备参数

   

2?塔机概况

L250–16及L500–32内爬外挂塔机分别有3套完全相同的内爬外挂装置，每套外挂装置主要组成部分如图1所示。塔机内爬顶升时必须将上、中、下3层内爬外挂装置都安装好。在塔机爬升过程中，顶升油缸和换步装置被安装在中层内爬外挂装置上。内爬塔机工作时，通常只安装中、下两层内爬外挂装置，此时中层内爬外挂装置只受水平力，下层内爬外挂装置不仅承受水平力，还承受垂直力。

   

图1?内爬外挂装置组成部件示意

3?施工方法

TC3、TC4安装位置的基础底板厚4?m，起始阶段也使用底板锚固的方式，便于迅速安装投入使用。主体施工阶段准换为内爬外挂形式，层高5.5?m撑一层高度，标准层3.6?m撑两层高度，即底部斜撑7.2?m。塔身距结构外边缘2?m，使塔身与核心筒外爬架距离为500?mm，避免塔式起重机晃动时影响液压爬模。

3.1?塔式起重机安装爬升流程

安装塔式起重机→结构施工→安装两道爬升框→ 塔式起重机首次爬升（由独立式转换为内爬式）→安装第三道爬升框→塔式起重机爬升→拆除下部爬升 框→安装最上部爬升框→塔式起重机爬升（循环）。

3.2?首次爬升

3.2.1?预埋件埋设

在核心筒剪力墙钢筋绑扎时，进行塔式起重机爬升框预埋件的安装工作，严格按照核心筒埋件定位图，在核心筒钢筋上测量放线，将塔式起重机爬升框预埋件吊装到测量放线位置。在检查埋件的标高及平面位置准确无误后，将埋件与剪力墙非受力钢筋牢固点焊连接。连接过程分两步，先临时固定微调至设计位置，后焊接牢固。整个埋设过程必须严格按照图纸进行，确保埋件使用正确，同时避免埋件安装错误。后续安装模板及混凝土浇筑过程中注意检查埋件，不得产生位移偏差。

3.2.2?外挂装置主梁安装座与预埋件焊接

在核心筒剪力墙混凝土浇筑完成后，爬模爬升至最下一层操作平台操作埋件合适时，施工人员利用爬模的最下一层平台（或按照方案自行搭建的其他形式的操作平台），将塔式起重机爬升框主梁与埋件相连的安装座采用二氧化碳气体保护电弧焊焊接连接。塔式起重机爬升框安装座与埋件之间要求采用全熔透焊缝焊接，并且焊缝等级为一级，焊缝需进行100?%的无损探伤检查，并出具检测报告，探伤合格后方可继续后续安装。

3.2.3?安装一侧外挂装置结构主梁及斜撑杆

在地面上将塔式起重机爬升框主梁与斜撑杆用销轴连接（总重量约2.7?t），确保销轴完全到位，并安装开口销，开口角度要大于30°。埋件连接的耳板与塔式起重机爬升框斜撑杆在吊装前通过销轴挂在斜撑尾部，并装上开口销固定，确保安装固定牢固。用倒链临时固定塔式起重机爬升框斜撑杆下部与主梁末端，通过倒链保证塔机吊起塔式起重机爬升框主梁后，塔式起重机爬升框主梁与斜撑杆之间的角度应接近实际安装角度，方便后续安装固定。

当塔式起重机将塔式起重机爬升框主梁和斜撑杆吊至核心筒预埋的埋件位置附近时，要求吊钩降低速度，缓慢就位，爬模操作平台上的操作人员使用倒链拖动塔式起重机爬升框主梁到设计安装的位置，用销轴固定埋件上的耳板与塔式起重机爬升框主梁，并装上开口销固定，开口角度要大于30°。如使用爬模做操作平台，需注意使用时，将爬模固定到位，不得在爬模爬升工况下进行上述操作。

将核心筒埋件安装座与塔式起重机爬升框主梁用销轴连接后，用水平仪复核主梁的水平度，并通过调整使主梁水平度偏差小于1‰。在确保塔式起重机爬升框主梁水平度符合要求后，操作人员拉拽倒链将塔式起重机爬升框斜撑杆角度调整至设计区间。全部确认无误后，将耳板紧贴在埋板上，立即进行点焊以临时固定耳板。耳板和埋件使用二氧化碳气体保护电弧焊焊接，焊缝要求为全熔透焊缝，注意焊缝质量。焊接完成后，对焊缝进行100?%探伤检查，并出具检测报告。在塔式起重机爬升框斜撑杆埋件焊接完成，复核无误后，塔式起重机方可摘钩。

3.2.4?外挂装置水平拉杆安装

通过销轴将埋件相连的耳板与塔式起重机爬升框水平斜撑杆连接，并装上开口销固定。在塔机吊起塔式起重机爬升框水平斜撑杆至就位位置后，1名工人（采取好安全措施）坐在塔式起重机爬升框主梁端头，将塔式起重机爬升框水平拉杆拖至相应位置，使塔式起重机爬升框主梁与水平斜撑杆的销轴孔对齐，随后打入销轴并装上开口销固定，完成塔式起重机爬升框主梁与水平斜撑杆的连接。另1名工人将塔式起重机 爬升框水平斜撑杆带有埋件耳板的一端拉至就位位置，调整水平斜撑杆与主梁的角度，确认塔式起重机爬升框水平拉杆位置无误后，将耳板紧贴埋件并立即用点焊进行固定。

对耳板和埋件进行二氧化碳气体保护电弧焊焊接，焊缝同样要求为全熔透焊缝，焊缝等级为一级，焊接时注意焊缝质量，焊接完成后进行焊缝100?%探伤检查，并出具检测报告。全部焊接完成后塔式起重机方可摘钩，核心筒埋件耳板与塔式起重机爬升框水平斜撑杆的连接完毕。此时塔式起重机爬升框竖直斜撑杆、主梁、水平斜撑杆与核心筒之间形成一个稳定的结构，塔机一侧位置的爬升框外挂结构全部安装完毕。至此，可在此部分已安装完成的爬升框上安装操作平台，操作平台应不影响后续安装。

3.2.5?另一侧外挂装置的安装

按照上述步骤3.2.3重复安装流程，完成另一侧塔式起重机爬升框主梁和斜撑杆的全部安装；然后按照步骤3.2.4重复操作，完成另一侧塔式起重机爬升框水平斜撑杆与主梁及核心筒埋件耳板的固定。至此，另一侧的塔机外挂装置也已形成一个稳定的空间几何结构，塔机两侧外挂装置结构的全部安装工作顺利完成。

3.2.6?塔机主梁间安装撑杆及内爬框承重梁安装

当两侧塔式起重机爬升框主梁安装完毕后，安装塔式起重机爬升框撑杆吊至指定位置。操作人员可利用前述操作平台在塔式起重机爬升框主梁两边操作步骤，操作时佩戴好安全措施，把水平撑杆带销轴孔的端头插入主梁上耳板间，对准孔位后分别将两侧的销轴打入并装上开口销。

重复此步骤完成剩余3根水平撑杆的全部安装。使用32套M24×120–10.9的高强螺栓将两件塔式起重机内爬升框承重梁（重约1.2?t）固定在两主梁间，螺栓的预紧力矩为900?N·m。至此，一道内爬外挂装置的安装全部完成。

3.2.7?安装内爬框

在第一道内爬外挂装置上安装内爬框，如图2所示。

   

图 2?内爬框安装示意

3.2.8?安装中层内爬外挂装置和内爬框组件

结构施工至合适高度后，重复步骤3.2.1~3.2.7的安装过程，安装第二道内爬外挂装置，最后将内爬框的顶块顶紧塔身主弦（注意：吊装过程中严禁吊件与塔身相撞）。完成上述工作后，开始顶升塔式起重机，将塔式起重机由固定式转换为内爬式。全部部件安装完毕后，通过内爬框的顶块调节塔机的垂直度，垂直度不得超过4/1?000。至此，内爬外挂塔机的首次爬升完成，经过调试后即可投入使用。

3.3?后续爬升

在建筑物达到一定高度后，塔机需要进行再次爬升以增加工作高度，此时需要在塔身外安装上层内爬外挂装置和内爬框架（即第三道）。

请确保在建筑物的预定位置已经安装好预埋板，并已经将上层内爬外挂装置的安装座焊接在预埋板上。上层内爬外挂装置的安装方法同第3.2.1~3.2.7 条所述。完成上层内爬外挂装置的安装后按使用说明书要求进行爬升工作。

爬升工作完毕后，中层内爬外挂装置就成为下层内爬外挂装置，而上层内爬外挂装置就成为中层内爬外挂装置，而下层内爬外挂装置在下次爬升前将被拆卸并转移至上层位置，作为上层内爬外挂装置使用。

最下层爬升框拆除后，即可马上施工塔式起重机爬升过后留下的空洞，而不用等到最后拆除塔式起重机后再施工，有效提升了工作效率。

4?核心筒安全性计算

为了确保塔楼在施工过程中的安全，考虑塔式起重机设置点一般在核心筒刚形成的区域布置，进行塔式起重机施工中核心筒的受力分析研究具有重要意义。以下将结合本工程塔式起重机布置方式及施工方案对核心筒进行相关分析。

4.1?结构分析软件及分析模型

4.1.1?分析软件及基本假定

计算软件以ETABS V9.7.4版进行分析与设计，并与原设计结果进行对比分析及校核，确保结果的可靠性。有限元分析采用整体三维模型，梁柱及桁架杆件均采用梁单元，其中对于次梁及桁架采用端部弯矩释放的梁单元，混凝土墙体及楼板采用壳单元，临时支撑采用钢梁，两端铰接，按照铰接梁单元模拟。

4.1.2?塔式起重机爬升阶段分析模型介绍

结构有限元三维计算模型以施工过程中塔式起重机爬升的最不利状态为依据。根据施工塔式起重机布置方案及施工过程中的核心筒及钢结构的完成情况，按照荷载的存在状况可判定最不利状态为塔式起重机爬升至L48楼层（即第二道支撑设置在L48与L46层，第一道支撑设置在L44与L42层）时，塔楼区域两台塔式起重机同时运行的情形。

塔式起重机按此设置开展吊装时，结构施工界面的完成情况描述如下：（1）核心筒剪力墙及主要连梁施工至屋顶；（2）L44层以下核心筒及楼面已完工；（3）L41层以下的主体结构包括外围框架及楼板全部完工。

4.1.3?楼层荷载情况

采用下部墙体及楼面铺装跟进楼层稍微滞后的施工方式对结构进行安全计算分析。假定L41层及以下的楼层永久荷载、可变荷载均同竣工状态，而上部的核心筒区域除了结构自重、对应完工外围面风荷载外，仅考虑施工可变荷载及塔式起重机荷载。

4.1.4?塔式起重机荷载的施加

依据塔式起重机支点作用力数据，考虑2台塔式起重机同时作用在核心筒上的不利影响。对TC3和TC4均考虑两种最不利运行情形，塔式起重机内倾及外倾时，核心筒受力最为不利。以下分两种情形描述塔式起重机对核心筒的作用力，见表2。

表2?塔式起重机况基本描述

   

4.2?分析过程

通过对比施工期间带塔式起重机运行工况下和正常使用期间最不利工况下的内力，分析核心筒剪力墙、连梁及楼板受力情况。

4.3?验算结论

（1）大部分墙体和连梁在正常使用期间最不利工况下的内力大于施工阶段带塔式起重机运行工况下的内力，即墙体和连梁在施工阶段的安全性可以保证，个别墙体和连梁在塔式起重机工况下的内力略大于正常使用工况，故在后续设计中对两种工况进行包络配 筋设计，并考虑增设施工临时支撑以满足施工阶段的安全要求。

（2）大部分区域的楼板拉应力在施工阶段带塔式起重机运行工况下均小于正常使用期间最不利工况下的拉应力，且楼板压应力均小于混凝土抗压强度值，按正常使用阶段进行楼板配筋，并适当增强，可以确保楼板的结构安全性。

（3）为节省墙体施工阶段无楼板情形带来的墙体面外配筋，在L42~L44和L48层塔式起重机预埋件对应位置设置临时钢支撑（截面H200×200× 8×12）。钢支撑设计满足相关规范要求。

5?结论

本研究通过深入分析超高层建筑施工中内爬外挂塔式起重机技术的应用，揭示了其在确保施工安全、提高工作效率、节约空间、保障工程进度和适应复杂城市环境方面的显著优势。

通过对比分析，本研究证实了内爬外挂塔式起重机技术相比传统塔式起重机施工方法，在减少地面占用、缩短工期和降低总成本方面的优势。此外，本研究的核心筒安全性计算和实证分析，进一步验证了该技术的可靠性和高效性。因此，内爬外挂塔式起重机技术不仅为当前超高层建筑施工提供了创新解决方案，而且对未来建筑施工技术的发展具有重要的参考价值和启示意义。