湖南长沙奥特莱斯主题购物公园超长塔吊附壁施工技术.doc

湖南友阿奥特莱斯主题购物公园超长塔吊附着设计施工技术 熊全瑞 江升科 许 阳（中建五局第三建设有限公司，湖南 长沙 410004）摘要 湖南友阿奥特莱斯主体购物公园是长沙市重点工程，地处长株潭三市融城的中心地段，为未来三市交通的中心枢纽地区，由19栋单体组成。17#楼呈圆环形，面积大，造型复杂，特别是屋面造型塔多，且高出屋面最高达26米，塔吊加节后高度超过自由高度，故必须先进行附着安装。由于塔吊距离主体结构远，不能采用常规附着，于是通过加工安装超长附着，顺利解决了以下问题。本论文重点介绍了超长塔吊附着的设计加工和安装技术。关键词 超长塔吊附着；设计加工；安装；YouA Outlets Hunan Province OverlongTower Crane Anchorage Design and Construction Technology XIONG QUANRUI,JIANG SHENGKE,XU YANG（The Third Construction Engineering Limited Company of China Construction Fifth Engineering Bureau Ltd., Changsha 410004,China）Abstract: YouA Outlets Hunan Province which is made up by 19 buildings is a key project in Changsha. It lies in the centre of Changsha, Xiangtan and Zhuzhou, where is going to be the transport hub among those cities. The 17# building holds the largest area ,the hole building looks like a half circular ring. The most special feature is that tall tower above its roof. In order to construct those towers ,the tower crane must climb higher which would lead to the hight beyond its free hight,so it has to anchor to the building. For the reason that the tower is far away from the building ,so we designed and builded a overlong anchorage and put it into use,finally,the problem was solved .This paper focuses on the overlong tower crane anchorage design and construction technology.Key words: overlong tower crane anchorage; design & process; assemble1 工程概况奥特莱斯主题购物公园是湖南友谊阿波罗商业股份有限公司投资建立的一个大型高档购物公园，位于长沙市芙蓉南路与环保大道交叉路口，总占地18.25万平米，总建筑面积109727.84平米，由19栋单体和购物广场组成，全部层高2层，除17#楼5-25轴地上层高4层外，全部层高2层。 17#楼设计造型复杂，且屋面有构架塔楼，最高塔楼比地面高44米。其建筑效果如图1所示（17#楼为下图上方屋面有高耸塔楼建筑）。作者简介：熊全瑞（1975-），男，中建五局第三建设有限公司，高级工程师，电话联系地址：湖南长沙市中意一路158号中建大厦15楼 邮编：410004 江升科（1976-），男，中建五局第三建设有限公司，一级建造师，电话1 奥特莱斯主题购物公园Fig.1 Outlets Changsha Hunan Province原17#楼在南北东三侧都布置有塔吊，但由于工期紧张，对垂直运输要求量加大，为了保证工程能按时完工，决定在西侧中心广场再加一台10#塔吊，塔吊型号TC5610。由于如下图所示：图2 17#楼塔吊平面布置Fig.2 tower crane layout of 17# building随着楼层的加高，特别是屋顶构架高度距离地面最高为44米，但塔吊的自由高度仅为40米，所以自由高度无法满足施工要求，遂对10#塔吊进行附着并加节处理。但10#塔吊距离17#楼垂直距离为19米，超过常规附着长度，为此需要对此附着施工进行计算及制定施工方案。2 工程特点与难点1)复杂 现场施工条件复杂，我方、园林施工单位等同时施工，且园林施工单位对我方有时间要求，施工时间短。2)异 超出塔吊本身设计的标准附着长度，因此必须对该塔吊的附着进行设计。3)长 塔吊距离建筑物垂直距离为19米，附着长度达到23米。4)难 对制作、吊装、现场对接的技术要求很高,且塔吊附着固定处主体结构早施工完毕，所以必须钻孔再固定预埋件，且外侧结构柱截面较小（500500），故需要考虑加固预埋件的措施。10#塔吊附着平面示意图如下：图3 10#塔吊附着平面图Fig.3 layout of anchorage of the 10#tower crane图4 10#塔吊附着立面图Fig.4 elevation of anchorage of the 10#tower crane3 关键施工技术与工艺3.1 特殊附着设计及制作经过PKPM施工计算软件计算后，根据现有标准附着及施工经验，运用AutoCAD软件对附着，固定件以及预埋加固件进行深化设计,确保附着有足够的强度、刚度和稳定性，保证附着加工有足够的精度。附着分为附着预埋支座，附着弦杆，支座加固抱箍三大部分。3.1.1预埋支座由于塔吊附壁固定处主体已施工完毕，故不能预埋支座到结构内，所以采取在原结构柱上钻孔，然后再将预埋支座和主体结构固定。支座采用双耳支座，螺栓制作要求如下： 1、预埋螺栓必须用Q235钢制作；2、预埋螺栓的直径大于24mm；3、预埋螺栓的埋入长度为柱子截面宽，穿过整个柱子，柱子另一侧用整板焊接好穿过柱子的螺栓，保证螺栓和柱子抱紧；4、双耳支座，预埋螺栓数量为8只，单耳支座，预埋螺栓数量为4只。3.1.2 附着弦杆设计与验算由于本附着为超长结构附着，考虑到使用功能和设计加工安装尽量简便，采用组合型钢截面，初步选择材料为双28c型槽钢，为槽钢+缀板的格构形式。一方面组合截面可形成对称的截面形式，满足使用要求，另一方面也是控制附着杆自重的需要。根据以上设计，计算如下：1）支座力计算塔机按照说明书与建筑物附着时，最上面一道附着装置的负荷最大，因此以此道附着杆的负荷作为设计或校核附着杆截面的依据。附着式塔机的塔身可以视为一个带悬臂的刚性支撑连续梁，回转扭矩为269KN.m，其内力及支座反力计算如下:图5 塔吊计算简图Fig.5 calculating model of the 10#tower crane 图6 塔吊内力图Fig.6 internal force diagram of the 10#tower crane 计算结果: 其中 塔吊高度为 附着塔吊最大倾覆力矩为 风荷载设计值为 附着高度为2）附着杆内力计算 计算简图: 图7 塔吊受力图Fig.7 force diagram of the 10#tower crane计算单元的平衡方程为: 其中: 附着塔吊边长为 附着点1到塔吊的竖向距离为 附着点1到塔吊的横向距离为 附着点1到附着点2的距离为第一种工况的计算塔机满载工作，风向垂直于起重臂，考虑塔身在最上层截面的回转惯性力产生的扭矩和风荷载扭矩。将上面的方程组求解，其中 从0-360循环， 分别取正负两种情况，分别求得各附着最大的轴压力和轴拉力：杆1的最大轴向压力为：471.92 kN杆2的最大轴向压力为：395.10 kN杆3的最大轴向压力为：374.67 kN杆1的最大轴向拉力为：471.92 kN杆2的最大轴向拉力为：395.1 kN杆3的最大轴向拉力为：374.67 kN第二种工况的计算塔机非工作状态，风向顺着起重臂，不考虑扭矩的影响。将上面的方程组求解，其中 =45,135,225,315， Mw=0，分别求得各附着最大的轴压力和轴拉力。杆1的最大轴向压力为：413.70 kN杆2的最大轴向压力为：191.44 kN杆3的最大轴向压力为：232.28 kN杆1的最大轴向拉力为：413.7 kN杆2的最大轴向拉力为：191.44 kN杆3的最大轴向拉力为：232.28 kN3）附着杆强度验算杆件轴心受拉强度验算 验算公式: 其中 N为杆件的最大轴向拉力,取N=471.92kN； 为杆件的受拉应力； An为格构杆件的截面面积,计算得 An=10244mm2；经计算，杆件的最大受拉应力 =471.921000/10244=46.07N/mm2。最大拉应力不大于拉杆的允许拉应力215N/mm2,满足要求!2）杆件轴心受压强度验算 验算公式: 其中 为杆件的受压应力； N为杆件的轴向压力,杆1:取N=471.92kN；杆2:取N=395.10kN；杆3:取N=374.67kN； An为格构杆件的截面面积,计算得 An=10244mm2； 为杆件的受压稳定系数,是根据 查表计算得, 杆1:取 =0.254,杆2:取=0.242 ,杆3:取 =0.257； 杆件长细比,杆1:取 =168.765,杆2:取=173.613,杆3:取=167.690。经计算，杆件的最大受压应力 =181.09N/mm2。最大压应力不大于拉杆的允许压应力215N/mm2,满足要求!3.1.3支座加固抱箍支座固定在结构外侧的柱截面尺寸仅为500500，为保证结构及塔吊的安全，故将荷载分担至内侧截面尺寸为700700的结构柱上，以满足各项要求。外抱箍其尺寸为600600，内抱箍的尺寸为800800，抱箍正好将柱子抱紧，采用10槽钢焊接制作。内外抱箍间通过10槽钢相连接，外侧抱箍和预埋支座焊接成为一个整体，确保力能快速平稳的传递给内侧结构柱。3.1.4 部分部件大样见下图8、图9：图8 附着弦杆大样Fig.8 chord member detail图9 连接杆件大样Fig.9 joint parts detail 说明：1#杆件为调整螺杆，共4根；2#杆件为耳板件，共8个；3#杆件为调整螺母，共8块 4#杆件为联接耳板钢销（45#钢），共8个；5#杆件为耳板撑板，共8块。3.2 附着弦杆槽钢焊接3.2.1 设置对称焊缝，确定坡口大样图为减少对接焊缝的约束应力，避免产生冷焊缝，并确保焊接质量，故在附着弦杆槽钢分段拼接部位设置对称焊缝，根据建筑施工手册中的第十二章，钢结构工程中表12-113来确定其坡口的大样图。以附着弦杆为例，其坡口大样如图10所示。图10 槽钢坡口大样Fig.10 channel steel bevel detail3.2.2 选择焊接顺序及工艺参数1)焊机选择 考虑直流焊机电弧稳定及焊接质量易保证，选择2台机况良好的AX-320-1型直流电焊机，最大电流为320A，可以满足本工程要求。2)焊接顺序 为保证焊缝质量，焊缝采取分层施焊，每层焊缝厚度控制在4mm左右，对焊缝金属的塑性和减小焊接应力有利。以槽钢板厚t=11.5mm为例，说明其焊接顺序（见图8），其他厚度钢板焊接顺序均以此类推。图8 焊接顺序Fig.8 Welding course3)工艺参数 本工程焊接采用手工电弧焊，其工艺参数如表1所示。表1 手工电弧焊工艺参数Table 1 Manual arc welding technological parameter焊缝空间位置第1层焊缝以后各层焊缝焊条型号焊条直径（mm）焊接电流（A）焊条直径（mm）焊接电流（A）平对接焊缝41602104160210E4315立对接焊缝3.2901204120160E4315横对接焊缝3.2901204140160E4315仰对接焊缝3.2901204140160E43153.2.3 消氢措施主钢梁材质为Q235B，属于碳素结构钢，焊接后易产生冷裂纹。其产生主要原因是焊缝金属中氢的聚集，形成较大的焊接拉伸应力导致冷裂纹。因此，在焊接过程中要采取措施控制焊缝金属中的氢。1)控制焊缝金属的含氢量 采用低氢型焊条、超低氢型焊条和碱性焊剂；将焊条、焊剂在350400下保温2h；清除焊丝表面上的杂质；将坡口及附近的铁锈、油污等清除干净，直至露出金属光泽；在药皮和焊剂中加入适量的氟石(CaF2)、硅砂(SiO2)。2)后热处理 焊接结束或焊完一条焊缝后，使用火焰加热器将焊接区立即加热到200250，并采用石棉保温2小时，然后缓冷至常温。3.2.4 焊缝检测主钢梁焊接完后，项目部委托湖南赛科检验有限公司现场进行了焊缝超声波探伤检测，附着弦杆8条焊缝全部合格，一次性合格率100%。其中，级焊缝5条，级焊缝3条。3.3 附着安装3.3.1 吊装设备选择塔吊本身为TC5610，在距离塔吊中心17米范围内可吊起3吨重量物体，可以用于吊装，此外，还要各准备好2个5吨和3吨的手动葫芦；安装带6根，5吨千斤顶2个，大活动扳手数个，大锤2个，小工具1套。以上设备可满足吊装的要求。3.3.2 安装1)框架柱钻孔：首先在内外侧框架柱上钻孔，孔洞位置在柱子和梁的交界位置处，此处抗拉及抗剪能力最强，钻孔时避免破坏梁板钢筋。钻孔必须保证支座安装完成后支座、弦杆、附着框在同一水平面上。2)安装支座及加固抱箍：将支座通过孔安装到柱子上，然后利用塔吊和手动葫芦将加固抱箍安装到支座处，并将外抱箍和支座焊接成为一个整体，最后将内外支座焊接连在一起。 焊接时搭设临时支撑及操作架，为焊接提供平台。3）塔吊附着框安装：塔吊将附着框吊至附着高度（8米处），安装人员将附着框套在塔吊塔身上。4）吊装附着弦杆：将弦杆吊至指定高度，然后由安装人员通过销轴将弦杆固定在附着框上，另一侧固定在建筑物上的支座。吊装过程中，使用经纬仪来控制吊装的精确度，并且检查塔身的垂直度偏差是否超过规范要求。5）调整附着：吊装完后，必须调整调弦杆的长度使得塔身和结构间顶紧。3.4 安全施工措施1)操作人员上岗前均进行安全技术交底。2)焊工、吊装工等特种作业人员均要持证上岗，并在正式作业前进行考核，考核不合格这者不允许上岗作业。3)在吊装时，注意临边防护；吊装过程中，严禁现场禁止非操作人员进入。项目部派专职人员监督施工现场安全，安装单位技术人员、安全员必须在施工现场指挥、监督确保安全。4)施工用的电动机械和设备均须接地，绝对不允许使用破损的电线和电缆，严防设备漏电。5)所有机械设备在使用前均要进行安全检查，保证其机况良好，否则不允许使用。6)当风速为l0m/s时，采取安全措施，否则吊装工作应停止。当风速达到15m/s时，所有工作均停止。施工时注意防火，提供必要的灭火设备和消防人员。7）吊装完毕后，必须组织项目部、监理单位验收合格才准许塔吊使用，并多加检查附着螺栓是否松动，观察施工过程中的工作动态，确保施工安全。8）由于附着高度距离地面只有8米，且现场施工情况复杂，园林等单位在进行室外工程施工，所以必须子附着上挂限高警示牌，在卸载架周围设立警示牌，防止施工时造成