（中国建筑第二工程局有限公司,北京 100000）

1 工程概况

昆明春之眼项目由2 栋超高层塔楼和7 层裙楼组成,总建筑面积约60 万m2。由于项目地处高抗震设防烈度区域,抗震要求高,结构形式与常规超高层综合体有较大差别,裙楼地上为钢框架结构,主塔为钢板剪力墙核心筒+巨柱外框结构。副塔结构形式钢框架+支撑筒体,主塔核心筒为全钢结构,外框结构为钢管混凝土柱+钢梁+组合楼板,项目总体分期开发,一期施工至裙楼封顶、塔楼施工至12F。由于塔楼核心筒结构形式限制,核心筒不具备动臂塔机安装条件,为满足施工要求,动臂塔机必须布置在外框位置。本项目为解决动臂塔机安装在钢框架外框的技术难题,采取了一系列设计优化和施工技术优化,确保动臂塔机在钢框架上的安全附着和使用。

2 动臂塔机使用设计

2.1 塔机选型及使用规划

本项目由于主体钢结构吊装量大,副塔需要布置两台动臂塔机方可满足施工要求,项目综合考虑施工进度、塔机选型分析、租赁市场等多方面因素,项目决定选用1 台ZSL1250(60m)和1台MD760DX（52.5m）对副塔施工范围进行全覆盖,满足现场垂直运输、钢结构安装等施工要求。

由于基础筏板钢筋和预埋件吊装量大,为满足筏板施工吊装要求,2 台动臂塔机基础均布置在副塔筏板下,动臂塔机从基础筏板开始介入结构施工。在项目一期施工中,动臂塔机随着结构施工高度增加标准节,根据一期塔楼施工结构吊装要求,塔机的最终安装高度需要达到84m 以上才能满足结构吊装要求,由于动臂塔机的最大自由高度只有56m,因此动臂塔机需要超过最大独立高度作业（利用附着或随结构爬升）。并且该型塔机标准节在国内暂无库存,因此动臂塔机需要借助结构爬升以达到设计安装高度。

2.2 塔机爬升规划

原使用规划中,该动臂塔机为外附着安装形式。塔机安装完成后,准备顶升之前,发现M760DX 塔机在国内无闲置标准节,无法进行正常顶升加节工作,原外附着方案需要变更,如施工要求,只能采用自爬升方案,利用外框结构钢梁作为爬升支撑点和使用支撑点。变更后动臂塔机爬升规划如图1 所示。

3 动臂塔机结构爬升加固

图1 塔机爬升规划图

变更后的动臂塔机需要爬升2 次,塔机支撑梁需要支撑在地下室顶板、L4、L8 层外框钢梁上。经设计单位核算,原楼板、钢梁结构无法满足动臂塔机的荷载要求,故要对原结构进行加强,以确保动臂塔机的爬升、使用不对结构造成破坏。

本项目裙楼地下为钢筋砼结构,地上结构为组合钢结构（钢管混凝土柱+钢梁组合楼板）,总体而言,加固施工相较于传统钢筋混凝土结构比较容易施工。经过比选最后选定的加固措施为：用圆管柱对L1 层砼梁进行回顶,层层回顶到基础筏板；对L4、L8 动臂所处钢梁进行加肋、加水平斜撑、加竖向拉杆等措施进行加强,达到动臂塔机工作的承载力要求。

3.1 地上钢结构外框结构加固

塔机爬升位置的外框结构形式为钢框架结构+组合楼板,相较于传统的钢筋混凝土框架结构,承载能力相近,但是结构刚度较小。但钢结构具有工艺简单、施工快的优点,为满足动臂塔基的承载能力要求,对外框钢结构的竖向和横向均进行加固,加固初步设计如下。

3.1.1 水平方向结构加固

原结构梁为H 型钢,结构尺寸为800×300×16×25（mm）,钢梁的Y 轴抵抗性能较差,由于承担的荷载远大于原框架梁的结构设计荷载,为保证结构梁的横向稳定性,在2 根承载钢梁上增加水平拉杆,增加的拉杆可以显著提高承载钢梁的Y 轴刚度,加固后平面布置如图2 所示。

3.1.2 竖向结构加固

图2 水平方向结构加固布置图

由于原结构钢梁竖向承载能力不足,需要进行加固：①加强钢梁本身的结构,提升钢梁本身承载力；②对钢梁所承担的荷载进行疏导,通过拉杆将荷载传递到上层或下层的梁柱节点上,支撑式和上拉式加固施工难度相近,但是由于下撑式拉杆设计中,拉杆处于受压状态,较为不利。因此增加的拉杆选择上拉式拉杆方案,两种加固方式对比如图3 所示。

图3 竖向结构加固方案比选

由于塔机支撑梁传递的主要是集中荷载,且集中荷载较大,远大于原设计的楼板荷载,虽然已经对钢梁进行了加强,但其本身抗弯能力不足以承受塔机集中力所产生的弯矩,需要将钢梁受到的集中荷载通过拉杆传递一部分到梁柱节点上,为简化内力传输路径,拉杆设计为铰接杆件,与节点的连接采用销轴连接,铰接支座现场焊接于结构上,焊缝探伤验收完成之后实测两端销轴的中心距离,在工厂根据实测数加工拉杆,拉杆尺寸为□325×14（图4）。拉杆的安装和固定在现场完成,销轴的直径为100mm,加工精度±1mm。

图4 竖向结构加固拉杆

3.2 钢梁加强

动臂塔机利用钢框架爬升时,塔机支撑梁直接支承于结构钢梁上,支撑梁所传递的荷载超过原结构梁的抗弯承载力,因此需要对原结构梁进行加强,且不宜改变原结构尺寸。因此,在不改变原结构形式的基础上只能对原结构梁进行加强,将原结构梁尺寸由300×800mm 加大到400×800mm,钢梁承受的荷载主要为集中竖向荷载,水平侧向作用力较小,因此,主要加固方向是提高钢梁的抗弯承载力及集中荷载位置的抗剪承载力：在钢梁集中受力点位置增加加劲板,同时钢梁整体腹板进行补强,H 型钢两侧增加2块腹板,形成钢箱梁（图5）。

图5 加固钢梁结构图

4 加固结构验算

对于该项临时加固结构的验算采用手算和电算相互校核,手算通过荷载与允许应力的关系估算构件截面积,并完成选型构件。构件选型完成并手算验算通过,满足许用应力要求以后,再建立Midas 有限元模型对局部结构进行整体核算,对手算结果进行检验。

考虑钢梁补强腹板与柱不焊接,因此模型建立时用梁柱节点形式铰接和刚接分别建立模型,计算结果钢梁的受荷最不利工况为铰接工况,选取最不利的工况为计算模型；拉杆两端的连接均为销轴连接,因此拉杆两端的连接形式均为铰接,最终建立的局部验算模型如图6 所示。

图6 有限元验算模型

将塔机设计荷载加载后得出杆件的各项应力图,控制应力为钢梁的平面内弯矩值,最不利的主梁的弯矩应力如图7 所示,验算结果的钢梁允许应力比均小于1.0,满足使用安全要求。

图7 构件应力云图

5 结语

在项目面对前期策划受外界影响,而无法施行的条件下,通过一系列优化加固措施,成功解决了项目施工中遇到的技术难题,总结了部分动臂塔机安装于钢框架上的施工和加固经验,对动臂塔机穿过的混凝土结构、钢框架结构采取针对性的加固措施,在保证安全质量的前提下,确保大型机械的正常使用,助力项目进度履约。对于同类项目有较强的借鉴意义。