岑万雄，汤亮，白玉晶，王睿，王希来

（中国建筑第二工程局有限公司华南分公司，广东深圳 518048）

1 工程概况

珠澳湾世纪中心项目施工总承包工程位于香洲城区拱北夏湾片区前河东路与侨光路交叉口，由5 栋超高层办公建筑、一栋高层办公建筑、裙房商业及幼儿园组成的城市综合体，占地面积约35 356.15 m2，建筑面积约326 107.66 m2。

项目最高建筑A 栋高度达260 m， 为63 层超高层建筑。为满足A 栋施工范围广、吊重大的特点，在A 栋4 轴～5 轴交B 轴～C 轴位置安装1 台QTZ500 内爬式动臂塔式起重机（以下简称“内爬式塔吊”或“塔吊”）作为垂直运输的施工机械，其塔身固定在支撑钢框梁上， 支撑钢框梁通过钢板预埋件与主体结构连接固定[1]。

2 验算要点

塔吊支撑于钢结构梁上， 支撑梁搁置于两侧混凝土结构梁上， 塔吊的中心分别位于4 轴偏东2 576 mm 和B 轴偏北2 770 mm。根据荷载的传递途径，依次计算塔吊4 条支腿作用在钢框梁上的荷载、钢框梁两端作用在主体结构上的荷载、主体结构承载力验算以及增加加固措施的验算。 荷载取值及传递计算时需要确保数值准确，考虑安全系数，传递方式力求与实际一致。

3 塔吊荷载取值

根据GB 50068—2018《建筑结构可靠性设计统一标准》，塔机动荷载取安全系数1.5，塔机静荷载取安全系数1.3。 塔机荷载由设备提供方确认，荷载示意图及数值见表1。

表1 QTZ500 内爬式塔吊荷载取值表

计算中，上部爬升支架和支座只承受支架的自重和水平反力，不传递塔身自重和吊重。 下部支架和支座传递承受塔身自重、吊重及底部支架自重[2]。

4 荷载传递计算

内爬式塔吊4 个支腿支承在两根支撑钢梁上， 两根钢梁为650 mm×400 mm×30 mm×30 mm 尺寸的箱型钢梁，钢梁东西向水平放置，钢梁中心线距梁边分别373 mm、4 083 mm。

由于塔机可以360°旋转作业，在不同角度作业时，竖向荷载与绕竖向弯矩作用效果不变， 水平力及绕水平方向弯矩方向随角度发生变化，即塔吊支腿处荷载值随角度变化。 考虑到两根支撑钢梁规格相同， 支承结构关于塔吊中心点上下对称，故可以仅取其中5 种角度和顺时针、逆时针扭矩搭配共10种工况核算塔吊支座反力，选取角度如图1 所示。

图1 塔机计算工况示意图

塔吊与支撑梁连接处采用螺栓连接， 螺栓连接可限制两构件发生相对移动，无法限制发生一定角度的相对转动，计算时视为铰接节点，因此，荷载仅有Fx、Fy、Fz三向轴力。

支撑钢梁水平搁置在塔吊洞口两侧的混凝土承重梁上，通过混凝土承重梁内的钢结构埋件将上方荷载传递到主体结构上。塔吊支撑梁与混凝土承重梁连接处采用埋件预埋、支撑梁与埋件螺栓连接的形式，螺栓连接可限制两构件发生相对移动，无法限制发生一定角度的相对转动，计算时视为铰接节点，计算时节点视为铰接节点，因此，支座反力仅有Fx、Fy、Fz三向轴力。 采用有限元分析软件Midas Civil 进行钢结构支撑梁及结构混凝土梁建模，将10 种工况下塔吊荷载值依次输入模型中，求得节点处10 项支座反力值，取其最大值组成结构支座反力包络值，数值见表2。

表2 各工况结构支座反力包络值kN

5 主体混凝土承重梁验算及加固设计

5.1 混凝土承重梁承载力验算

单独对混凝土承重梁进行建模， 混凝土承重梁两端钢筋锚入其他主体结构内，混凝土一次浇筑成型，形成的框架结构可承受轴力、剪力及弯矩，计算时两端视为刚接节点。 将4 个节点支座反力包络值加载到模型上， 可得到混凝土承重梁的受力分布， 将混凝土承重梁承受的最大弯矩与梁极限弯矩进行对比分析（见表3），混凝土承重梁承受的最大弯矩远大于极限弯矩，无法满足塔吊施工要求，因此，需在梁底设置加固措施。

表3 最大弯矩与极限弯矩对比分析

5.2 结构加固设计及验算

经过多种加固方案比选与计算分析，最终确认采用在混凝土梁下方增加钢结构斜撑形式加固（见图2），将混凝土承重梁的荷载通过斜撑传递到结构柱上， 减小混凝土承重梁的受力。斜撑选用箱型截面钢梁，规格为400 mm×400 mm×30 mm，钢梁钢材选用Q345B 低合金高强度钢，容许压力[σ]=345 N/mm2；钢梁两端及混凝土预埋件上焊接耳板， 耳板内开设φ72 mm 销轴孔，采用M70 销轴连接钢梁与预埋件。 销轴连接为铰接结构，无法限制构件绕销轴方向发生相对转动，即绕销轴方向弯矩无法通过斜撑钢梁进行传递； 可限制构件发生其他方向的相对转动及相对移动，即其他方向的弯矩、轴力、剪力可通过销轴从结构梁传递到斜撑钢梁上， 再通过另一端的销轴传递到结构柱上，沿结构框架传递至结构基础底部。 因此，此销轴连接节点在软件建模中应设置为仅可绕销轴方向（Y 方向）转动的铰接节点。

图2 加固斜撑钢梁剖面图

5.2.1 增加斜撑钢梁后混凝土承重梁的验算

采用Midas Civil 进行建模， 在混凝土承重梁的基础上增加斜撑钢梁模型， 斜撑钢梁两端与主体结构连接处设置为仅可以绕Y 旋转的铰接节点，荷载不变，最终建模如图3 所示。在此模型上重新分析得到混凝土承重梁新的受力分布图。

图3 增加加固斜撑后的Midas 结构验算模型

增加斜撑钢梁后的混凝土承重梁承受最大弯矩， 与梁极限弯矩进行分析（见表3），弯矩小于极限弯矩值，此时混凝土承重梁满足承载力要求。

通过模型分析增加斜撑钢梁后混凝土承重梁在塔吊荷载作用下的最大挠度为13 mm，小于GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》（2015 年版）3.4.3 中受弯构件挠度限制l/250=7000/250=28mm（l 为构件计算跨度），故混凝土承重梁满足构件挠度要求。

因此， 增加斜撑钢梁后主体混凝土承重梁可满足塔吊在各工况下使用要求。

5.2.2 斜撑钢梁验算

单独分析斜撑钢梁模型， 最大应力值σ=62 N/mm2< 容许应力值[σ]=345 N/mm2，满足Q345B 钢材承载力要求。

6 结语

内爬式塔吊支撑构件及承力主体结构验算是其重点。 本工程施工前， 充分考虑塔吊在360°旋转施工工况下自重荷载、吊重荷载、风荷载和转向扭矩的荷载组合，通过有限元分析软件Midas Civil 进行建模，依据荷载传递路径，依次对塔吊支撑梁荷载传递、混凝土承重梁单独受力情况、增加斜撑钢梁后混凝土承重梁受力情况进行分析， 验算出是否需要增加斜撑加固， 增加斜撑加固措施后混凝土承重梁能否满足承载力要求。 充分验算内爬式塔吊的支撑系统， 确保足够的加固措施，为方案及施工提供保证。