高層建筑塔吊布設位置及對附墻的影響分析

賀陽,劉甲 （中國建筑第二工程局有限公司華東分公司，上海 200135）

0 引言

近年來隨著國內大中小城市的快速發展，大中型房地產住宅開發項目越來越多，使得市場對大型機械的需求也越來越大，有效、經濟地布設大型機械的位置、角度等對提高現場施工效率、減少現場施工周期、提高現場施工安全有著積極作用。本項目結合現場實際情況制定出多項塔吊布設方案，形成多項施工技術，有效地保證了工程項目的順利竣工。

1 工程概況

項目總建筑面積約為200717.10m2，其中地上部分為154061.13m2、地下部分為46655.97m2。工程地面上主要由5棟高層住宅、2棟商業組成。8#樓西單元、9#樓東單元為54 層高層住宅樓，建筑高度為169.45m；8#樓東單元、9#樓西單元為47 層高層住宅樓，建筑高度為146.7m；10#、11#樓為47 層住宅樓，建筑高度為146.7m；12#樓東單元為23層住宅樓，建筑高度為79.3m，西單元為24 層住宅樓，建筑高度為82.2m；13#、14#樓為4 層商業，建筑高度為23.0～25.2m。地下為兩層，層高為3.6m，防水等級一級，耐火等級一級，抗震設防烈度為6 度，結構安全等級二級，地基基礎設計等級甲級。

根據設計圖紙及現場生產需要工程共布設了5 臺中聯重科塔吊（其中TC5610 三臺、TC6012 兩臺），綜合各方面因素，項目明確了塔吊布設位置需滿足以下要求：滿足塔吊覆蓋面和供應面的要求；滿足塔吊吊重要求；滿足行車路線要求；滿足塔吊與外架的安全距離，以免影響施工安全；滿足群塔施工作業安全距離，同時考慮現場施工進度線路與塔吊關系；滿足與輸電線、高壓線等危險物體的安全距離；滿足塔吊和架空線邊線的最小安全距離；滿足塔吊基礎布設位置的要求；滿足塔吊附墻桿的位置和尺寸與說明書一致要求，否則應聯系廠家進行受力驗算；滿足建設單位關于塔吊布設的特殊要求；滿足現場實際情況；滿足塔吊拆除的要求。

考慮上述情況后，最終項目確定塔吊位置朝向，其中8#樓塔吊安拆及非工作時大臂朝北偏東42°方向，9#樓塔吊安拆及非工作時大臂朝東偏南42°方向，10#樓塔吊安拆及非工作時大臂朝正南方向，11#樓塔吊安拆及非工作時大臂朝正北方向，12#樓塔吊安拆及非工作時大臂朝西偏南20°方向。同時為保證群塔作業安全塔吊初裝、終裝及頂升加節安裝，相鄰塔吊高差始終在10m以上，如在頂升加節局部時間段內不能保證高差，雙方塔吊將采取限位處理，限位范圍至少保證距離2m，且塔吊安拆時與之有交叉的塔吊停止作業，并將大臂限位在非交叉范圍內。

塔吊布設還應注意以下幾點。

①防雷接地：根據規范要求，高度超過30m 時應設置防雷接地，工程采用40×4 鍍鋅扁鐵連接防雷接地，安裝后測試接地電阻不大于4Ω方有效，否則檢查原因后重新安裝。

②塔吊穿地下室頂板臨時圍擋：預留頂板洞口周邊砌筑20cm 高的擋水墻水泥砂漿抹光，并在周邊加1200mm 高防護欄桿，護欄底部200mm 范圍加踢腳板，防護欄桿與踢腳板均涂黃黑相間的油漆。

圖1 塔吊臨時圍擋圖

③塔吊穿地下室頂板洞口封堵措施：預留孔洞四周采用快易收口攔斷，塔吊拆除后，用高一強度等級的微膨脹混凝土封閉；板、次梁鋼筋預留長度滿足伸至孔洞的另一邊，預留鋼筋在孔洞邊緣250mm 范圍內向上或向下彎起以避開塔吊節；待塔吊拆除后，將彎起的預留板筋重新調整好，回彎鋼筋時，要做到鋼筋周圍的混凝土不受松動和損壞；孔洞內再加雙層雙向φ8@100 鋼筋，與原預留板筋綁扎牢固；因塔吊處預留孔封閉后，底板受力與實際設計狀況不同，為保證頂板安全，在封回洞口前，塔吊所在跨的頂板下架體不拆除。

④為防止塔吊地腳銹蝕塔吊基礎1m周圍處設置排水溝及集水坑，有利于塔吊基礎排水，保證施工安全。

2 高層建筑塔吊布設位置

2.1 塔吊基礎相對于地下室位置的布設

本工程8#、9#樓塔吊基礎在地下室基坑外，其他樓梯塔吊基礎在地下室基坑內。

塔吊基礎在地下室內：塔吊基礎設計的頂標高與地下室筏板頂標高一致，這樣設計可以減少地下室筏板混凝土、鋼筋等工程量（塔吊后期拆除，塔吊基礎可當做地下室筏板），同時需注意塔吊基礎配筋率需在塔吊基礎設計計算與地下室筏板鋼筋取大值，塔吊基礎的尺寸需滿足塔吊說明書及設計計算的要求。注意因塔吊基礎頂與地下室底板頂標高一致，不穿地下室底板，故需在施工縫（塔吊基礎四周）位置預留止水鋼板。

確定塔吊位置后，安排挖土機進場，按照測量員給定的放坡灰線進行開挖，土方開挖時，塔吊周圍的土方應分層對稱開挖，每次挖土深度不得超過2m，同時及時做好基坑周邊圍護。開挖過程中，測量員隨時監測基礎開挖尺寸和基底標高。土石方采用機械大開挖、人工清槽，超挖部分采用C15素混凝土澆筑、填平，高出部分人工用風鎬或電鎬破碎后清除。所有挖出土石方全部用挖掘機裝土、自卸汽車運至場外指定地點，之后進行塔吊基礎的模板、防水、鋼筋、混凝土安裝、預埋件安裝等一系列工作。

塔吊基礎在地下室外：塔吊基礎設計的頂標高可與地下室筏板頂標高一致，也可以低于地下室筏板頂標高，但是不能高于地下室筏板頂標高，否則后續地下室開挖時可能會造成塔吊基礎產生擾動，從而增大安全隱患。塔吊基礎施工流程與塔吊基礎在地下室內一致，需注意的是塔吊基礎及地下室施工完畢后，塔吊基礎周圍需設計擋土墻以保證塔吊基礎安全（地下室施工完成后周圍土方需回填，可能會造成塔吊基礎擾動影響安全）。

為保證塔吊基礎設在地下室外的安全，項目給塔吊基礎設置了擋土墻，擋土墻為300mm 厚鋼筋混凝土結構，擋土墻底部設計地基梁（尺寸為900mm×500mm），高度為塔吊基礎底至回填土完成面高度，混凝土強度等級設計為C40，待混凝土強度達到100%后才進行土方分層回填，每次回填高度不超過500mm?；靥钪僚R時施工道路以下200mm時，再澆筑混凝土道路使新舊臨時道路結合，并在周圍設置明顯的限載標識標牌。

2.2 塔吊附墻桿布設于山墻處

本工程8#樓塔吊布設于山墻處，位于地下室基坑外，塔吊附墻桿固定在距離結構面以上1.0m 的剪力墻上，經對剪力墻的強度驗算，滿足附墻要求。使用過程中有附墻安裝及定位方便快捷、不影響地下室結構施工、有利于群塔作業塔吊布置、無須考慮地下室頂板預留洞口的封堵和滲漏問題的優點。

使用過程中缺點為項目山墻處無外窗設計導致塔吊人行馬道安裝困難，主體結構施工時馬道隨爬架提升，主體結構完工后馬道置于屋面，塔吊拆除時無法安裝馬道，人員上下困難；另一端最遠處由于塔吊吊重限制原因，爬架需豎向分段拆除才能滿足吊重要求，由此增加了拆除工期；對地下室覆蓋面積小，為保證地下室施工需汽車吊輔助施工，增加了施工成本。

2.3 塔吊附墻桿布設于陽臺處

優點：附墻安裝及定位方便快捷；塔吊人行馬道設置安裝簡單快捷，極大改進人員通行問題；主樓及周邊地下室覆蓋面積廣，提高施工效率；鋼筋、模板、鋼管等材料堆場及加工場布置范圍廣。

缺點：會影響此處二結構施工進度；需提前考慮施工電梯的布設位置；需考慮地下室頂板預留洞口的封堵、滲漏問題。

3 塔吊對附墻的影響

運用workbench 仿真軟件對高層建筑塔吊對附墻結構的影響進行仿真模擬[5-6]，塔吊分別與高層建筑的6 層、12層、17 層、21 層進行附墻連接。根據某高層建筑相關的數據構建模型，33 層的總樓高（98m），每一層高度為2.9m。相關的模型材料參數如表1 所示。其中模型樓板、墻體設置的單元類型為Shell181，中梁、柱、塔吊設置的單元類型為Beam188，塔吊配重及重物設置的單元類型為Solid185，其余結構統一設置單元類型為Link180。如圖2 所示，模型共75928個節點，54329個單元。

表1 模型材料參數

圖2 仿真模型

本次仿真過程中，對模型施加載荷曲線，對高層建筑在塔吊起吊動荷載過程中進行瞬態的分析。從圖3、圖4位移時程曲線可以得出，高層建筑頂部沿X向和Y 向位移幅值分別為7.901mm 和17.571mm，Y 方向的上位移明顯大于X方向上的位移；X、Y 向位移時程曲線，整體波動大體相同。

圖3 高層建筑頂部X向位移時程曲線

圖4 高層建筑頂部Y向位移時程曲線

從圖5 有限元模擬某時刻結構位移圖來看，可以非常直觀地觀察到高層建筑的扭轉變形，這說明塔吊起吊過程中對高層建筑有一定程度的影響。如果塔吊布置位置不當，偏移位移幅度更大，這將會直接導致高層建筑出現明顯的扭轉晃動，所以一定要合理的布設高層建筑塔吊位置。

圖5 某時刻高層建筑的位移云圖

4 結語

高層建筑施工中，考慮塔吊位置的布設需優先考慮附墻桿位置，通過附墻桿在主樓不同位置的優缺點來選擇項目最優的塔吊布設方案，從而保證項目內群塔作業的安全，本項目主樓塔吊附墻桿附著位置有陽臺、連廊、山墻、樓梯間，多樣的塔吊附墻桿附著位置保證了工程項目的順利竣工。如因場地等因素無法按規定架設塔吊時，應評估塔吊對結構的影響，采用對附墻連桿進行優化設計等工程措施抑制結構響應。