一种以结构钢柱作支撑点的塔吊基础安装技术

前言

常规独立式基础塔吊一般在基坑结构施工前设置，一般需要经历塔吊桩基→土方开挖→基础承台施工阶段，该阶段往往施工条件好、位置及选型不受周边环境限制，且技术相对成熟。而如果当主体结构大面开展后需要更换塔吊时，现场施工状况一般无法满足塔吊桩基施打、塔吊基础及塔吊安装条件，且往往该阶段工期及生产压力较大，塔吊调整需要从技术方案可行性、工期资金等各方面统筹考虑。

该文以嘉兴南湖未来广场项目为例，该项目为大型场馆，地下室为混凝土结构，地上为钢框架结构。前期因图纸信息不足、结构本身特点原因，导致上部钢结构吊装策划时发现原塔吊无法满足吊装生产需求，故考虑在地下室主体结构施工完成后，更换塔吊位置及选型。通过利用结构钢柱作为支撑点设置钢转换梁塔吊基础，利用有限元计算软件模型塔吊安装及运行工况，保证塔吊安装及作业安全，也为后续类似工程提供一定的借鉴价值。

1、项目概况

1.1 项目概况

嘉兴南湖未来广场项目属于嘉兴百年百项重大工程，嘉兴市“十大标志性建筑”之一，也是嘉兴市最大的综合性场馆。项目紧邻嘉兴市城市中轴线，毗邻嘉兴大剧院、嘉兴体育中心；地理位置优越，社会价值较高。

1.2 结构概况

本工程主要包含三个单体工程：科技中心、文化中心一和妇儿中心。其主体钢框架（钢柱、钢梁）及单体间的三个钢连廊（钢梁）组成，钢柱有圆管柱和箱型柱两种形式，钢梁主要为型钢梁。各单体工程之间连廊连接。总体钢结构主要形式为“钢框架+屈曲约束支撑”体系，总用钢量约为1.7万吨。

1.3 塔吊概况

本工程上部钢结构吊装共计布置 5 台塔吊，塔吊基础利用地下室伸出顶板的钢柱作为支点，采用转换钢梁基础形式；各塔吊转换梁截面尺寸主要为 B1400X1000X25X40、B1320X700X25X32、B1300X700X12X25 三种尺寸，材质采用Q355B。整体上分为上层2 根和下层2 根钢梁，合计20 根钢梁，框架形式刚接固定。具体塔吊基础参数及布置如下：

2、工程特点及实施难点

2.1 现场施工条件复杂，塔吊布置要求高

本工程地上整体为钢框架结构，单根钢构件最重达16T，存在斜柱、长梁等构件。屋面为大跨度曲面网壳钢结构，建筑整体跨度较大，对于塔吊的选型、塔吊位置要求较高。且地上塔吊设置时地库顶板已施工完成，无法利用基础底板作为塔吊基础，施工条件相对复杂，故对塔吊基础工艺选择要求较高。

2.2 工期紧张，生产压力大

本工程地上阶段工期紧张，塔吊重新布局时间紧迫。塔吊安装及拆除施工工况不同，塔吊布局需提前考虑拆除规划和路径预留。结合结构设计、施工组织及安全管控等多环节协同解决，尤其在工期紧张时需一次部署到位，避免再次拆装，故需要安全性、经济性以及可行性方面统筹考虑。

3、主要施工技术

3.1 塔吊位置选择

本项目在结合地上钢结构实际情况，在场馆中心地带选择塔吊位置，使得塔吊吊装发挥最大功效。因图纸设计地上钢柱下插生根到地库中板，使得地库结构完工后，地下室钢柱伸出地库顶板约1.2＼～1.5m，故利用四根结构钢柱作为支撑受力点，焊接钢平台转换梁基础。

以科技馆 1# 塔吊为例，根据科技中心地上钢结构特点，1# 塔吊采用 ST8075 型塔吊，布置于 BJ轴线交 B11＼～B13 之间。与塔吊基础梁连接的型钢混凝土柱 3 根为 CP600X30，钢材材质为 Q390C; 1 根为 CP800X50，钢材材质为 Q420GJC，混凝土强度等级均 C50 ；钢柱伸出顶板 1.3m_⨀ 。

1# 塔吊基础上层钢梁采用 2 根 B1400X1000X25X40，下层钢梁采用 2 根 B1320X700X25X32，上层钢梁之前采用普通槽钢22a 斜撑固定。

3.2 塔吊基础施工工艺（1）总体安装技术路线

塔吊转换梁利用塔吊安装机械吊装至塔吊点位，提前根据点位布置画出转换梁位置，使用测量工具控制转换梁标高和水平误差，并与钢柱柱头有效焊接固定，形成稳定结构体系。塔吊基础施工整体流程为：点位放线→转换梁下层钢梁吊装→下层钢梁复测→下层钢梁固定→点位放线→转换上层钢梁吊装→塔吊转换上层钢梁复测→上层钢梁固定→相关固定板、劲板安装→整体复测；

（2）塔吊基础吊装工况

以科技馆 1# 塔吊为例，因塔吊位置位于场馆中间区域，且地下室顶板无法满足重型吊装设备作业。故在场馆南侧硬化路面上采用350T 履带吊进行塔吊基础吊装。

1# 塔吊基础转换梁采用 350T 履带吊进行安装，停放位置位于南侧会展道路上（停放位置同塔吊安拆时履带吊停放位置，具体可见详图），南侧道路宽 8m，厚度 200，采用 C20 混凝土浇筑，内配直径 14@200 单层双向钢筋。

1# 塔吊基础安装最不利况分析：最大单构件重量9.9T，吊装半径58m，起重臂臂长 84m ，履带吊起重量19t，故满足吊装需求。

（3）转换梁安装流程

1）钢梁加工

转换梁截面尺寸为箱型，其各板材采用 Q355B 材质，尺寸见下图所示，整体在具有资质的加工厂内加工焊接。板材拼接缝为单面坡口，采用埋弧焊焊接，焊接质量等级一级。焊接完成后需进行焊缝探伤并出具报告。

2）钢梁吊耳设计

根据钢梁配置情况，除另外新加工的转换梁可在工厂内进行吊耳安装焊接，其余自有钢梁需在现场焊接吊耳，因此需对吊耳设计保证安全。

自有钢梁最大重量约为 15t，钢丝绳吊装角度 60^∘ ，经计算钢丝绳承受拉力约为 13t，计算过程如下：

F=G×sinα=150× √ 3/2=13t

按照吊耳设计原则要求，其吊耳板设计尺寸和焊接要求见下图所示：

上述吊耳设计尺寸安装焊接在钢梁L/4 处，双面角焊缝，焊缝高度

3）钢梁复测

在吊装钢梁前对钢梁底板标高、钢柱焊接位置标高进行复测，并按照设计标高要求放线标记；下层钢梁在吊装过程中，需不断复测钢梁标高和水平度，保证其水平误差不大于 1mm ；在上层钢梁吊装前，对上层钢梁安装点位进行测量放线，画出安装位置；上层钢梁吊装后，对其标高和水平度复测，并检查与下层钢梁的安装误差，是否按照点位画线安装；加劲板、固定板等按照设计图标注进行安装焊接；

4）钢梁焊接节点

下层转换钢梁与钢柱之间连接板采用单边衬垫坡口围焊焊接，其焊缝质量要求为一级，故在焊接完成后敲除焊渣后打磨，并经焊缝探伤质量合格后进入下道工序。其节点要求如下图所示：

下层钢梁与上层钢梁采用角焊缝围焊，焊脚尺寸 20mm，另在两侧焊接加劲板，加劲板焊接节点采用双面角焊缝围焊，焊脚尺寸 14mm 。其节点要求如下所示：

上层转换钢梁之间采用斜撑和支撑固定连接，支撑采用普通槽钢 22a，槽钢两侧与连接板双边围焊角焊缝，焊脚尺寸为8mm。其节点如下所示：

（4）塔吊基础钢梁焊接质量保证措施

塔吊基础钢梁焊接严格遵循钢构件焊接规范要求。本项目塔吊基础钢梁焊接要求质量等级为一级，施工过程中需严格把控焊接质量，并进行探伤监测。

3.3 数字化技术应用（1）塔吊位置模型校核

施工前基于塔吊基础数字化模型，进行塔吊位置的校核，包括与主体钢结构、屋面网壳结构是否冲突、所选位置是否满足塔吊基础及塔吊的安装及拆除要求。

（2）塔吊基础承载力及挠度计算

借助 MIDAS 计算软件，导入项目主体钢结构模型，选用梁单元模拟框架梁和柱。基础梁与型钢混凝土柱通过腹板焊接连接，上层基础梁与搁置在下层基础梁上，以铰接构造处理。

计算结果表明，在最不利荷载组合下，钢梁最大弯矩为 M=6579kN⋅m ，钢梁最大剪力为V=3565kN 。钢梁截面最大正应力为 σ=161.8N/mm2 < f=295 N/mm2 ，钢梁截面最大剪应力为τ=58.5N/mm2

计算结果表明，在最不利荷载组合下，上层钢梁最大挠度为8.52mm，最大挠跨比为为（8.52-（7.96+2.26）/2）/7000=1/2052<[1/800]，满足基础梁刚度要求；下层钢梁最大挠度为 8.21mm，最大挠跨比为为 δ/L=（8.21-1.43）/10500=1/1548<[1/800]，满足基础梁刚度要求。塔身底部节点在塔吊不同的使用工况下，挠度各不相同，最大挠度差异值为 5mm，塔吊顶部水平位移与总高度之比 Δu/ H=5/4270=1/853。