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動臂式塔吊 我國90年代以來，特別是近年超級摩天建筑的崛起勢不可擋。深圳地王大廈位于城市金三角地段，主樓采用鋼、混凝土組合結(jié)構(gòu)，用鋼2.5萬噸。大廈于1993年4月開工，歷時三年，耗資40億港元，完成總計69層、建筑面積26.6萬平方米、高384米的建筑，成為當時亞洲第一高樓。工程施工總承包商日本熊谷組引進2臺起重量達50t的法?？舜笮妥陨絼颖鬯Cm440d，創(chuàng)造了9天4層樓的鋼結(jié)構(gòu)安裝新速度，開創(chuàng)了大型動臂塔機在我國超高層鋼結(jié)構(gòu)施工的新紀元。從此，伴隨著城市建設的迅猛發(fā)展，大型自升式動臂塔機已經(jīng)和中國城市標志性建筑越來越緊密的聯(lián)系在了一起。 特別是預計2009年封頂?shù)臇|莞臺商會館，使用了湖南江麓機電科技有限公司生產(chǎn)的qtd480動臂塔機，該機于2007年按照國家和行業(yè)標準，參照國際標準設計并于2008年初制造投產(chǎn)，第一臺已經(jīng)于08年4月份安裝在東莞第一高樓工程。該機各項技術(shù)性能先進：起升高度（獨立高度）45米，固定附著安裝高度達399米、最大起重量32噸。是目前國內(nèi)性能突出的大型動臂塔機。 此外，湖南中聯(lián)08年5月推出了tcr6055動臂塔機，起重力矩達到640t.m，撫順永茂也將推出stl720同類塔機。 這里說的大型動臂式塔機，已經(jīng)不是傳統(tǒng)意義上的下回轉(zhuǎn)、非自升式動臂式塔機，而是代表著大起重量、大起升高度、大起升速度的當代重型建筑起重機。就上述典型工程施工來說，大型動臂式塔機是其首選，甚至是唯一選擇。能夠創(chuàng)造如此多“第一”的大型動臂塔機必然有其在性能、結(jié)構(gòu)、應用技術(shù)等方面的特殊性，必然有其在安全使用方面的特殊要求。 1性能參數(shù) 大型動臂塔機除具備外爬、內(nèi)爬、行走功能外，特殊功能 （1）大起重量 現(xiàn)代大型建筑工程采用了鋼或鋼、混凝土組合結(jié)構(gòu)，吊裝單元的重量大大提高，異型、組合結(jié)構(gòu)通常達到32噸，最大達到80余噸。因此，大型動臂塔機配置重型主起升系統(tǒng)，最大起重量通常在32至100噸。 （2）大起升高度 由于采用了特殊的爬升體系，起重機可隨建筑結(jié)構(gòu)整體爬高，起升高度大幅度提高。 （3）大起升速度 起升結(jié)構(gòu)大功率，特別是采用了自備的內(nèi)燃機拖動方案，帶負荷起升速度超過100m/min。 2結(jié)構(gòu)特性 （1）吊臂起伏角度大，尾部回轉(zhuǎn)半徑小 大型動臂式塔機吊臂起伏角度在17至83度之間，大大拓寬了設備的能力和工作范圍。相對于水平臂塔機，吊臂的大仰角相當于增加了塔身的高度，有效擴展的工作范圍幾乎是以吊臂長度為半徑的半球體空間。這對于結(jié)構(gòu)主體施工以及主體結(jié)構(gòu)上高聳構(gòu)件吊裝具有重要意義。尾部回轉(zhuǎn)半徑在8至11米之間，這在群塔作業(yè)、城市狹小作業(yè)空間施工提供了更多的選擇，在城市中心區(qū)、超高層建筑工程施工甚至是唯一選擇。但另一方面，由于吊臂起伏引起兩個方面的問題。其一，吊臂自重彎距變化大。如m440d安裝55米吊臂，當由最小幅度變化到最大幅度時，其自重彎距變化超過300t.m（安裝82米臂的m1280d塔機自重彎距變化甚至超過1000t.m），吊臂自重彎距變化對整機平衡影響很大。因此大型動臂式塔機吊臂設計采用高強度結(jié)構(gòu)鋼，最大限度地減輕臂架重量而增加吊重，提高吊重與機重的比例系數(shù)。其二，吊臂迎風面積增加大。由最大幅度變化到最小幅度時，相對于臂根鉸點，其吊臂迎風面積增加3.4倍。因此無論大型動臂式塔機處于工作狀態(tài)或非工作狀態(tài)，風載荷對塔機安全影響更大，并且這種影響是變化的、動態(tài)的，容易為操作及管理者忽視而造成重大事故。這一點在“安全預警”中進一步討論。 （2）吊臂穩(wěn)定性好，安裝幅度范圍大 大型動臂式塔機吊臂設計采用“桿”結(jié)構(gòu)，相對于水平臂塔機“梁”結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性能更好，吊臂結(jié)構(gòu)占整機結(jié)構(gòu)重的比例更小，而最大起重量則更大。因此，常規(guī)大型動臂式塔機起重能力都能夠達到30至100噸，有效的解決了超高鋼結(jié)構(gòu)工程對起重機大起重能力的要求。另外，由于塔機吊臂設計采用“桿”結(jié)構(gòu)，吊臂安裝幅度范圍更大。為使用提供更多靈活選擇，可以供不同工程選擇，也可以在同一工程的不同階段根據(jù)需要調(diào)整。表3中可見，雖然吊臂安裝幅度大，但是不同安裝臂長對于起重特性的影響很大，例如65米安裝臂長在臂端起重力矩175t.m，而30米安裝臂長在臂端起重力矩則能夠達到585t.m，該變化量遠大于水平臂塔機。此特點是由吊臂自重彎距變化和吊臂風載荷引起，盡管制造商試圖采用可移動平衡重來抵消吊臂自重彎距變化，終因制造成本等因素未成為主流。因此從有效利用大型動臂式塔機“起重特性”的角度講，在超高工程主體結(jié)構(gòu)施工階段，更適宜選擇較短吊臂安裝。 （3）主起升鋼絲繩對起重特性影響大 國外大型動臂式塔機采用了獨立裝機的內(nèi)燃機動力，裝機容量可達到600hp以上，為起重機高速重載起升創(chuàng)造了良好條件，起升主鋼絲繩選用直徑達到32毫米以上，鋼絲繩自重對于超高工程主體結(jié)構(gòu)施工必然會影響到設備起重特性。例如m900d主鋼絲繩重量就達到8.2公斤/米，如果超過其基本高度300米，附加值2500公斤則要轉(zhuǎn)移為起重載荷，設備起重特性則要做相應修正。該附加載荷對于大型動臂式塔機超高使用的影響是顯著的。3特殊爬升及支撐體系 大型動臂式塔機采用了獨特的整體內(nèi)爬自升體系，其起升高度完全不受塔身結(jié)構(gòu)限制。系統(tǒng)主要包括：內(nèi)爬支承系統(tǒng)、爬升系統(tǒng)。 3.1內(nèi)爬支承系統(tǒng) 大型動臂式塔機的結(jié)構(gòu)垂直載荷通常在150至400噸，方向確定；由傾覆彎矩等效的水平載荷50至180噸，方向不確定，這些載荷通過內(nèi)爬支承系統(tǒng)傳遞到建筑主體結(jié)構(gòu)。由于超高建筑結(jié)構(gòu)形式的不同、內(nèi)爬塔機布置位置不同，內(nèi)爬支承系統(tǒng)也采用不同的結(jié)構(gòu)形式，通常有三角支承架形式和支承鋼梁形式。三角支承架懸挑在核心筒墻體上，主要包括主梁、次梁、斜撐桿（拉或壓桿）、水平撐桿。主梁與核心筒墻體通過鋼牛腿連接，斜撐桿通常采用無縫鋼管，主梁兩側(cè)設置水平撐桿，各撐桿與主梁連接均采用銷軸形式以方便安裝。支承鋼梁主要包括主梁、次梁、水平撐桿。主梁跨度依據(jù)建筑主體結(jié)構(gòu)確定，通常4米至18米；主梁與建筑主體結(jié)構(gòu)通過不同方式連接。主梁之間及主梁與建筑主體結(jié)構(gòu)之間采用水平撐桿連接以抵抗水平載荷。 整個內(nèi)爬支承系統(tǒng)由三套結(jié)構(gòu)尺寸相同的三角支承架或支承鋼梁配套而成。其中兩套組成結(jié)構(gòu)支撐體系。下支撐抵抗垂直載荷，上、下支撐抵抗等效水平載荷。其平面投影重合，立面間距通常12米至18米，構(gòu)成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)支撐體系。另外一套相同的三角支承架或支承鋼梁供爬升時交替使用。 3.2爬升體系 大型動臂式塔機爬升體系主要由爬升液壓系統(tǒng)、爬升節(jié)、爬升梯組成。爬升節(jié)安裝在塔身最底部與塔身標準節(jié)連接，爬升梯掛于內(nèi)爬支承架（梁），通過爬升節(jié)內(nèi)的爬升梁交替運動實現(xiàn)塔機整體升降，塔機整體爬升高度取決內(nèi)爬支承系統(tǒng)安裝高度。爬升梯可組合成不同長度，以滿足不同爬升距離的需要。除此之外，根據(jù)使用要求大型動臂式塔機也可以由內(nèi)爬狀態(tài)轉(zhuǎn)換為外爬狀態(tài)。 4高空拆除特殊性 大型動臂式塔機多使用于超高層建筑施工內(nèi)爬安裝，建筑主體結(jié)構(gòu)施工完成后，設備整機高度通常在200米以上，懸掛在建筑主體結(jié)構(gòu)上。盡管設計上對單體結(jié)構(gòu)重量進行了均衡考慮，整機分解后，其單體重量仍相當大，高空拆除必須使用專用設備按嚴格工藝程序進行。專項施工方案必須按建設部《危險性較大工程安全專項施工方案編制及專家論證審查辦法》執(zhí)行。專用設備主要指起重量、起升高度較大，拆裝簡單、單體結(jié)構(gòu)輕，安全可靠性高的屋面起重機，專用于高空特殊拆除作業(yè)。央視新臺工程中建正和大型動臂式塔機高空拆除的5個基本步驟是：使用m600d拆除m1280d；使用16噸屋面吊拆除m600d；使用6噸屋面吊拆除16噸屋面吊；使用簡易拔桿拆除6噸屋面吊；最后人工拆除拔桿并利用現(xiàn)場施工升降機落地。 5安全預警 大型動臂塔機是當代超級工程必備的起重設備。反過來，正是由于其高大特重的特殊性，一旦發(fā)生起重機械結(jié)構(gòu)事故，勢必造成災難性的后果。我們在深圳地王大廈、賽格廣場、上海環(huán)球金融中心、江蘇空中華西村等超高工程施工中，深切感受是“高處不勝寒”，地面風平浪靜，高空風起云涌、變幻莫測，風對于大型動臂塔機的影響不能輕視。結(jié)合它的結(jié)構(gòu)特點和國內(nèi)外安全事故，通過相關(guān)計算分析，旨在找到能夠引起起重機結(jié)構(gòu)破壞的危險因素，發(fā)出預警信號。 5.1大型動臂塔機工作狀態(tài)臨界仰角 我們根據(jù)吊臂穩(wěn)定性計算原則，大型動臂塔機工作狀態(tài)下（空載），當由吊臂和吊鉤自重產(chǎn)生穩(wěn)定力矩大于由風力產(chǎn)生的后傾覆力矩時，吊臂是穩(wěn)定的，反之失穩(wěn)。以m440d工作狀態(tài)（空載）55m安裝臂長為例，風力取工作狀態(tài)額定風壓250n/m2，臨界仰角設為a。通過分析計算，吊臂處于臨界狀態(tài)的仰角a=78。這是該動臂塔機在額定風壓工作的一種危險狀態(tài)，假如發(fā)生超仰角或超風速，極易造成重大事故：起重臂在風力作用下后傾，起重臂機械限位結(jié)構(gòu)破壞，塔頂結(jié)構(gòu)受沖擊變形、起重臂折斷墜落。 5.2大型動臂塔機非工作狀態(tài)臨界仰角 根據(jù)整機穩(wěn)定性計算原則，大型動臂塔機非工作狀態(tài)下在基礎面標高（初始安裝），若風力產(chǎn)生的傾覆力矩與整機自重產(chǎn)生穩(wěn)定力矩的代數(shù)和小于基礎面許用彎矩時，整機是穩(wěn)定的，反之失穩(wěn)。以m440d非工作狀態(tài)55m安裝臂長、塔身高度40m為例,風力取額定風壓1100n/m2，m440d塔機固定式安裝基礎面許用彎矩1120t.m。臨界仰角設為a。通過分析計算，吊臂處于臨界狀態(tài)的仰角a=39。這是該動臂塔機非工作的一種危險狀態(tài)，假如發(fā)生超仰角或超風速，也易造成重大事故，整機向前傾覆。根據(jù)上述計算結(jié)果和國家相關(guān)標準，可推算出同一標高m440d塔機安全距離須大于26.4米，并依據(jù)當?shù)嘏_風歷史風速進行調(diào)整。 5.3高強度緊固件 大型動臂塔機主要結(jié)構(gòu)件之間采取銷連接及高強度螺栓連接，塔身標準節(jié)間采取高強度螺栓連接，該高強度螺栓承受交變載荷，是塔身非常重要的傳力連接件。favco系列塔機進入中國內(nèi)地已超過10年，有的機型已使用過2—4個工程，根據(jù)國內(nèi)標準《建筑機械與設備高強度緊固件》（jg/t5057）關(guān)于高強度螺栓重復使用的要求，高強度螺栓、螺母，使用后拆卸下再次使用，一般不得超過二次。且拆下的螺栓、螺母必須無任何損傷、變形、滑牙、缺牙、銹蝕、螺紋粗糙度變化較大等現(xiàn)象。否則應禁止再用于受力結(jié)構(gòu)的連接。因此對此類高強度螺栓的重復使用一定要特別慎重。 6結(jié)束語 今天，正在阿聯(lián)酋迪拜塔施工的大型動臂塔機已經(jīng)到達700米的起升高度，我們有理由相信，只要建筑結(jié)構(gòu)設計能夠達到的高度，大型動臂塔機也一定能夠達到。今天，國產(chǎn)的大型動臂塔機起重主參數(shù)已經(jīng)到達720t.m，我們有理由相信，只要國外產(chǎn)品能夠達到的性能指標，中國產(chǎn)品也一定能夠達到。在建筑起重機大家族，大型動臂塔機定會繼續(xù)獨領(lǐng)風騷。