超高层爬升塔式起重机支座处结构分析及加固做法.pdf

超高层爬升塔式起重机支座处结构分析及加固做法 导言 某中心位于钱江世纪城核心地带，是集商业、办公、酒店为一体的大型综合项目。本工程地下 4 层，裙楼地上 10 层，主楼地上 57 层，总建筑面积 169631，高 280m，主楼采用钢管混凝土框架-钢筋混凝土核心筒体系（图 1）。图 1 效果图 为满足主塔楼施工要求，本工程核心筒 7 层施工完成后，在西南角和东北角位置分别安装 1 台 ZSL850 和 1 台 ZSL1250 大型内爬外挂式动臂塔式起重机（图 2）。图 2 塔式起重机平面布置 随着塔式起重机的爬升，其支座安装位置的核心筒外墙有 1000mm，800mm，600mm，450mm，4 种厚度。施工至 44 层后，由于核心筒截面收进，采用 ZSL1250 塔式起重机将 ZSL850 塔式起重机移至核心筒内，塔式起重机支座钢梁安装在核心筒内部墙体上，墙厚有 500mm，350mm2 种。塔式起重机平面布置图如图 2 所示。塔式起重机支座节点处的荷载情况 1.内爬外挂式塔式起重机支座节点荷载 每台塔式起重机有上支座和下支座（图 3），每个支座有 6 个节点（A，B，C，D，E，F）如图 4 所示。由于下支座节点荷载比上支座节点荷载大很多，且C，D 节点荷载较小，因此列出下支座 A，B，C，D 节点垂直作用于墙的荷载（表1）。表 1 中负号表示支座节点对核心筒外墙产生向内的压力，正号表示支座节点对核心筒外墙产生向外的拉力，ZSL1250 塔式起重机支座节点对墙体的最大荷载达到 3050kN。图 3 塔式起重机支座布置立面示意 图 4 塔式起重机支座 表 1 内爬外挂式塔式起重机（ZSL850，ZSL1250）下支座节点荷载 kN 2.内爬式塔式起重机 ZSL850 的支座节点荷载 内爬式塔式起重机 ZSL850 有上支座和下支座，支座钢梁安装在剪力墙预留洞口上（图 5），下支座节点垂直作用于墙的荷载见表 2，节点对墙的最大推力为809.1kN。图 5 内爬式塔式起重机支座布置示意 表 2“内爬式”塔式起重机（ZSL850）下支座节点荷载 kN 结构分析与加固 1.加固思路 塔式起重机支座节点垂直作用于核心筒剪力墙的荷载较大，随塔式起重机爬升剪力墙厚度最小仅 450mm 或 350mm。部分支座节点直接作用于剪力墙中部，平面外刚度较弱，难以承受如此大的荷载。大部分支座节点虽处在接近楼层位置，但由于楼板最小厚度仅 110mm 厚，若不加固难以保证楼板在塔式起重机支座节点荷载反复作用下发生压屈或拉裂破坏，因此必然采取一定的结构加固措施。本项目塔式起重机支座节点处的核心筒外剪力墙厚度有 1000mm，800mm，600mm，450mm4 种，核心筒内部剪力墙厚度有 500mm，350mm2 种。若采用有限元方法来确定加固方案，需考虑很多工况且建模工作量巨大。为此决定根据塔式起重机的影响范围对核心筒局部区域进行验算，并根据支座节点处墙体薄弱程度和荷载不同进行分类，根据受力需要来对节点位置采取不同的加固方法。节点位置加固的思路为：（1）对剪力墙较厚或支座节点荷载较小处采用钢筋加强，将支座节点局部区域简化成梁板以确定需增加的钢筋数量；（2）对剪力墙厚度较薄或支座节点荷载较大处采用增加支撑杆来传力，将荷载传递给核心筒内部剪力墙，充分利用剪力墙墙肢的抗剪承载力来抵抗塔式起重机荷载；（3）对较薄弱的位置结合采用支撑传力和钢筋加强做法。2.核心筒局部区域验算 取塔式起重机 ZSL1250 的下支座影响的核心筒局部区域进行验算，考虑在结构自重、风荷载、塔式起重机支座荷载三者组合下，局部区域暗柱抗拉承载力是否满足要求。采用简化分析法进行验算：（1）塔式起重机支座占 6 层，爬模埋件位于塔式起重机支座以上 2 层，爬模往上施工 4 层后塔式起重机开始下一轮爬升，因此结构计算高度取 8 层和 12层 2 种情况（图 6）；（2）假定下支座的倾覆力矩影响范围内的局部区域如图 7 所示，只考虑由暗柱来抵抗该倾覆力矩；（3）将局部区域看作梁受弯截面，采用i=kri 公式计算暗柱分配到的轴向力；（4）暗柱承载力取混凝土达到最大设计拉应力时的弹性承载力。图 6 简化分析示意 图 7 塔式起重机影响局部区域示意 根据计算结构，GBZ7 和 GBZ9 为最不利的暗柱，验算结果见表 3，承载力满足要求。表 3 暗柱承载力验算 3.节点位置加固（1）剪力墙较厚或荷载较小位置采用局部附加钢筋加固 对 1000mm 和 800mm 厚的剪力墙，可在塔式起重机支座埋件范围内墙体外侧附加竖向钢筋，钢筋上端覆盖到埋件以上 la 长度的位置，下端延伸至下支座以下一个楼层（图 8）。将附加钢筋加固的墙体局部看成一根竖向的梁，根据计算截面最大弯矩计算结果，附加钢筋结果见表 4。图 8 附加钢筋示意（a）示意 1；（b）示意 2 表 4 局部附加钢筋 （2）剪力墙厚度较薄或支座节点荷载较大位置采用支撑加固 支撑布置根据传力需要确定，将塔式起重机支座节点垂直作用于剪力墙的拉力或压力传递给核心筒内部剪力墙。ZSL850 塔式起重机支座增加 2 个撑杆即可将力传至剪力墙相交的节点；ZSL1250 塔式起重机支座荷载更大，且不能直接将荷载传递到剪力墙交汇的节点，因此增加了多道支撑用于传力，直到荷载的分量能被剪力墙抗剪能力承担为止，最终布置如图 9 所示。图 9 支撑布置 撑杆设计主要考虑以下因素：（1）先根据支座拉力压力的最不利情况计算确定撑杆截面统一选用 24510 钢管（Q345B）；（2）因 ZSL1250 的支座处荷载过大，故采用两根撑杆；（3）因撑杆 CG-6 长达 9m，为便于搬运，将 CG-6 拆分成三段后采用高强螺栓拼接；（4）由于撑杆 CG-6 过长，在楼面上安装支架进行侧向约束来减小计算长度，以保证其受压时稳定承载力满足设计要求；（5）为确保撑杆有效传力，撑杆一端通过 M72 双头丝杆（45 号钢）来调节顶紧。撑杆做法如图 10 所示。图 10 撑杆做法（3）较薄弱位置采用支撑和钢筋加强相结合进行加固 内爬式塔式起重机 ZSL850 支座荷载虽相对不大，但安装支座的剪力墙仅350mm 厚，是较薄弱的位置。根据塔式起重机支座水平推力的计算结果，需对剪力墙暗梁附加钢筋（图 11），对 350mm 厚剪力墙右侧增加撑杆将力传递给右侧 500mm 厚的剪力墙，使两片墙增强后的暗梁共同抵抗塔式起重机支座的水平推力，根据截面计算结果对不同剖面处的暗梁分别附加纵筋为10C25，8C25，12C25（图 12）。图 11 暗梁附加钢筋示意 图 12 塔式起重机加固平面布置 结束语 本文介绍对主楼爬升塔式起重机影响局部区域进行验算的方法，确保局部区域承载力满足要求。然后根据塔式起重机支座处的情况分类，采取局部钢筋加强、增加撑杆和两者相结合 3 种不同的方案已解决了爬塔附着处结构加固的问题，可供类似大型塔式起重机安装、附着处的结构加固工程参考。