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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、混凝土組合結構，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層樓的鋼結構安裝新速度，開創(chuàng)了大型動臂塔機在我國超高層鋼結構施工的新紀元。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和中國城市標志性建筑越來越緊密的聯系在了一起。 特別是預計2009年封頂的東莞臺商會館，使用了湖南江麓機電科技有限公司生產的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，第一臺已經于08年4月份安裝在東莞第一高樓工程。該機各項技術性能先進：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。是目前國內性能突出的大型動臂塔機。 此外，湖南中聯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，已經不是傳統(tǒng)意義上的下回轉、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、結構、應用技術等方面的特殊性，必然有其在安全使用方面的特殊要求。 1性能參數 大型動臂塔機除具備外爬、內爬、行走功能外，特殊功能 （1）大起重量 現代大型建筑工程采用了鋼或鋼、混凝土組合結構，吊裝單元的重量大大提高，異型、組合結構通常達到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，起重機可隨建筑結構整體爬高，起升高度大幅度提高。 （3）大起升速度 起升結構大功率，特別是采用了自備的內燃機拖動方案，帶負荷起升速度超過100m/min。 2結構特性 （1）吊臂起伏角度大，尾部回轉半徑小 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。這對于結構主體施工以及主體結構上高聳構件吊裝具有重要意義。尾部回轉半徑在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構鋼，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。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”結構，相對于水平臂塔機“梁”結構穩(wěn)定性能更好，吊臂結構占整機結構重的比例更小，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構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”結構，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需要調整。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，在超高工程主體結構施工階段，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構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爬自升體系，其起升高度完全不受塔身結構限制。系統(tǒng)主要包括：內爬支承系統(tǒng)、爬升系統(tǒng)。 3.1內爬支承系統(tǒng) 大型動臂式塔機的結構垂直載荷通常在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，這些載荷通過內爬支承系統(tǒng)傳遞到建筑主體結構。由于超高建筑結構形式的不同、內爬塔機布置位置不同，內爬支承系統(tǒng)也采用不同的結構形式，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。主梁跨度依據建筑主體結構確定，通常4米至18米；主梁與建筑主體結構通過不同方式連接。主梁之間及主梁與建筑主體結構之間采用水平撐桿連接以抵抗水平載荷。 整個內爬支承系統(tǒng)由三套結構尺寸相同的三角支承架或支承鋼梁配套而成。其中兩套組成結構支撐體系。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，構成穩(wěn)定的結構支撐體系。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，爬升梯掛于內爬支承架（梁），通過爬升節(jié)內的爬升梁交替運動實現塔機整體升降，塔機整體爬升高度取決內爬支承系統(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，根據使用要求大型動臂式塔機也可以由內爬狀態(tài)轉換為外爬狀態(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爬安裝，建筑主體結構施工完成后，設備整機高度通常在200米以上，懸掛在建筑主體結構上。盡管設計上對單體結構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、單體結構輕，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)生起重機械結構事故，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。結合它的結構特點和國內外安全事故，通過相關計算分析，旨在找到能夠引起起重機結構破壞的危險因素，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生穩(wěn)定力矩大于由風力產生的后傾覆力矩時，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，起重臂機械限位結構破壞，塔頂結構受沖擊變形、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），若風力產生的傾覆力矩與整機自重產生穩(wěn)定力矩的代數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。根據上述計算結果和國家相關標準，可推算出同一標高m440d塔機安全距離須大于26.4米，并依據當地臺風歷史風速進行調整。 5.3高強度緊固件 大型動臂塔機主要結構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地已超過10年，有的機型已使用過2—4個工程，根據國內標準《建筑機械與設備高強度緊固件》（jg/t5057）關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象。否則應禁止再用于受力結構的連接。因此對此類高強度螺栓的重復使用一定要特別慎重。 6結束語 今天，正在阿聯酋迪拜塔施工的大型動臂塔機已經到達700米的起升高度，我們有理由相信，只要建筑結構設計能夠達到的高度，大型動臂塔機也一定能夠達到。今天，國產的大型動臂塔機起重主參數已經到達720t.m，我們有理由相信，只要國外產品能夠達到的性能指標，中國產品也一定能夠達到。在建筑起重機大家族，大型動臂塔機定會繼續(xù)獨領風騷。