翻開(kāi)現(xiàn)代世界超級(jí)摩天樓的建筑施工檔案可以看到,每一幢令世界震撼超級(jí)摩天樓都和型動(dòng)臂塔機(jī)緊密連在一起,型動(dòng)臂塔機(jī)的手臂描繪著一個(gè)又一個(gè)新歷史記錄。紐約世界貿(mào)易中心樓是當(dāng)時(shí)美國(guó)紐約市最高、樓層最多的摩天樓。其主樓采用鋼、混凝土組合結(jié)構(gòu),用鋼7.8萬(wàn)噸。樓于1966年開(kāi)工,歷時(shí)7年,以110層、411米的高度作為摩天巨人而載入史冊(cè)。工程施工中使用了8臺(tái)起重量達(dá)45t的法福克(FAVCO)型自升式動(dòng)臂塔機(jī)STD2700,以其起重量、起升高度、起升速度的顯著功能,在建筑起重機(jī)中鶴立雞群,標(biāo)志著動(dòng)臂塔機(jī)進(jìn)入了一個(gè)新時(shí)代。
我國(guó)90年代以來(lái),特別是近年超級(jí)摩天建筑的崛起勢(shì)不可擋。深圳地王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(wàn)噸。廈于1993年4月開(kāi)工,歷時(shí)三年,耗資40億港元,完成總計(jì)69層、建筑面積26.6萬(wàn)平方米、高384米的建筑,成為當(dāng)時(shí)亞洲第一高樓。工程施工總承包商日本熊谷組引進(jìn)2臺(tái)起重量達(dá)50t的法福克型自升式動(dòng)臂塔機(jī)M440D,創(chuàng)造了9天4層樓的鋼結(jié)構(gòu)安裝新速度,開(kāi)創(chuàng)了型動(dòng)臂塔機(jī)在我國(guó)超高層鋼結(jié)構(gòu)施工的新紀(jì)元。從此,伴隨著城市建設(shè)的迅猛發(fā)展,型自升式動(dòng)臂塔機(jī)已經(jīng)和中國(guó)城市標(biāo)志性建筑越來(lái)越緊密的聯(lián)系在了一起。
特別是預(yù)計(jì)2009年封頂?shù)臇|莞臺(tái)商會(huì)館,使用了湖南江麓機(jī)電科技有限公司生產(chǎn)的QTD480動(dòng)臂塔機(jī),該機(jī)于2007年按照國(guó)家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),參照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)并于2008年初制造投產(chǎn),第一臺(tái)已經(jīng)于08年4月份安裝在東莞第一高樓工程。該機(jī)各項(xiàng)技術(shù)性能先進(jìn):起升高度(獨(dú)立高度)45米,固定附著安裝高度達(dá)399米、最起重量32噸。是目前國(guó)內(nèi)性能突出的型動(dòng)臂塔機(jī)。
此外,湖南中聯(lián)08年5月推出了TCR6055動(dòng)臂塔機(jī),起重力矩達(dá)到640t.m,撫順永茂也將推出STL720同類塔機(jī)。
這里說(shuō)的型動(dòng)臂式塔機(jī),已經(jīng)不是傳統(tǒng)意義上的下回轉(zhuǎn)、非自升式動(dòng)臂式塔機(jī),而是代表著起重量、起升高度、起升速度的當(dāng)代重型建筑起重機(jī)。就上述典型工程施工來(lái)說(shuō),型動(dòng)臂式塔機(jī)是其首選,甚至是唯一選擇。能夠創(chuàng)造如此多“第一”的型動(dòng)臂塔機(jī)必然有其在性能、結(jié)構(gòu)、應(yīng)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)
型動(dòng)臂塔機(jī)除具備外爬、內(nèi)爬、行走功能外,特殊功能
(1)起重量
現(xiàn)代型建筑工程采用了鋼或鋼、混凝土組合結(jié)構(gòu),吊裝單元的重量提高,異型、組合結(jié)構(gòu)通常達(dá)到32噸,最達(dá)到80余噸。因此,型動(dòng)臂塔機(jī)配置重型主起升系統(tǒng),最起重量通常在32至100噸。
(2)起升高度
由于采用了特殊的爬升體系,起重機(jī)可隨建筑結(jié)構(gòu)整體爬高,起升高度幅度提高。
(3)起升速度
起升結(jié)構(gòu)功率,特別是采用了自備的內(nèi)燃機(jī)拖動(dòng)方案,帶負(fù)荷起升速度超過(guò)100m/min.
2結(jié)構(gòu)特性
(1)吊臂起伏角度,尾部回轉(zhuǎn)半徑小
型動(dòng)臂式塔機(jī)吊臂起伏角度在17至83度之間,拓寬了設(shè)備的能力和工作范圍。相對(duì)于水平臂塔機(jī),吊臂的仰角相當(dāng)于增加了塔身的高度,有效擴(kuò)展的工作范圍幾乎是以吊臂長(zhǎng)度為半徑的半球體空間。這對(duì)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(gè)方面的問(wèn)題。其一,吊臂自重彎距變化。如M440D安裝55米吊臂,當(dāng)由最小幅度變化到最幅度時(shí),其自重彎距變化超過(guò)300t.m(安裝82米臂的M1280D塔機(jī)自重彎距變化甚至超過(guò)1000t.m),吊臂自重彎距變化對(duì)整機(jī)平衡影響很。因此型動(dòng)臂式塔機(jī)吊臂設(shè)計(jì)采用高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼,最限度地減輕臂架重量而增加吊重,提高吊重與機(jī)重的比例系數(shù)。其二,吊臂迎風(fēng)面積增加。由最幅度變化到最小幅度時(shí),相對(duì)于臂根鉸點(diǎn),其吊臂迎風(fēng)面積增加3.4倍。因此無(wú)論型動(dòng)臂式塔機(jī)處于工作狀態(tài)或非工作狀態(tài),風(fēng)載荷對(duì)塔機(jī)安全影響更,并且這種影響是變化的、動(dòng)態(tài)的,容易為操作及管理者忽視而造成重事故。這一點(diǎn)在“安全預(yù)警”中進(jìn)一步討論。
(2)吊臂穩(wěn)定性好,安裝幅度范圍
型動(dòng)臂式塔機(jī)吊臂設(shè)計(jì)采用“桿”結(jié)構(gòu),相對(duì)于水平臂塔機(jī)“梁”結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性能更好,吊臂結(jié)構(gòu)占整機(jī)結(jié)構(gòu)重的比例更小,而最起重量則更。因此,常規(guī)型動(dòng)臂式塔機(jī)起重能力都能夠達(dá)到30至100噸,有效的解決了超高鋼結(jié)構(gòu)工程對(duì)起重機(jī)起重能力的要求。另外,由于塔機(jī)吊臂設(shè)計(jì)采用“桿”結(jié)構(gòu),吊臂安裝幅度范圍更。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(jiàn),雖然吊臂安裝幅度,但是不同安裝臂長(zhǎng)對(duì)于起重特性的影響很,例如65米安裝臂長(zhǎng)在臂端起重力矩175t.m,而30米安裝臂長(zhǎng)在臂端起重力矩則能夠達(dá)到585t.m,該變化量遠(yuǎn)于水平臂塔機(jī)。此特點(diǎn)是由吊臂自重彎距變化和吊臂風(fēng)載荷引起,盡管制造商試圖采用可移動(dòng)平衡重來(lái)抵消吊臂自重彎距變化,終因制造成本等因素未成為主流。因此從有效利用型動(dòng)臂式塔機(jī)“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(duì)起重特性影響
國(guó)外型動(dòng)臂式塔機(jī)采用了獨(dú)立裝機(jī)的內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力,裝機(jī)容量可達(dá)到600Hp以上,為起重機(jī)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(dá)到32毫米以上,鋼絲繩自重對(duì)于超高工程主體結(jié)構(gòu)施工必然會(huì)影響到設(shè)備起重特性。例如M900D主鋼絲繩重量就達(dá)到8.2公斤/米,如果超過(guò)其基本高度300米,附加值2500公斤則要轉(zhuǎn)移為起重載荷,設(shè)備起重特性則要做相應(yīng)修正。該附加載荷對(duì)于型動(dòng)臂式塔機(jī)超高使用的影響是顯著的。
3特殊爬升及支撐體系
型動(dòng)臂式塔機(jī)采用了獨(dú)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)
型動(dòng)臂式塔機(jī)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(guò)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(jī)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(guò)鋼牛腿連接,斜撐桿通常采用無(wú)縫鋼管,主梁兩側(cè)設(shè)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(guò)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(gè)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(shí)交替使用。