广州珠江新城西塔高空重型塔式起重机拆除技术

国内超高层建筑施工过程中均使用了自爬式重型塔式起重机，其高空拆除成为一个难题，主要有以下难点:①该类塔式起重机一般位于超高层建筑的顶部，拆除工作属于高空作业，安全风险比较大。②该类重型塔式起重机的构件质量较大，无法采用普通拆除工具拆除和吊运。1工程概况广州珠江新城西塔M900D塔式起重机基座坐落在顶标高为390.9m的支撑架上，附墙支撑架高411.15m，安装高度463.2m，在这个高度下完成拆除工作，有以下难点:①塔式起重机的拆除高度为463.2m，增加了构件下放的难度;②单体构件的体积和质量都很大，最重构件为14.428t;③场地条件有限，施工场地仅90m2、标高432m的屋面及地面上西南面，还需要考虑玻璃幕墙的影响。2施工工艺2.1总体施工流程优化后的拆除步骤如下:①利用原有重型塔式起重机在屋面安装的轻型塔式起重机;②利用已安装的轻型屋面塔式起重机拆除原有重型塔式起重机;③利用已安装轻型塔式起重机在屋面安装可拆卸型桅杆式起重机;④利用可拆卸型桅杆式起重机拆除轻型塔式起重机;⑤解体可拆卸型桅杆式起重机，并用垂直运输工具运至地面。依据以上拆除思路，并结合西塔项目的实际情况，确定出如下总体拆除流程:M900D塔式起重机安装M370R塔式起重机→M900D塔式起重机安装SDD20/15起重机→M370R塔式起重机拆除6号M900D塔式起重机→SD20/15起重机拆除M370塔式起重机→SDD20/15起重机安装SDD3/17起重机→SDD3/17起重机解体拆除SDD20/15起重机→解体SDD20/15起重机并用施工电梯运出。M900D为已有重型塔式起重机，M370R为轻型塔式起重机，SDD20/15、SDD3/17为可拆卸型桅杆式起重机。2.2拆除设备平面布置根据拆除工艺以及吊装机械的相关性能，在西塔结构屋面优化出吊装机械布置平面，如图1所示。M370R塔式起重机在幅度22m处，起重能力为12.4t，满足M900D最重构件11.5t的要求。此时构件边缘与建筑物边缘的水平距离7 671mm，能保证M900D塔式起重机构件的安全下放。SDD20/15起重机在扣除起升钢索质量的前提下，在最大幅度33.4m处，其起重能力为6.4t，满足M370R塔式起重机最重构件5.614t的起重要求。在SDD20/15起重机拆除或下放过程中，最重构件为主操作平台、起升机构和动力包，均为1.50t。而SDD3/17起重机在扣除起升钢索质量的前提下，在最大幅度17m处，其起重能力为2.53t，满足拆除或者下放SDD20/15起重机构件的起重要求。2.3拆除设备基础设置在西塔顶部外框筒钢结构与筒内混凝土竖向结构上安装钢结构箱形梁基座，基座钢梁主梁1～4截面尺寸为800mm-400mm-30mm-40mm，主梁5截面尺寸为500mm-500mm-30mm;次梁截面为H300-150-65-9。材质均为Q235B，铰接点为外框筒钢梁与内筒混凝土墙的连接节点，支座形式如图2所示。2.4设备拆除施工流程2.4.1 M900D拆除流程拆除配重(6块)→松吊钩、收主绳、缠绕变幅钢丝绳、拆除起重臂→起重臂在104层屋面解体→分节(下放起重臂)→拆除A架→拆除主卷扬机系统→拆除变幅系统→拆除卷扬机/动力组→拆除剩余配重(6块)→拆除机械平台→机械平台在塔式起重机上解体→下放驾驶室→下放机械平台→拆除上回转支承→拆除下回转支承→标准节(4节)→拆除97层附着→拆除标准节(9节)→拆除顶升节。M900D构件拆除方法:①起重臂由于起重臂的长度长(9.2m/13.7m)、质量轻，决定采用竖直吊装的方法进行，保证构件的安全下放。②A架采用整体起吊，直接下放，在地面解体;③机械平台在空中解体为两段，后段直接吊下(拆除完平台、护栏、清理销轴和柴油等，以减轻机械平台质量，控制在11.5t);④标准节标准节的拆除与下放按顺序逐步进行;⑤附墙支撑系统用M370R塔式起重机拆除M900D塔式起重机的2道附墙支撑系统，直接吊放在地面。2.4.2 M370R拆除流程放松吊钩、收主绳、缠绕变幅钢丝绳、拆除起重臂→起重臂在104层屋面解体并下放→拆除A架→拆除起升钢丝绳→拆除起升机构→拆除动力包→拆除机械平台→机械平台在屋面临时堆放→拆除上回转支承→拆除下回转支承→拆除标准节(2节)。M370R构件拆除方法:①起重臂用SDD20/15起重机整体拆除后暂放在104层屋面解体，然后分段下放至地面。②A架整体起吊，直接下放，在地面解体;③机械平台整体起吊，直接下放，在地面解体;④标准节按顺序逐节进行。2.4.3 SDD20/15、SDD3/17拆除放松吊钩、收主绳、缠绕变幅钢丝绳、拆除起重臂→起重臂在104层屋面解体→拆除后支腿→拆除A架、起升机构和回转支承→拆除接地杆、动力包和主操作平台。SDD20/15构件拆除方法:①起重臂用SDD3/17整体拆除后暂放在104层屋面并解体，然后分段下放至地面。②A架采用整体起吊，直接下放，在地面解体;③起升机构和回转支承采用整体起吊，直接下放，在地面解体;④接地杆、动力包和主操作平台分别采用整体起吊，直接下放，地面解体。SDD3/17由于其构件小、质量轻，直接采用人工的方法，借助链条葫芦等小型起重工具，将其在屋面进行解体拆除。通过电梯运至地面。对于较重的主起升卷扬总成，因为属于机械部分，能够再次进行解体，控制其单件的质量在100kg范围内。3拆除塔式起重机力学分析3.1工况分析对于吊装机械基座，其受荷情况随吊臂的不断移动而变化，基座与塔式起重机连接处的不均匀受力与塔臂方位密切相关，随着塔臂方位的变化，塔式起重机竖向荷载在上述4点处的分配也相应改变，如图3所示。由图3可知，当塔式起重机吊臂位于方位4及方位2时，塔式起重机作用给基座的荷载情况最不利;当吊臂位于方位2时，连接点④受最大拉荷载，连接点①受最大压荷载;当吊臂位于方位4时，即此时连接点②受最大拉荷载，连接点④受最大压荷载。依据以上思路以及塔式起重机公司提供的荷载，屋面吊装机械基座主要承受来自M370R塔式起重机、SDD20/15起重机、SDD3/17起重机的基座荷载，主要受力情况为:①M370R塔式起重机+SDD20/15起重机;②SDD3/17起重机+SDD20/15起重机。其中第1种情况对整个基座钢梁部分的作用力最大，应作为分析重点。考虑荷载组合公式:1.2-恒荷载+1.0-活荷载，确定计算工况如下:①工况1主梁1中部受向下荷载，主梁2端部受向上荷载，主梁5受向下荷载;②主梁2中部受向下荷载，主梁1端部受向上荷载，主梁5受向下荷载;③工况3主梁1中部受向上荷载，主梁2端部受向下荷载，主梁5受向上荷载;④工况4主梁1端部受向下荷载，主梁2中部受向上荷载，主梁5受向上荷载。3.2结果分析3.2.1钢结构基座受力分析拆除机械基座的受力情况如表1所示。从计算结果可以看出，整个拆除机械钢结构基座的最大应力为86MPa，钢材强度设计值295MPa，满足要求。最大应力出现在工况1，4种工况的最大应力值差别不大，说明在不同的荷载作用下，该拆除机械钢结构基座均能满足要求。3.2.2主体结构受力结构分析拆除机械的钢结构基座位于西塔顶层消防水池与外框筒钢梁上，经工况1～4的计算分析可知，水池壁板所受来自钢结构基座的最大压力为710.5kN，最大拉力为－602.5kN，外框筒钢梁受力最大部位为主梁1和主梁2支座处，所受最大压力为1 320kN，最大拉力为1 040kN。由于消防水池原设计容量为600t，考虑拆除塔式起重机时水池未装水，则所增加荷载远小于水的质量，所以水池壁板及下层楼盖承载力满足要求。主梁1和主梁2支座距外框筒钢梁端部为0.6m，钢梁截面为H800-300-14-26，作用在梁上最大剪力V=1 320kN，最大弯距M=792kN-m(偏于安全按悬臂考虑)，均未超出原设计梁截面的承载力，满足使用要求。