高层建筑施工用垂直运输机械

第4章高层建筑施工用垂直运输机械●4.1塔吊●4.1.1概述●4.1.2固定式塔吊基础的计算●4.1.3塔式起重机附墙装置的计算●4.2施工电梯●4.2.1概述●4.2.2施工电梯基础及附墙装置的构造做法●4.3混凝土搅拌运输车与混凝土泵●4.3.1混凝土搅拌运输车●4.3.2混凝土泵●4.3.3混凝土输送管路布置●4.1塔吊●4.1.1概述1．塔吊的组成塔吊又称塔机或塔式起重机。塔式起重机的结构特点是有一个直立的塔身，起重臂安装在垂直塔身的上部，它是高层、超高层建筑施工的主要施工机械。随着现代新工艺、新技术的不断广泛使用，塔式起重机的性能和参数的不断提高。塔式起重机由金属结构部分、机械传动部分、电气控制与安全保护部分以及与外部支承设施组成。金属结构部分包括行走台车架、支腿、底架平台、塔身、套架、回转支承、转台、驾驶室、塔帽、起重臂架、平衡臂架以及绳轮系统、支架等。机械传动部分包括起升机构、行走机构、变幅机构、回转机构、液压顶升机构、电梯卷扬机构以及电缆卷筒等。电器控制与安全保护部分包括电动机、控制器、动力线、照明灯、各安全保护装置以及中央集电环等。外部支承设施包括轨道基础及附着支撑等。2．塔吊的分类塔式起重机可按构造特点和起重能力等进行分类。1)按行走机构划分分为自行式塔式起重机、固定式塔式起重机。自行式塔式起重机能够在固定的轨道上、地面上开行。其特点是能靠近工作点，转移方便，机动性强。常见的有轨道行走式、轮胎行走式、履带行走式等。固定式塔式起重机没有行走机构，能够附着在固定的建筑物或建筑物的基础上，随着建筑物或构筑物的上升不断地上升。2)按起重臂变幅方法划分分为起重臂变幅式塔式起重机和起重小车变幅式塔式起重机。前者起重臂与塔身铰接，变幅时可调整起重臂的仰角，常见的变幅结构有电动和手动两种；后者起重臂是不变(或可变)横梁，下弦装有起重小车，变幅简单，操作方便，并能负载变幅。如图4.1、图4.2所示。图4.3附着式塔式起重机简图图4.4内爬式塔式起重机简图3．塔吊的特点塔吊一般具有下列特点：(1)起重量、工作幅度和起升高度较大。(2)360°全回转，并能同时进行垂直、水平运输作业。(3)工作速度高。塔式起重机的操作速度快，可以大大地提高生产率。国产塔式起重机的起升速度最快为120m/min，变幅小车的运行速度最快可达45m/min；某些进口塔式起重机的起升速度已超过200m/min，变幅小车的运行速度最快可达45m/min；某些进口塔式起重机的起升速度已超过200m/min,变幅小车的运行速度可达90m/min。另一方面，现代塔式起重机具有良好的调速性和安装微动性，可以满足构件安装就位的需要。(4)一机多用。为了充分发挥起重机的性能，在装置方面，配备有抓斗、拉铲等装置，做到一机多用。(5)起重高度能随安装高度的升高而增高。(6)机动性好，不需其他辅助稳定设施(如缆风绳)，能自行或自升。(7)驾驶室(操纵室)位置较高，操纵人员能直接(或间接)看到作业全过程，有利于安全生产。3．塔吊的主要性能参数塔式起重机的主要性能参数包括起重力矩、起重量、起升高工作幅度等参数。选用塔式起重机进行高层建筑施工时，首先应根据施工对象确定所要求的参数。1)幅度幅度，又称回转半径或工作半径，即塔吊回转中心线至吊钩中心线的水平距离。幅度又包括最大幅度与最小幅度两个参数。高层建筑施工选择塔式起重机时，首先应考察该塔吊的最大幅度是否能满足施工需要。2)起重量起重量是指塔式起重机在各种工况下安全作业所容许的起吊重物的最大重量。起重量包括所吊重物和吊具的重量。它是随着工作半径的加大而减少的。3)起重力矩初步确定起重量和幅度参数后，还必须根据塔吊技术说明书中给出的资料，核查是否超过额定起重力矩。所谓起重力矩(单位kN·m)指的是塔式起重机的幅度与相应于此幅度下的起重量的乘积，能比较全面和确切地反映塔式起重机的工作能力。4)起升高度起升高度是指自轨面或混凝土基础顶面至吊钩中心的垂直距离，其大小与塔身高度及臂架构造型式有关。一般应根据构筑物的总高度、预制构件或部件的最大高度、脚手架构造尺寸及施工方法等综合确定起升高度。4．塔吊的布置在编制施工组织设计、绘制施工总平面图时，合适的塔式起重机安设位置应满足下列要求：(1)塔式起重机的幅度与起重量均能很好地适应主体结构(包括基础阶段)施工需要，并留有充足的安全余量。(2)要有环形交通道，便于安装辅机和运输塔式起重机部件的卡车和平板拖车进出施工现场。(3)应靠近工地电源变电站。(4)工程竣工后，仍留有充足的空间，便于拆卸塔式起重机并将部件运出现场。(5)在一个栋号同时装设两台塔式起重机的情况下，要注意其工作面的划分和相互之间的配合，同时还要采取妥善措施防止相互干扰。●4.1.2固定式塔吊基础的计算塔式起重机上部载荷传递到底座的力，大致由中心受压、在x或y轴向的弯矩和起重臂旋转所引起的扭转惯性力等组成。随着塔式起重机的类型不同，底座力传递对象也有所不同：行走式为轨道基础，自升式、内爬式为支承架，附着固定式为钢筋混凝土基础。在设计计算中应根据具体作业特点分别计算。高层建筑施工用的附着式塔式起重机，大都采用小车变幅的水平臂架；幅度亦多在50m以上，无须移动作业即可覆盖整个施工范围，因此多采用钢筋混凝土基础。钢筋混凝土基础有多种形式可供选用。对于有底架的固定自升式塔式起重机，可视工程地质条件、周围环境以及施工现场情况选用X形整体基础、条块分隔式基础或者是独立块体式基础。对无底架的自升式塔式起重机则采用整体式方块基础。X形整体基础如图4.5所示的形状及平面尺寸大致与塔式起重机X形底架相似，塔式起重机的X形底架通过预埋地脚螺栓固定在混凝土基础上。此种形式多用于轻型自升式塔式起重机。长条形基础如图4.6所示，由两条或四条并列平行的钢筋混凝土底梁组成，分别支承底架的四个支座和由底架支座传来的上部载荷。当塔式起重机安装在混凝土砌块人行道上或者是原有混凝土地面上，均可采用此种形式的钢筋混凝土基础。分块式基础如图4.7所示，由四个独立的钢筋混凝土块体组成，分别承受由底架结构传来的上部载荷，块体的构造尺寸视塔式起重机支反力大小及地耐力而定。由于基础仅承受底架传递的垂直力，故可作为中心负荷独立柱基础处理。其优点是：构造比较简单，混凝土及钢筋用量都较少，造价便宜。图4.5X形整体式钢筋混凝土基础图4.6条块分隔式钢筋混凝土基础独立式整体钢筋混凝土基础如图4.8所示，适用于无底架固定式自升式塔式起重机。其构造特点是：塔式起重机的塔身结构通过塔身基础节、预埋塔身框架或预埋塔身主角钢等固定在钢筋混凝土基础上，从而使塔身结构与混凝土基础连成一体，并将起重机上部载荷全部传递地基。由于整体钢筋混凝土基础的体形尺寸是考虑塔式起重机的最大支反力、地基承载力以及压重的需求而选定的，因而能确保塔式起重机在最不利工况下均可安全工作，不会产生倾翻事故。图4.7分块式钢筋混凝土基础图4.8独立式整体钢筋混凝土基础1.分块式基础的计算塔式起重机基础如图4.9所示。1)确定基础预埋深度根据施工现场地基情况而定，一般塔式起重机基础埋设深度为1～1.5m。2)基础面积F的估算塔式起重机所需基础的底面积F按许用土地承载力估算如下：ddNGFd图4.9ZTl20自升式塔式起重机基础简图式中：N——每个基础承担的垂直载荷；G——基础自重，可按0.06N估算；——许用地基承载力(具体取值需根据地质报告确定)，常用灰土处理后的地基承载力为200kN/m2；——20kN/m3；d——基础埋深(从基础顶到地面高度)(m)。3)基础平面尺寸的确定基础浇筑成正方形，其边长为4)初步确定基础高度按KTNC公式估算：式中：x——系数，x=0.38；a——基础边长；a0——柱顶垫板的边长。ddaF(4-2)0()Hxaa(4-3)基础的有效高度：h0=H－δ式中：δ——基础配筋的保护层厚度，一般不少于70mm。5)验算混凝土基础的冲切强度混凝土基础的冲切强度应满足下式：式中：——垂直载荷在基础底板上产生的应力，=N/a2；RL——混凝土抗拉强度，参见表4-1；k——安全系数，一般取1.3；A1：当a≥a0+2h0时，当aa0+2h0时，A2：当a≥a0+2h0时，A2=(a0+h0)a，当aa0+2h0时，210.75LtRAkA(4-4)t200001()()2222aaaaAhah10()022aaAha2020000A=()()22aaahhh6)配筋计算土壤反力对基础底板产生的弯矩M：所需钢筋截面积Fg为:式中：k——安全系数，k=2；——钢筋强度设计值所配钢筋截面积Fg应满足下式200()(2)24tMaaaa(4-5)00.875gskMFh(4-6)sg0.15%FaH(4-7)2.整体式基础的计算根据起重机在倾覆力矩作用下的稳定性条件和土壤承载条件确定基础的尺寸和重量，计算式不考虑和基础接触的侧壁的影响。1)确定基础预埋深度根据施工现场地基情况而定，一般塔式起重机基础埋设深度为1～1.5m，但应注意须将基础整体埋住。2)基础面积的估算所需基础的底面积F的估算见式(4-1)，但此处N为基础承担的垂直载荷。3)基础平面尺寸的确定基础浇筑成正方形，并应满足以下两个条件。(1)式中：a——基础边长，可按下式初步估算：a=1.4；——有弯曲作用产生的压应力，其大小为=M/WdM——起重机的倾覆力矩(N·m)；2dd2MNGdaa(4-8)MFMWd——基础底面对垂直于弯曲作用平面的截面模量，Wd=a3/6(m3)。(2)式中：——安全系数，=1.5。4)初步确定基础高度基础高度的初步确定，见式(4-3)。根据稳定性条件验算基础重量：式中：M——起重机倾覆力矩(N·m)；k——最小稳定系数(附载时)，不考虑惯性力、风力和离心力，k=1.4；V——基础体积(m3)；——混凝土容重(t/m3)，=25t/m3。5)验算基础冲切强度及基础配筋计算基础冲切强度及基础配筋计算同分块基础，但在进行冲切强度验算时，式(4-4)中的安全系数应取值为2.2。220dMNGdaa(4-9)2MkVa(4-10)●4.1.3塔式起重机附墙装置的计算为了保证安全，一般塔式起重机的高度超过30～40m就需要附墙装置，在设置第一道附墙装置后，塔身每隔14～20m须加设一道附墙装置。附墙装置由锚固环、附着杆组成。锚固环由型钢、钢板拼焊成方形截面，用连接板与塔身腹杆相连，并与塔身主弦杆卡固。附墙拉杆有多种布置形式，可以使用三根或四根拉杆，根据施工现场情况而定。三根拉杆附着杆节点如图4.10所示。附墙拉杆的受力大小取决于锚固点以上塔身的载荷以及附墙装置的尺寸及形式。对三拉杆支撑式，受力如图4.11所示。塔身受力为水平力Fx、Fy及扭矩M，三根拉杆为轴心受力构件，根据静力平衡条件方程，可求得各杆件内力。对四拉杆支撑式，受力如图4.12所示。杆系是超静定结构，可以用力法方程求解。将杆件1视为多余约束，此时杆系成为静定结构，则在外载荷作用下各杆件内力，Nip由以下力平衡方程解出：，，。再求得在沿杆件1方向的单位多余约束力作用下的各杆件内力。单位力引起杆件1的位移δ11为：=0XAM=0y=011iiNlEA(4-11)图4.10Q4-10型塔式起重机附着装置图4.11三拉杆支撑式附墙装置图4.12四拉杆支撑式附墙装置外载荷引起的杆件1的位移为:根据力法方程可解出多余约束力x1(即N1)为：各杆件内力为Ni=Nip+x11PiipiNNlEA1P(4-12)1111+0Px1111/Px(4-13)然后按受压构件计算各杆件稳定性，以及附墙预埋件强度。计算塔吊基础、附壁计算的外力时，对独立塔身，可取上端自由、下端固定的计算简图；对附着式塔身，可取带悬臂多跨连续梁的计算简图。塔吊上的荷载可以按照《塔式起重机设计规范》(GB/T13752—1992)计算和组合，见表