极端条件下的重型塔吊拆除技术.pdf

20239Building Construction1934极端条件下的重型塔吊拆除技术洪子博上海建工一建集团有限公司 上海 200120摘要：结合工程实际，对市中心极其受限的空间环境下，重型塔吊的拆除技术进行了研究。从技术方案的选定、基于结构重要性的各项边界条件的计算与论证，到实际选定方案的实施、安全措施，以及施工配合等几个方面，论述了重型机械拆除的方法，以期为如今越来越严苛复杂的施工环境与越来越大型的施工机械的安拆提供一定的参考，并且进一步探讨在各个边界条件清晰下后的先期施工部署上所带来的优势。关键词：塔吊拆除；结构重要性；受限空间；极端条件中图分类号：TU71 文献标志码：A 文章编号：1004-1001(2023)09-1934-03 DOI：10.14144/ki.jzsg.2023.09.056Demolition Technology of Heavy Tower Crane Under Extreme ConditionsHONG ZiboShanghai Construction No.1(Group)Co.,Ltd.,Shanghai,200120,ChinaAbstract:Combined with the engineering practice,the demolition technology of heavy tower crane under the extremely limited space environment in the city center is studied.From the selection of technical scheme,the calculation and demonstration of various boundary conditions based on the importance of the structure,to the implementation of the actual selected scheme,safety measures,and construction cooperation,the method of heavy machinery demolition is discussed,in order to provide a reference for the installation and demolition of more and more severe and complex construction environment and larger and larger construction machinery,and under the condition of each clear boundary,the advantages brought to the early construction deployment are further discussed.Keywords:tower crane demolition;structural importance;confined space;extreme conditions除的栈桥进行安装。安装的汽车吊停放点位就在塔吊选定位置的边上，起吊距离近，极限荷载小，所以没有难度。但由于塔吊本身被裙房结构包围，且裙房四周被保护建筑、在建地下室及已封顶T2塔楼所包围，在需要进行塔吊拆除的时间点，拆除的可选择空间受到极大的限制。拆除的难度相比于安装的难度呈几何倍数增加1-5。2 拆除技术方案的选定1）采用周转塔吊进行拆除，随后再用汽车吊拆除周转塔吊。但对能够同时满足施工条件的周转塔吊型号也有很高的要求，成本过高，且会对其他区域的施工、地下室的结构补缺产生影响。所以第一时间排除。2）采用屋面吊形式进行拆除。屋面吊在拆除ST8075后还可以进一步使用，继续完成裙房后续的屋面土建施工与钢结构安装。这个方案在一开始也是项目部推进的方案，但是经过计算，需要对原结构进行进一步加固的代价较高，整体的施工准备周期过长，拆卸的整体周期不满足现场整个项目的施工进度计划，所以该方案也被排除。3）采用重型组合汽车吊进行拆除。通过测量ST8075塔吊与四周可能进行汽车吊停放点位的距离，以及进行成本、周期的测算，在进行比对及可行性分析后，最终选定1 工程概况上海市黄浦区太平洋新天地商业中心项目，由123、124、132等3个地块及1条东台路共同组成。该项目的施工区域内包含3栋办公塔楼、2栋商业裙房及配套市政工程。本文的主要实施主体即为该项目的P1商业裙房。P1裙房位于项目的西北角，整体结构为多元复合预制拼装式框架结构，即在占地面积较为宽广的商业裙房结构中设置现浇结构、钢结构以及PC结构，且每层的构件排布均不相同，构件类型既多又杂。这使得裙房结构的塔吊在选型上必须考虑端部吊重能够满足最重PC构件质量或是钢结构某构件的质量需求。而本项目最重构件为首层预制柱，质量达到13.5 t，在兼顾端部吊重与覆盖范围的情况下，选型ST8075作为结构阶段的施工塔机。ST8075作为超大型塔机，其安拆时的单次最大提升部件均超过了300 kN，所以不论是安装还是拆除都要进行评审。然而，塔吊可以通过该区域在地下地上转换阶段未拆作者简介：洪子博（1992），男，本科，工程师。通信地址：上海市浦东新区福山路33号（200120）。电子邮箱：收稿日期：2023-04-27建 筑 经 济 与 管 理BUILDING ECONOMY&MANAGEMENT建筑施工第45卷第9期1935P1裙房东侧东台路上未拆除栈桥区域作为汽车吊停放点，实施拆除作业。如图1所示。STL8075保留栈桥T2裙房结构P1裙房结构N东台路比乐中学500 t汽车吊图1 ST8075平面位置及汽吊停放布置3 极端条件重型塔吊拆除技术3.1 汽车吊选型经现场勘查及根据ST8075的各拆卸部件质量与起吊距离进行分析，本项目采用一台利勃海尔500 t汽车吊，汽车吊站位于场内施工栈桥进行拆卸作业。利勃海尔500 t汽车吊，行驶自重96 t，支腿跨距10.0 m9.6 m，悬挂配重165 t（本次汽车吊使用塔式工况）。增配超起装置，以满足吊载各主要部件时的负载工况，最大负载率为79%。由于栈桥距离裙房结构极近，裙房结构又已全部完成，外结构边高度达到24 m。对汽车吊主臂的起吊空间产生了影响，使得主臂无法伸至塔吊回转机构的起吊点位。所以再增配49 m的副臂，并以超起装置将主臂、副臂整体串联，上下起吊的空间范围进一步扩大，以此满足整个拆卸下的回转需求。如图2所示。汽车吊副臂+24 mP1裙房结构超起装置汽车吊主臂STL8075500 t汽车吊图2 拆卸立面示意通过这种组合形式，等于是将1台常规的汽车吊组装成1台移动式的动臂吊，变相实现了原本打算试试的第1种周转塔吊的方式，在性能满足的同时，还具备一定的灵活性以及满足上下左右整个空间内起吊的边界条件。成本代价上也相对周转塔吊这种方案更为低廉。3.2 结构荷载边界条件的安全性验算在满足了起吊性能及空间范围的边界条件后，就需要验证拆除工况下的结构荷载条件的限制性了。根据布置，利勃海尔500 t汽车吊停放于P1裙房东侧未拆除的栈桥之上，现需复核在汽车吊起吊作业情况下，栈桥结构是否能满足承载力要求，若不满足，需要对栈桥结构进行加固。这就是结构层面的安全性限制条件。单独对栈桥板的承载能力进行验算的主要原因在于，利用这种类似于移动式动臂吊的组合汽车吊进行拆卸，其单腿压力远超设计对栈桥板的给定界限值。本次拆卸最不利因素即为拆除回转机构时的荷载。起吊距离45 m，回转机构21.6 t，再加上汽车吊自重及配重，通过利勃海尔模拟软件进行模拟，其单腿最大压力为强侧（即拆除塔吊的起吊侧）的后腿，达到了134 t，即使通过汽车吊自带的路基箱进行荷载转换，以及结构的内力分项均摊转换为局部的均布荷载，其数值也超过设计给定的允许界限值。但是，栈桥板的实际承载能力理论上也应超过设计给出的安全值。考虑到该栈桥在拆除完成后也将进行拆除不另作他用，可以通过验算发挥其最大功用，为这种较为极端的拆卸施工起最后的作用。根据现场停放的栈桥板结构图建立PKPM模型，以格构柱为竖向支撑，上接混凝土梁板形成框架受力体系，具体尺寸作业区栈桥梁截面为1 000 mm1 000 mm，板厚300 mm，梁板结构混凝土等级为C40。格构柱型为四角钢组合截面，角钢型号180 mm18 mm，缀板尺寸200 mm 20 mm，缀板间距为600 mm，钢材均为Q355B。在PKPM中进行配筋验算，模型如图3所示。汽车吊自重960 kN，拆除ST8075时，由4支腿传力，考虑最不利工况，此时配重1 650 kN，起吊距离46 m，吊重210 kN。计算支腿产生最不利荷载时各点反力。计算得到最大反力为1 951 kN，最小反力为41.76 kN；另一对角线上2支腿反力为954.38 kN。这里不采用利勃海尔的模拟数值主要还是考虑需将分项系数计算在内，确保一定的安全冗余度。以此作为前提进行安全性验算，再将直接荷载按照路基箱面积均匀分配，路基箱尺寸为2.2 m4 m20 cm，材料为Q345，考虑最不利工况。经核算，柱截面最大应力比为0.11，柱截面满足要求。梁截面配筋面积6 434 mm22 700 mm2，箍筋12 mm 150 mm，配筋面积301 cm2130 mm2，梁截面及配筋满足要求。然而，到了面板配筋计算时，在技术研究的初次计算上，面板配筋的结果并不满足要求。经核算，配筋面积1 696 mm22 027 mm2，小于计算得到的配筋结果。这种情况，最开始项目部考虑在板面需要停放支腿处进行局部的板面面筋补强，增配钢筋。但是，这样的补强方式，在先不考虑增加成本的情况下，单是需要等待混凝土的强度达标后才能进行拆除这一点上就对现场的实际施工部署产生了极大的影响。而如果进一步增大路基箱的尺寸，其起到的作用并不大。研究表明，单纯地提升下铺面积在内力分摊上是有一个急剧的衰变过程的1。所以，进洪子博:极端条件下的重型塔吊拆除技术20239Building Construction1936一步扩大路基箱的面积能起到的作用也是微乎其微，向下传递的荷载本质上没有质的减小。项目部转换思路，在经过研究后发现，建模计算的过程中，软件内在结构重要性系数的选择上均选择了1.0的常规系数，前文中所有的梁柱计算均按照这个数值进行计算，并通过了验算，且结构板部位的计算，也仅仅是超出一点。所以在此考虑是否可以将结构重要系数按照0.9的取值单独对板进行验算。考虑到栈桥板是个临时性结构，且本次拆除完成后栈桥板也随即拆除不另作他用，确实有条件将结构重要性系数下调。但是，下调后是否会产生影响还需要进行论证。这就转换为结构易损性的分析问题，而这在结构的连续性倒塌问题中做了很多分析。就是讨论结构中某一构件局部遭到损坏或破坏并从破坏的位置沿构件进行传递，最终引发大面积的连续破坏性倒塌事故4。这就需要对结构体系中每一个构件的易损性、重要性进行评价或是鲁棒性分析。基于背景工程的实例来解释，栈桥板在承受较大的荷载时，很有可能由于面板筋的配筋面积不够从而发生局部的破损。这种损坏会向四周构件进行一定的延伸。但是由于构件重要性与结构的易损性成反比，与结构的冗余度成反函数关系。所以，板面的碎裂很有可能仅仅延伸至板边缘，到梁结构即阻止了破坏，安全储备足够。由于构件重要性系数能够反映构件受到约束的程度：重要性系数越小，说明构件受到的冗余约束越多，则在其失效以后，会有较多的替代传力路径替其分担荷载；反之则系数越大，冗余约束越少，构件的不可破坏性要求就越高5。通过计算，栈桥板的重要性系数实际量值在0.46左右，通过失效路径简易模型来表示，如图4所示。其中编号14为竖向支撑柱，58为单跨四周边梁，912为板面分区。假设路基箱均布荷载使得9板面区域发生破裂，则板面的失效路径为：板向其他板区域扩散，910/11/12停滞；或者板向梁扩散，97/8停滞。梁板本身的安全储备与冗余度均较高，板本身的不可破坏性较低。123465891011127 图3 模型三维结构示意 图4 失效路径简易模型所以，板面的配筋验算可降低软件内的结构重要性系数进行第2轮验算。在调整系数从1.0降至0.9后，经核算，栈桥板配筋面积1 696 mm21 400 mm2，满足设计要求。事实上，在后来的实际拆除中板面也足以支撑路基箱所带来的均布荷载。整个过程也均在计算结果的范围内，安全性上是得以保证的。4 极端条件下的拆除施工管理4.1 周边碰撞结构的施工管理现场拆除作业首要是匹配拆除条件与实际施工情况，即P1裙房的东侧东台路再向东的T2塔楼的裙房部分。从拆除时的平面布置来看，在配件装配完成后的汽车吊，其回转角度只能控制在东台路以西的180内，顶多再向两侧向东延伸30240的范围内，回转角度再增加就会直接与T2塔楼的结构发生碰撞。所以在拆卸时，需在指挥及驾驶员可视范围内设置警戒线或警戒标记。拆卸施工时，配置专职安全员进行观察与整体场控。同时，停掉拆卸作业区域所在轴线内的T2塔楼最外围钢结构施工。2层及以上的柱梁均先暂时不要安装，安排到其他非影响区域进行施工。背景工程的拆卸作业场所两边结构都距离极近，不仅要考虑起吊侧的上下空间，同时也要考虑回转侧的上下空间区域是否会有遮挡或是碰撞，例如结构的外围盘扣架、施工安全防护通道的杆件、定制化的安全措施组件、仓库临时设备用房等。T2外围钢结构的施工部署调换，也为ST8075的组件拆解与吊运工作提供了空间。在整个拆卸作业部署上，不仅需要利用利勃海尔500 t汽车吊，还需要利用500 t汽车吊将1台70 t小型汽车吊吊至栈桥前方的东台路上，用于进一步拆解塔吊组件，并将拆解组件吊至平板车上作退场处理。4.2 作业区域上下区域的施工管理针对2台汽车吊的施工作业区域，要重点关注其上下的全部影响区域。由于处在地下室顶板、未来道路的底板结构上进行作业，故要根据现场情况设置好相应边界条件。首先，栈桥板面上多余的堆载要在汽车吊进场前作清理转移。考虑到这种极端条件的拆卸作业，其本身的容错率就较低，所以在栈桥板上提前设定好汽车吊的停放边线以及4只支撑伸脚的大致区域。将栈桥下的格构柱、梁线局部标出，避免伸脚未能按照预先设定的位置进行停放。于汽车吊进场时重点进行督查与验收，各方都确认无误后方可开始组装及后续的拆卸作业。在正式作业前，针对栈桥下作主要支撑的格构柱，还需要将其地下每一层的柱板梁交界处做结构补缺，进一步增强格构柱的稳定性。其次，在整个作业期间需重点关注栈桥板情况。第1次在500 t汽车吊组装完成后进行观察，确保回转空间与栈桥板的稳定性与安全性；第2次在满配重安装完成后观察弱侧支腿的栈桥板情况；第3次在实际吊载负载率达到30%、50%、80%时进行观察，一有任何失稳现象，及时叫停。（下转第1942页）洪子博:极端条件下的重型塔吊拆除技术20239Building Construction1942甲酯等具有低毒可燃易爆性，所以氰凝、聚氨酯喷涂工施工时均需佩戴防毒面具，防止中毒。每半天更换一次滤毒盒；施工人员防毒面具库存不少于施工作业每人5只，滤毒盒不少于施工作业每人10只。管理人员防毒面具库存不少于10只，滤毒盒不少于30只。3）清洗工具设备时，不可直接接触溶剂。4）所有施工人员及管理人员都需经过针对保温的三级教育、保温安全交底后，方可上岗。5）每天组织施工人员和管理人员召开晨会，严格避免违禁物品进入施工区域。明确并进行特事特办教育，执行滑雪场施工区进出口检查制度，对进入人员进行安检。4 施工机械安全管控4.1 设施设备安全防爆管理保温施工所使用的设备设施（电箱、风机、监测设备等）均设置防爆装置，由电气工程师、技术负责人、质量负责人、安全负责人联合进行施工前验收，形成文件。4.2 大型机械选型及施工区间控制根据现场结构特性，结合现场实际工况，配备吊篮、曲臂车、登高车辅以聚氨酯保温喷涂，汽车吊配合运输。1）每日聚氨酯保温施工前，明确材料使用数量及施工区域，由汽车吊提前驳运到位，喷涂阶段用油车辆不进入施工作业区，避免启动瞬间产生火星。2）综合市场选型，曲臂车、登高车选用蓄电池电车，避免启动瞬间产生火星，且绿色环保。3）吊篮选型及相应开关箱均设置防爆装置，并合理组织聚氨酯喷涂施工，吊篮周转需在非喷涂施工阶段进行。5 结语首先对聚氨酯发泡外墙保温系统进行阐述，并结合上海临港耀雪冰雪世界超大室内滑雪场聚氨酯发泡保温施工，对施工过程中的安全管控进行研究。从聚氨酯黑白料及氰凝的物理化学特性入手分析危险性，随后从安全管控组织体系、施工材料堆放及管控、施工过程送排风的设计、监测报警的全周期控制、施工区块的进出场安全管理、施工过程的防毒防护安全制度入手，分析设备设施及大型机械的防爆控制，以确保超大室内滑雪场聚氨酯发泡剂喷涂的施工安全管控，对同类项目有较好的示范作用。1 孙智,宋桂霞.外墙喷涂聚氨酯发泡保温技术应用实例J.建筑技 术,2005,36(10):752-754.2 赵连昆,李莹,杨帆.现场喷涂聚氨酯发泡外墙保温系统施工技术要 点J.青岛理工大学学报,2011,32(2):137-140.邱迪、顾大为:超大室内滑雪场发泡保温施工的安全管控（上接第1936页）最后，检查小汽车吊作业区域所在东台路下方实际施工情况。背景工程中，在拆除期间，东台路下方有柱结构，由于其他原因还未能完成与东台路相连，致使这部分区域的结构板实为悬挑结构，所以在组件拆除后的堆放与小汽车吊的停放都要注意避开该区域。现场也同样对该区域以警戒线进行告知，避免拆除作业人员误入其中。5 结语本文以上海市太平洋新天地商业中心项目P1裙房施工所用的重型塔吊ST8075的拆除作为实例，探讨了在极端条件下将这种大、重型塔吊拆除所需要的各个条件及要点，从汽车吊的起吊性能研究、装配件的需求性，到支承结构的荷载验算、安全性的研究，最后再到空间范围内的施工碰撞研究、其他影响结构的施工排布等，较为综合性地给出了在碰到这一类型机械拆除情景时的应对措施，及推进相关技术工作和施工安排的方法。现在越来越多的项目需要采用像ST8075这类大、重型施工机械，随之而来的就是拆除时所面临的风险与技术方案的选择。就像前文中所提到过的，可以选择采用另一台周转塔吊进行拆除及后续的辅助施工，但成本上相比于采用这种非常规的组合类汽车吊还是高出不少。所以很多项目在初期策划上就可进一步增大所采用塔吊的型号规格，如能较为准确地评估出拆除时的施工工况及相应的承载结构状态及参数，就可以提前做出规划、补强，确保将重型塔吊成功拆除。而这种单一的大、重型塔吊的施工范围、空间等，相比于采用23台较小型的塔吊来替换，其安拆费用、使用成本上也具有一定优势。这样的塔吊选择与拆除方式在整个项目的初期成本预测中也成为一个可以探寻的研究方向。1 张立森,方圣恩.考虑内力分项贡献度的框架构件重要性评价J.计 算力学学报,2017,34(6):732-738.2 葛建光.城市综合体裙楼塔吊高空拆除技术J.山西建筑,2020,46(10):104-106.3 李飞.复杂环境条件下的塔吊拆除方案J.建筑施工,2021,43(4):614-616.4 李宁,杨博,姜绍飞.基于构件重要性系数的结构易损性分析J.辽 宁工程技术大学学报(自然科学版),2010,29(1):83-86.5 柳承茂,刘西拉.基于刚度的构件重要性评估及其与冗余度的关系 J.上海交通大学学报,2005,39(5):746-750.