塔式起重机选型是一个系统性决策过程,需要综合评估工程需求、设备性能、现场条件和安全规范等多方面因素。以下从技术角度阐述选型的基本方法和要点。
塔式起重机选型通常按照以下步骤进行:首先明确施工需求(起重量、起重高度、工作幅度等基本参数),其次评估场地条件(地基承载力、周边障碍物、运输道路等),然后根据施工特点选择合适类型的塔机,综合安全性能和技术参数确定具体型号。选型的合理性直接影响施工安全、工程进度和成本控制,需要反复校核、审慎决策。
塔式起重机的选型首先需要确定三个基本参数:起重量(吊重能力)、幅度(工作半径)和起升高度。
1. 起重量(吊重能力)
起重量是塔机选型的基础依据,应根据施工现场需要吊装的构件重量来确定,同时还需要计入吊具、吊索等辅助装置的重量。对于装配式混凝土结构(PC)工程,各工程不同PC构件的类型、截面、重量、平面位置,对塔式起重机幅度和载荷影响较大,是塔式起重机吊装能力选择需要考虑的第一要素。需要注意的是,塔机在不同幅度处的额定起重量是不同的,通常幅度越大、额定起重量越小,因此选型时应重点关注最远幅度处的吊重能力是否满足要求,而非仅关注起重量。
2. 幅度(工作半径)
幅度是指从塔式起重机回转中心线至吊钩中心线的水平距离,分为幅度和幅度。幅度的选择应保证塔机能够覆盖整个施工区域,塔式起重机应具备的幅度可按下式计算:
L₀ = A + B + △₁
式中:A为由轨道基础中心线至拟建建筑物外墙皮的距离;B为建筑物宽度;△₁为构件堆存和挂钩预留的安全操作距离(一般取1.5~2m)。通常臂长以保证能够覆盖全部工程并稍有余量为宜,常见臂长为30m、40m、50m、55m、60m、70m等规格。
3. 起升高度
起升高度应满足施工楼层高度的要求。塔式起重机的高度应比建筑物的高度高出一定范围(通常为10~15米),以确保施工过程中的灵活性和安全性。当塔机高度超过自由高度后,需要采用附墙措施将塔机与已建结构锚固在一起,不同类型的塔机第一次附墙的高度和每两道附墙之间的距离不同。如果施工速度快、附墙部分尚未达到预定强度,则应考虑选用自由高度较大的塔机类型。
4. 起重力矩
起重力矩是塔式起重机的主参数,指起重臂为基本臂长时幅度与相应额定起重量的乘积。公称起重力矩(以kN·m或t·m为单位)是塔机型号命名和选型的重要依据,例如QTZ800B代表起重力矩800kN·m的自升式塔机。塔机在幅度时起重量,随着幅度增加起重量相应递减,在各种幅度时都有额定的起重量,不同的幅度和相应的起重量连接起来可以绘制成起重机的性能曲线图。选型时应对照塔机说明书的起重性能曲线,逐项校核各幅度处的起重量是否满足施工要求。
选型前必须对施工现场进行详细勘察,以下环境因素对塔机选型和布置有重要制约作用:
架空输电线路:拟布置的塔式起重机起重臂末端或吊物时可能产生的摆幅与输电线路的安全距离能否满足相关规范要求,当不能满足要求时,需考虑避让、缩臂,并根据相关标准要求进行防护或重新进行塔式起重机选址。
施工道路和构件堆场:施工道路的布置应尽可能连接构件堆场,PC构件的堆场应尽可能位于塔式起重机旋转幅度范围内,从而避免转场的情况发生,理想状态是利用塔式起重机空闲时间卸车,或直接卸车并完成吊装作业,从而减小现场堆存周期、提高塔式起重机利用率。
运输与拆装条件:塔式起重机的结构件较长、较重,一般为10m长,安装和拆除时需要大型运输车辆和大吨位汽车式起重机,周边道路需满足这些设备的通行要求。
建筑物平面形状与拆除空间:塔式起重机于施工前安装、于工程施工完成后拆除,定位时需要考虑到平衡臂下降时有足够空间,避免出现平衡臂与建筑物之间空间尺寸不足而需要采用大型汽车式起重机高空拆除的被动局面。对于平面形状不规则(如附着点两侧距离不等)的建筑物,当附着架参数不能满足说明书要求时,需要塔式起重机厂商另行设计附着架。
不同类型的塔式起重机适用于不同的施工场景,需根据工程特点选择合适的形式:
固定式/附着自升式塔机:能随建筑物升高而升高,适用于高层建筑,是目前施工现场应用最为广泛的类型。自升式塔机灵活性强,适用于多阶段施工项目。
内爬式塔机:在建筑物内部爬升,占用结构用钢少,适用于层建筑,可随建筑升高而逐步爬升。
行走式(轨道式)塔机:适用于大范围施工,可通过轨道移动调整位置,适合施工范围相对分散的项目。
对于超过塔机自由高度的工程,需要根据厂商说明书要求设置附着架,不同厂商的附着架参数各异,说明书中有塔机中心到建筑物距离的具体要求。
对于大型建设项目,多台塔式起重机协同作业时,选型和布置需要额外考虑以下因素:
重叠区域的安全距离:当多台塔机旋转半径存在重叠时,需考虑起重臂水平避让或高度错开。当塔式起重机可安装自由高度不能满足错开要求时,则需要根据厂商说明书要求设置附着架。在出现大臂重叠的情况下,两个塔吊大臂的高度差不能小于2m。
科学规划与防碰撞措施:群塔塔机方案首先根据施工现场布局、建筑结构特点及施工进度,合理布置各塔机的位置、型号和作业半径,限度避免起重臂、平衡臂之间的物理碰撞。建议引入群塔防碰撞系统,利用定位技术、无线通信和三维建模技术,实时监测每台塔机的运行状态(包括幅度、高度、回转角度、起重量等),一旦检测到潜在碰撞风险,系统将自动报警并联动控制停机。
集中管理与协调机制:配备监控平台,实现对所有塔机的集中管理和远程监控,支持数据存储、故障诊断和操作追溯。同时实行塔机作业协调机制,如错峰作业、作业区域等,进一步保障安全。
塔机基础的设计和选择直接影响设备的安全性和稳定性,需根据地基条件和塔机型号综合确定:
地基承载力要求:塔式起重机需安装在坚实稳定的基础上,软土地基由于承载力小,无法满足承载力要求,需根据现场具体情况选用桩式承台、钢格构柱加钢平台、支护桩承台等不同形式的基础。板式基础是当前大中型塔机基础形式之一,基础底面承载力特征值一般在120kPa~250kPa之间。
基础类型:固定式塔式起重机常采用钢筋混凝土基础,由C35混凝土和钢筋浇筑而成,有整体式、分离式和灌注桩承台式钢筋混凝土基础等形式。选择时需认真阅读塔机产品说明书中关于基础部分的技术要求。
基础计算与设计:塔机基础内部结构应具有足够的强度,即能够承受各种工况下作用于基础上的垂直力、水平力及倾覆力矩。现行《塔式起重机混凝土基础工程技术标准》(JGJ/T 187-2019)对地基计算(承载力、变形、稳定性)、板式和十字形基础、桩基础、组合式基础等均有详细规定。塔式起重机基础计算时,需按不同方向间隔分别进行计算,对工作状态和非工作状态分别计算多个组合方式。
选择塔式起重机时,应关注设备是否配备完善的安全保护系统。所有塔式起重机都应安装起重量限制器,以防止超载事故;同时应安装力矩限制器,当力矩增大时塔尖主肢结构会发生弹性形变而触发限位开关动作,达到额定力矩后起升不能动作。此外,根据现行标准GB/T 5031《塔式起重机》的要求,设备还应满足各机构制动距离等技术要求。选择具有完善安全保护装置的塔机,是确保施工过程安全性的基本前提。
在实际选型过程中,需要综合以下方面进行系统评估:
施工需求方面:建筑物高度、最重构件重量、施工范围、工期要求等;
设备性能方面:起重力矩、臂长、自由高度、附着要求、起重性能曲线等;
现场条件方面:地基承载力、周边障碍物、运输道路、拆装空间等;
经济性方面:设备投入成本、运行效率、维护保养要求等;
选型初步确定后,建议找专业塔机拆装单位对现场进行勘察后方可定型,确保选型的科学性和可行性。
温馨提示:以上内容为塔式起重机选型的技术要点概述。具体工程中,建议查阅现行标准GB/T 5031《塔式起重机》、JGJ/T 187《塔式起重机混凝土基础工程技术标准》等规范文件,并结合工程实际情况编制专项施工方案。
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