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1、1,超高层建筑施工垂直运输关键技术,西安建筑科技大学 胡长明 教授,西安建筑科技大学胡长明,2,主要内容 垂直运输体系在高层建筑施工中的重要地位 垂直运输体系的构成与配置 塔式起重机 施工电梯 混凝土泵 工程案例,西安建筑科技大学胡长明,3,垂直运输体系在高层建筑施工中的重要地位 超高层建筑施工垂直运输体系是一套相互补充的担负建筑材料设备、建筑垃圾和施工人员运输的施工机械。超高层建筑施工垂直运输体系任务重、投入大、效益高，因而在施工中占有极为重要的地位。超高层建筑施工组织设计时，必须针对工程施工特点构建合理、高效的垂直运输体系。 具体如下：,西安建筑科技大学胡长明,4,1 超高层建筑施工垂直运
2、输任务重,超高层建筑规模庞大，所需建筑材料数以十万吨计，如上海金茂大厦塔楼自重约30万t，上海环球金融中心塔楼自重达40余万t。我们不难想象，将这些建筑材料及时运送到所需部位是一项多么繁重的任务。加之超高层建筑施工现场作业量大，所需施工人员多，高峰时施工人员数以千计，每天超过10000人次的施工人员上下对垂直运输体系是严峻考验，特别是上下班及午休期间，施工人员上下非常集中，垂直运输体系压力巨大，同时施工过程中还产生较多的建筑垃圾，必须及时运送等。所有这些，对超高层建筑施工的垂直运输系统提出了极高的要求。,西安建筑科技大学胡长明,5,2 超高层建筑施工垂直运输投入大 超高层建筑施工中，施工机械设
3、备的费用约占土建总造价的510，对总造价有一定的影响，而在整个施工机械设备中，垂直运输体系的机械设备是主要组成部分，超高层建筑施工所需的大型机械设备多数用于垂直运输，如塔式起重机、混凝土输送泵和施工电梯。因此超高层建筑施工垂直运输的投入就特别大，有些特大型超高层建筑施工垂直运输体系配置费超过一亿元，使用费超过5 000万元。因此，根据工程特点正确地构建垂直运输体系，有利于降低超高层建筑造价。,西安建筑科技大学胡长明,8,超高层建筑施工垂直运输体系的构成与配置 1 垂直运输体系的构成 超高层建筑施工垂直运输对象，按重量和体量可以分为以下五类： (1) 大型建筑材料设备：包括钢构件、预制构件、钢筋
4、、机电设备、幕墙构件以及模板等大型施工机具。这类建筑材料设备单件重量和体量比较大，对运输工具的工作性能要求高。 (2) 中小型建筑材料设备：包括机电安装材料、建筑装饰材料和中小型施工机具等。这类建筑材料设备单件重量和体量都比较小，对运输工具的工作性能要求相对较低。,西安建筑科技大学胡长明,9,(3) 混凝土：这类建筑材料使用量大，但对运输工具的适应性强。 (4) 施工人员：超高层建筑施工人员数量大，上下时间相对集中，垂直运输强度大。同时人员运输更须确保安全，因此对运输工具的可靠性要求更高。 (5) 建筑垃圾：超高层建筑施工产生的垃圾数量并不特别大，但是时间和空间分布广，各个阶段和各个施工作业面
5、都可能产生建筑垃圾，必须及时将其运出，以提高文明施工水平。,西安建筑科技大学胡长明,10,根据施工垂直运输对象的不同，超高层建筑施工垂直运输体系一般由塔式起重机、施工电梯、混凝土泵及输送管道等构成，其中塔式起重机、施工电梯、混凝土泵应用极为广泛，输送管道应用不多。 我国香港和阿联酋迪拜等地尝试采用输送管道解决超高层建筑垃圾运输难题，效率高、成本低，值得我们借鉴。,西安建筑科技大学胡长明,11,2 垂直运输体系的配置 超高层建筑施工垂直运输体系配置应当遵循技术可行、经济合理原则： （1）垂直运输能力应满足施工需要。 （2）垂直运输效率要满足施工速度需要。 （3）垂直运输体系综合效益要求最大化。,
6、西安建筑科技大学胡长明,12,超高层建筑工程的施工特点各不相同，但是施工垂直运输对象基本相似，因此垂直运输体系主要配置大同小异，多采用塔式起重机、混凝土泵和施工电梯作为垂直运输体系主要机械，只是在垂直运输机械的配置数量上因工程而异。一般而言，在以钢结构为主的超高层建筑施工中塔式起重机配置高，混凝土泵配置低，如上海环球金融中心、台北101大楼等。以钢筋混凝土结构为主的超高层建筑施工中则塔式起重机配置低，混凝土泵配置高，如阿联酋迪拜大厦等。,西安建筑科技大学胡长明,13,塔式起重机 1 塔式起重机性能 塔式起重机是超高层建筑施工中最重要的吊装和垂直运输机械。经过近百年的发展，塔式起重机的性能日臻完
7、善。世界主要特重型塔式起重机工作性能如下：,西安建筑科技大学胡长明,14,世界主要特重型塔武起重机工作性能,西安建筑科技大学胡长明,15,2 塔式起重机分类 （1）按结构型式分 固定式塔式起重机：通过连接件将塔身基架固定在地基基础或结构物上，进行起重作业的塔式起重机。 移动式塔式起重机：具有运行装置，可以行走的塔式起重机。,西安建筑科技大学胡长明,16,（2）按回转型式分 上回转塔式起重机回转支承设置在塔身上部的塔式起重机。 下回转塔式起重机：回转支承设置于塔身底部、塔身相对于底架转动的塔式起重机。 （3） 按架设方法分 非自行架设塔式起重机：依靠其他起重设备进行组装架设成整机的塔式起重机。
8、自行架设塔式起重机：依靠自身的动力装置和机构能实现运输状态与工作状态相互转换的塔式起重机。,西安建筑科技大学胡长明,17,（4）按变幅方式分 小车变幅塔式起重机：起重小车沿起重臂运行进行变幅的塔式起重机。 动臂变幅塔式起重机：臂架作俯仰运动进行变幅的塔式起重机。 折臂式塔式起重机：根据起重作业的需要，臂架可以弯折的塔式起重机。它可以同时具备动臂变幅和小车变幅的性能。,西安建筑科技大学胡长明,18,（5）按起重能力分 轻型塔式起重机：起重量在053 t之间。 中型塔式起重机：起重量在315 t之间。 重型塔式起重机起重量为2040 t之间。 特重型塔式起重机起重量超过40 t。,西安建筑科技大学
9、胡长明,19,3 塔式起重机选型与配置 （1） 塔式起重机选型影响因素 塔式起重机选型必须在深入分析超高层建筑结构特点、塔式起重机的作业环境和工程所在地的社会经济发展水平的基础上进行。,西安建筑科技大学胡长明,20, 超高层建筑结构特点的影响 超高层建筑结构类型对塔式起重机选型影响显著。在现浇钢筋混凝土结构的超高层建筑施工中，建筑材料单件重量小，对塔式起重机的工作性能要求低。而且主要建筑材料一混凝土可以采用混凝土泵输送，塔式起重机运输工作量比较少，因此塔式起重机配置(性能和数量)都可以保持在较低的水平。但是在钢结构超高层建筑施工中，钢结构构件重量大，有的甚至重达百吨，对塔式起重机的工作性能要求
10、高。而且主要建筑材料 钢材(钢筋和钢构件)只能采用塔式起重机运输，塔式起重机的运输工作量大，因此塔式起重机配置(性能和数量)必须保持较高水平。,西安建筑科技大学胡长明,21, 塔式起重机作业环境的影响 塔式起重机进行吊装作业是一项风险比较大的活动，要严格控制塔式起重机的活动范围，避免塔式起重机作业事故引起周围人员和财产的重大损失，因此作业环境对塔式起重机的选型影响显著。作业环境比较宽松时，可以选用成本比较低，但是环境影口向比较大的小车变幅塔式起重机。作业环境比较严格时，必须选用成本比较高，但是环境影响比较小的动臂变幅塔式起重机，以便塔式起重机的作业范围始终控制在施工现场内。如日本是一个土地资源
11、稀缺，建筑密度非常高的国家，超高层建筑施工作业环境极为紧张，因此为减少对周边环境的影响，在中心城区施工时多采用动臂变幅塔式起重机。,西安建筑科技大学胡长明,22, 社会经济发展水平的影晌 超高层建筑施工是一项经济性要求比较高的活动，施工成本对超高层建筑的建造成本影响显著。因此，必须根据工程所在地的社会经济发展水平来选择施工方式：在社会经济发展水平比较高的国家和地区，人力资源是稀缺资源，劳动力成本比较高，因此必须通过提高施工机械化水平，减少劳动力消耗，达到降低施工成本的目的，这样塔式起重机的配置相对可以比较高；而在我国这样社会经济发展水平还比较低的国家，大型施工机械是稀缺资源，人力资源比较充裕，
12、成本比较低，因此必须充分发挥人力资源充裕的优势，适当降低施工机械化水平，塔式起重机的配置就比较低。这样既降低了施工成本，又解决了民众就业。,西安建筑科技大学胡长明,23,（2） 塔式起重机选型 选型原则 塔式起重机选型是一项技术经济要求很高的工作，必须遵循技术可行、经济合理的原则。 选型优化 在塔式起重机选型过程中，要结合工程所在地的社会经济水平，深入分析结构设计合理性；还应从塔式起重机布置、构件分段和吊装工艺等方面优化施工方案。,西安建筑科技大学胡长明,24,在社会经济发展水平比较低的地区，应优先考虑采用钢筋混凝土结构或组合(混合)结构，尽可能地减少大型构件的使用，降低单个构件的重量，尽可能
13、降低塔式起重机配置和大型施工机械投入。 在社会经济发展水平比较高的地区，应充分发挥工业化生产优势，优先考虑采用钢结构或组合(混合)结构，尽可能地减少现场施工作业量，适当提高塔式起重机的配置和减少劳动力消耗，以获得综合效益最大化。,西安建筑科技大学胡长明,25,塔式起重机的布置应有利于充分发挥机械性能，在实现全面覆盖的同时，应尽可能设位于大型构件附近。构件分段则要与社会经济发展水平相适应，正确处理好塔式起重机配置与现场作业量的关系，实现综合效益最大化。 许多特大型构件多位于超高层建筑地面附近，吊装时就应当充分利用地面作业条件好的优势，辅以大型履带吊进行拼、吊装。重型桁架和高位塔尖则可以探索采用整
14、体提升工艺进行安装。,西安建筑科技大学胡长明,26, 工程案例,广州珠江新城西塔由主塔楼、副楼和裙楼组成。主塔楼地下四层，地上103层，高432m，采用钢管混凝土斜交网格柱外筒+钢筋混凝土内筒的筒中筒结构体系。,西安建筑科技大学胡长明,27,工程特点,钢结构工程具有节点重量大、分布范围广、构件重量差异悬殊等特点，单个节点区分段重量最大超过60 t。,西安建筑科技大学胡长明,28,该工程通过优化节点设计、塔式起重机布置和钢结构安装工艺等，成功地将塔式起重机配置由3台M1280D降低为采用M900D,节约了约2000多万元的施工设备投入。,西安建筑科技大学胡长明,29,确定塔式起重机配置的方法有工
15、程经验法和定量分析法两种。 工程经验法就是通过比照类似工程经验确定塔式起重机的配置数量，如表5所示的超高层建筑施工塔式起重机配置就可为类似工程参考。工程经验法就是一种近似方法，准确性相对比较低，但是计算工作量小，因此多在投标方案和施工大纲编制阶段采用。 定量分析法则是以进度控制为目标，通过深入分析塔式起重机工作量和吊装能力来确定塔式起重机配置数量。该方法非常成熟，准确性高，但计算工作量大，因此多在施工组织设计编制阶段采用。,西安建筑科技大学胡长明,30,西安建筑科技大学胡长明,31,4 塔式起重机布置与安装 (1) 塔式起重机布置 塔式起重机布置应当充分发挥机械性能，实现吊装区域有效覆盖，保证
16、作业安全可靠。 充分发挥机械性能 塔式起重机作业性能的最大特点是作业幅度较小，起重量越大，因此塔式起重机布置必须从有利于大型构件吊装的角度出发，将塔式起重机尽量布置在距离大型构件较近的位置。,西安建筑科技大学胡长明,32, 实现吊装区域有效覆盖 塔式起重机布置一方面要保证它是起重机其中幅度和起升高度能够全面覆盖构件吊装区域，另一方面要保证塔式起重机起重量能够满足构件吊装需要。塔式起重机的布置应确保超高层建筑的全部吊装施工作业面处于其覆盖面和供应面内。,西安建筑科技大学胡长明,33, 保证安全可靠、施工便利 塔式起重机自重大，对结构的影响强烈，因此必须布置在核心筒、剪力墙和巨型柱等结构刚度和强度比较大的部位，以确保塔式起重机的使用安全; 应可能避免塔式起重机多次移位和拆除，在超高层建筑整个高度方向，塔式起重机的布置都以不影响结构形成整体为宜，确保塔式起重机能够随超高层建筑施
